Изучение электромеханических процессов на базе математических моделей, в частности в переходных режимах работы, связано с решением систем дифференциальных уравнений. Однако возможности, предоставляемые различными программными средствами и вычислительной техникой, позволяют облегчить произведение необходимых расчетов.
С одной из таких систем инженерных расчетов является система MatLab, которая предоставляет пользователю набор математических функций, простой встроенный объектно-ориентированный язык программирования. Дополнительные возможности предоставляет встроенная среда визуального программирования GUIDE, позволяющая построить графический интерфейс пользователя, основанный на стандартных элементах управления Windows.
На основе данных возможностей создан программный комплекс, объединивший в себе ранее и вновь разработанные независимые программы моделирования работы электрических машин. Каждая из программ моделирования была дополнена необходимым графическим интерфейсом и доработанной системой графической визуализации данных, которая включила в себя вывод осциллограмм и численных значений необходимых величин. Пользователю предоставлены широкие возможности изменения и сохранения введенных параметров и полученных результатов.
Программный комплекс позволяет проводить моделирование:
– пуска двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Результатом моделирования являются осциллограммы тока якоря и частоты вращения;
– внезапного короткого замыкания генератора постоянного тока смешанного и параллельного возбуждения, результат – осциллограммы токов якоря и возбуждения;
– внезапного короткого замыкания синхронного генератора снабженного демпферной обмоткой и без нее. Результат – осциллограммы расчетных токов; электромагнитного момента; реальных токов, для различного начального момента начала переходного процесса. Предусмотрен режим анализа влияния параметров генератора на ход переходного процесса;
– пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой ротора, с возможностью проведения моделирования в различных координатных системах. Результатом являются расчетные токи статора и ротора, в соответствии с моделью, выбранной пользователем; фазные токи; статическая и динамическая механическая характеристика; частота вращения.
Программный комплекс может использоваться в учебном процессе и инженерной практике, его использование позволяет пользователю, не владеющему навыками работы с системой MatLab, произвести полный цикл исследований в удобной для него среде. Дальнейшая работа ведется в двух направлениях: модернизация существующих моделей, направленная на более подробное моделирование с учетом различного рода физических процессов; увеличение номенклатуры исследуемых режимов работы и типов электрических машин.
Практически в любом электроприводе, например, для промышленного оборудования или для электротранспорта, применяется трехфазный электропривод. Регулирование таких приводов, которое обеспечивает, например, плавный пуск или управляемый характер ускорения, представляет собой сложную математическую задачу и связано с трудоемким программированием. Поэтому реализация такого способа часто требует очень длительной разработки.
При помощи созданной панели инструментов для языка программирования MatLab/ Simulink в дальнейшем можно предварительно моделировать сложные структуры регулирования для трехфазных приводов, а затем тестировать их на реальном преобразователе частоты с электродвигателем и под нагрузкой при помощи автоматически генерируемого кода.
Преимущества программы моделирования MatLab:
– безопасность выполнения работ благодаря использованию самозащищенного оборудования (все защитные функции не зависят от программного управления);
– содействие глубокому пониманию сложной темы, например, в процессе профессиональной подготовки или учебы или путем применения панели инструментов на лабораторных занятиях параллельно с обучением;
– очень быстрое генерирование программы для собственных регуляторов, предназначенных для промышленного применения, на основе модели и с возможностью параметрирования;
– последовательная реализация новых подходов к исследованию трехфазных электроприводов, напр., регулирование пространства состояний, мониторинг условий ошибок, регулирование числа оборотов без применения датчиков посредством новых наблюдательных процедур;
– впечатляющие возможности реализации регулирования трехфазных приводов;
– разработка сложных алгоритмов путем применения быстродействующих циклов регулирования длительностью 125 мкс;
– параметрирование регуляторов типа P и PI, оптимизация регуляторов.
Адаптированная к силовой электронике панель инструментов позволяет быстро реализовать собственные приложения. Специальные образцы позволяют быстро освоить программу, так как они конфигурируют систему таким образом, что пользователю остается сделать лишь некоторые настройки. В панели инструментов пользователь найдет все необходимые элементы для управления связанными с оборудованием функциями, а также блоки для быстрых преобразований и регуляторы. Наряду с базой языка MatLab, система может дополняться любыми собственными элементами библиотеки.
Специальный графический интерфейс обеспечивает связь между средой MatLab и оборудованием через порт USB. Временные диаграммы всех внутренних величин отображаются в графическом виде во время выполнения процесса. Предоставляются разные значения временных разрешений и варианты синхронизации. Помимо представления во временной шкале, сигналы могут отображаться и в зависимости от частоты. Отображение можно разделить на два дисплея, чтобы одновременно могли выводиться до десяти сигналов. Параметры, например, параметры регулирования, легко переносятся во время работы из персонального компьютера на оборудование.