Контрольная работа: Основные подходы к проектированию нелинейных электротехнических устройств в МАТЛАБ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Интернет-институт

Кафедра "Электроэнергетика"

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА №2

учебной дисциплины

"Компьютерные технологии в проектировании"

Выполнил: студент гр. ИБ161201

Фролов Евгений Сергеевич

Проверил:

Горелов Юрий Иосифович

Тула, 2020

Содержание

1. Цели и задачи расчетно-графической работы

2. Задание на расчетно-графическую работу

3. Модель нелинейного резистора с фильтром

Список литературы

1. Цели и задачи расчетно-графической работы

1. Изучить основные подходы к проектированию нелинейных электротехнических устройств в МАТЛАБ.

2. Научиться моделировать нелинейные электротехнические устройства в МАТЛАБ.

3. Научиться проводить численные эксперименты с построенными моделями нелинейных электротехнических устройств в МАТЛАБ.

4. Научиться навыкам анализа результатов численных экспериментов.

2. Задание на расчетно-графическую работу

1. По заданной вольт-амперной или вебер-амперной характеристике электротехнического устройства построить математическую модель преобразования электрических параметров в устройстве.

2. По построенной математической модели построить Simulink-модель преобразования электрических параметров в устройстве.

3. Используя блоки библиотек Simulink и Sim Power Systems: In, Out, Voltage Measurement, Controled Current Source, Series RLC Branch, Fcn, Transfer Fcn, Integrator, построить Simulink-модель электротехнического устройства.

4. Провести ряд численных экспериментов с построенной Simulink-моделью.

Расчетно-графическая работа состоит из пояснительной записки и графической части, представляющей собой Simulink-схемы преобразования электрических параметров в устройстве и электротехнического устройства.

Индивидуальные задания на выполнение расчетно-графической работы представлены в таблице 1.

Таблица 1

3. Модель нелинейного резистора с фильтром

Вольт-амперная характеристика нелинейного резистора задана выражением:

где и - мгновенные значения тока и напряжения; - величина тока устройства при значении напряжения равном пороговому; - пороговое значение напряжения; - показатель степени, определяющий нелинейность вольт-амперной характеристики резистора (обычно лежит в пределах от 0 до 50).

Чтобы разорвать безинерционный контур достаточно включить в линию между датчиком напряжения и источником тока фильтр с малой постоянной времени. Величина постоянной времени должна выбираться таким образом, чтобы изменение динамических свойств модели было минимальным (обычно величина постоянной времени фильтра выбирается в пределах от 10-8 - 10-6). Схема модели нелинейного резистора с использованием фильтра показана на рис. 1 - 2.

Рис. 1 - Схема блока нелинейного резистора с фильтром

Рис. 2 - Схема модели с нелинейным резистором с фильтром

Параметры соответствующих блоков показаны на рис. 3 - 11.

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6

Рис. 7

Рис. 8

Рис. 9

Рис. 10

Рис. 11

После запуска модели на выполнение в отдельных графических окнах появляются следующие результаты, представленные на рис. 12 - 13.

Рис. 12

Рис. 13

На схеме показаны датчики тока и напряжения, снимающие сигналы пропорциональные этим переменным. Графопостроитель XY-Graph по этим сигналам строит вольт-амперную характеристику резистора. Временные диаграммы тока и напряжения также иллюстрируют нелинейность характеристики резистора с фильтром.

Некоторым недостатком модели резистора является наличие безинерционного замкнутого контура образованного датчиком напряжения, блоком Fcn и управляемым источником тока. Simulink выполняет расчет таких моделей используя итерационную процедуру, что несколько снижает скорость расчета. Также при наличии замкнутых алгебраических контуров становится невозможным расчет модели в ускоренном режиме (Acceleration mode). Чтобы разорвать безинерционный контур достаточно включить в линию между датчиком напряжения и источником тока фильтр с малой постоянной времени. Величина постоянной времени должна выбираться таким образом, чтобы изменение динамических свойств модели было минимальным (обычно величина постоянной времени фильтра выбирается в пределах от 10-6 - 10-8).

Список литературы

нелинейный резистор фильтр контур

1. Горелов Ю.И. Методические указания по РГР учебной дисциплины «Компьютерные технологии в проектировании». - Тула: ТГУ Институт высокоточных систем им. В.П. Грязева, 2015.

2. Дьяконов В.П. Matlab 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6. Обработка сигналов и проектирование фильтров. - М.: Солон-Пресс, 2005.

3. Черных И. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. - М.: ИД Питер, 2007.