2. Краткие сведения о программной среде для моделирования ТП

Ввиду достаточно большого многообразия схем и режимов работы ТП в электроприводе наиболее удобным средством для практического изучения их принципов построения и характеристик является имитационное моделирование. Достижения вычислительной техники в последние годы расширили возможности математического моделирования при разработке и исследовании сложных электротехнических устройств.

Появилась возможность воспроизведения процесса их функционирования во времени с имитацией элементарных явлений, составляющих исследуемый процесс. Наибольшими возможностями для этого обладает широко распространенный во всем мире математический пакет MATLAB с приложением Simulink. Имитационные модели в этой среде повторяют структуру реальных устройств, строятся на основе стандартных блоков из обширной библиотеки и являются, по сути, виртуальным лабораторным стендом. Они позволяют проводить эксперименты так же, как на реальном испытательном оборудовании – подавать различные входные воздействия и регистрировать изменение во времени выходных сигналов любого функционального элемента исследуемого устройства.

При этом очень важно то, что отпадает потребность в наличии единого развернутого математического описания исследуемой системы. Оно создается автоматически вычислительной системой при запуске модели на основе её структуры и параметров, входящих в её состав блоков [1]. Также очень важное достоинство этих приложений состоит в простой реализации принципа агрегирования модели. Сложная модель легко представляется в виде функционально законченных блоков – подсистем с возможностью их гибкого перестраивания и замены в зависимости от задач исследования.

Ориентированное на моделирование динамических систем приложение Simulink запускается из главного окна MATLAB нажатием на соответствующую кнопку (см. рис. 14), после чего появляется окно библиотеки стандартных блоков Simulink, общий вид которого показан на рис. 15, а. Библиотека Simulink представляет собой набор визуальных блоков, представленных различными пиктограммами. Она разбита на разделы, которые перечислены в левом поле окна, а содержание выделенного раздела отображается в правом его поле. Содержание библиотеки оформлено в виде дерева и правила работы с ней являются стандартными. У большей части блоков имеется возможность настройки параметров.

Для создания модели в Simulink необходимо создать новый файл, выполнив команду File/New Model или нажав на соответствующую кнопку панели инструментов. В появившееся пустое окно копируются стандартные блоки из различных разделов библиотеки, которые затем выстраиваются в определенной последовательности, задаются их параметры и создаются необходимые соединения между ними с учетом параметров и структуры реального устройства, наглядности и удобства проведения модельных экспериментов.

После создания модели задаются параметры расчета: время моделирования; способ моделирования (Type) c переменным или фиксированным шагом интегрирования, метод решения дифференциальных уравнений (Solver) и т. д. Список методов расчета нового состояния модели – решателей различен для переменного и фиксированного шага расчета и выбирается с учетом особенностей модели и решаемых задач. Далее модель запускается на исполнение нажатием соответствующей кнопки на панели инструментов.

Приложение Sim Power Sistems является одним из дополнений к Simulink, расширяющих его возможности. Оно непосредственно ориентировано на моделирование силовых электрических устройств. В состав его библиотеки, внешний вид которой показан на рис. 15, б, входят модели электрических источников энергии, электродвигателей, трансформаторов, полупроводниковых элементов и некоторых наиболее распространенных устройств, и т. д.

Методика создания моделей в Sim Power Sistems аналогична созданию моделей в Simulink. Отличие состоит в том, что соединительные линии в Sim Power Sistems являются аналогом соединительных проводов, поэтому проходящие через них сигналы могут изменять направление аналогично изменению направления тока или полярности напряжения в реальных устройствах. В Simulink же сигналы однонаправленные – от выхода одного блока ко входу другого. Для связи блоков Simulink с блоками Sim Power Sistems используются управляемые источники тока и напряжения, а наоборот – измерители тока и напряжения. При расчете схем необходимо использовать решатели, предназначенные для решения дифференциальных уравнений с резким изменением производных переменных, например, ode15s, ode23tb и т. п.