Основна информация за системата MatLab simulink
Системата MatLab Simulink е проектирана да моделира различни системи с помощта на блокова диаграма. Възможно е да се моделира както чрез предавателни функции, така и чрез силови електрически елементи, описани със сложни диференциални уравнения (например асинхронен двигател).
В тази система е възможно да проектирате свои собствени блокове, като зададете описание под формата на диференциални уравнения, използващи М-функции. Това предоставя на дизайнера неограничени възможности за създаване на модели.
За да се осигури работоспособността на блокове, в които е необходимо да се уточнят променливи (например, да се зададат коефициентите в трансферната функция в обща форма), се предоставя апаратът на M-файловете. Тези файлове съдържат списък на всички променливи и инструкции, които ще бъдат използвани в блоковата диаграма. Това ви позволява лесно да променяте параметрите на елементите на веригата, без да се намесвате в самата верига.
След това ще разгледаме основните блокове, необходими за моделиране на системи за управление на електрическо задвижване.
Непрекъснати блокове (Непрекъснати)
Тази библиотека с блокове съдържа блоковете, необходими за моделиране на аналогови системи. Кратко описание на тези блокове:
Интегратор – аналогов интегратор;
Derivate – връзка за аналогово диференциране;
Transfer Fсn – линейна аналогова връзка, определена от своята предавателна функция;
Пространство-състояние – линейна аналогова система, дадена под формата на уравнения на състоянието, т.е. под формата на система от уравнения, представена във формата на Коши;
Нулев полюс – линеен; аналогова система, дефинирана от своите нули и полюси;
Памет – блок памет, извършващ закъснение с една стъпка от моделното време;
Забавяне при транспортиране - блок памет, който изпълнява забавяне, зададено в полето за настройки;
Променливо транспортно забавяне – блок памет с променливо забавяне.
Блокът Transfer Fcn се използва най-често при моделиране на системи за управление. Трансферната функция на линейна непрекъсната връзка на автоматично управление обикновено се записва като:
Коефициенти на числителя: тази функцияaiтрябва да бъде въведена в полето на числителя, като се започне с коефициентприпри най-високата производна. По същия начин се попълва полето за знаменател на трансферната функция за знаменател, като се започва с коефициентаbn.
Дискретни блокове (Discrete)
Дискретните блокове са необходими за изграждане на цифрови системи за управление. Описание на основните блокове:
Zero-Order-Hold – екстраполатор от нулев порядък;
Unit Delay – блок за забавяне на сигнала;
Discrete-Time Integrator – дискретен интегратор;
Discrete State-Space – блок за указване на дискретна връзка чрез нейните матрици на състоянието;
Дискретен филтър – блок за задаване на дискретна връзка чрез дискретна дробно-рационална предавателна функция спрямо 1/Z;
Discrete Transfer Fсn – блок за задаване на дискретна връзка чрез дискретна дробно-рационална предавателна функция спрямо Z;
Discrete Zero-Pole – блок за указване на дискретна връзка чрез указване на стойностите на нули и полюси на дискретната предавателна функция спрямо 1/Z.
First-Order Hold – екстраполатор от първи ред;
Блокът Unit Delay осигурява забавяне на входния сигнал с определен брой стъпки на модела във времето. Настройките на блока са: Първоначално състояние (първоначална стойност на сигнала) и Време на извадка (време на забавяне), определени от броя на стъпките на модела във времето.
БлокирайтеИнтеграторът за дискретно време извършва числено интегриране на входния сигнал. Повечето настройки на този блок са същите като тези на блока Integrator на секцията Continuous. Разликите са следните: в блока на дискретния интегратор има допълнителен параметър - методът на числено интегриране (метод на интегратора). Използвайки списъка, можете да изберете един от трите метода:
- директен метод на Ойлер (леви правоъгълници);
- обратен метод на Ойлер (правоъгълници);
Втората разлика е, че вместо параметъра Absolute tolerance се въвежда параметър Sample time, който задава стъпката на интегриране в единици стъпки на моделно време.
Математически блокове (математика)
Тези блокове извършват математически операции със сигнали (събиране, изваждане, умножение и др.). Кратко описание на основните блокове:
Sum – аналогов суматор, който ви позволява алгебрично да сумирате произволен брой входни сигнали и има един изход;
Продукт е калкулатор, който генерира резултат от умножаване или деление на два или повече входни сигнала. Настройките показват броя на входовете и вида на операцията, която трябва да се извърши;
Gain – аналогов усилвател;
Mat Function – блок, който ви позволява да изберете една от математическите функции в полето за настройки и да я включите в модела;
Тригонометрична функция – връзка за генериране на тригонометричната функция на входния сигнал на изхода. Изборът на функция се предоставя в полето за настройка;
Abs – блок, който генерира абсолютната стойност на входния сигнал на изхода, играе ролята на токоизправител във функционалните вериги на полупроводниково електрозадвижване;
Знак – блокиращо реле, което реагира на знака на входния сигнал. Стойността на изходния сигнал се задава в прозореца за настройка;
Побитов логически оператор – универсален блок, който реализира произволна логическа функция;
Алгебрично ограничение – блок, който ви позволява да включите система от алгебрични уравнения в структурен модел.
Нелинейни блокове (нелинейни)
Блокове от библиотеката с нелинейни елементи извършват нелинейни трансформации на входни стойности. Основните блокове на тази библиотека:
Saturation е усилвател за изрязване. Количеството изходен сигнал при положителен и отрицателен входен сигнал се задава в прозореца за настройка;
Quantizer – блок, осигуряващ квантуване на входния сигнал по ниво. Размерът на стъпката се задава в прозореца с настройки. В системите за управление такива блокове са част от аналогово-цифрови преобразуватели;
Мъртва зона – блок, който реализира мъртвата зона;
Реле — реле с регулируема мъртва зона и регулируема стойност на положителен и отрицателен изходен сигнал;
Превключвател — превключвател, който превключва, когато входният сигнал стане равен или по-голям от посочения в полето за настройка;
Сигнали и системи (Сигнали и системи)
Основните блокове на тази библиотека, необходими за моделиране на SUEP:
In, Out – входни и изходни блокове, които осигуряват комуникация между подсистемите на йерархичния модел;
Mux – блок, който ви позволява да комбинирате няколко входни сигнала в един вектор, броят на входовете се задава в прозореца за настройки;
Bus Selector – блокът избира необходимите сигнали от шината, свързана към неговия порт. В прозореца за настройки на блока има два списъка - вход и изход.
Demux – блок, който разделя входния вектор на неговите компоненти, броят на тези компоненти определя броя на изходите в полетонастройки;
Подсистема – празен блок за създаване на модел на подсистема;
Виртуални инструменти за наблюдение и регистриране на процеси (Skins)
Основните виртуални инструменти включват:
Scope – осцилоскоп за наблюдение на времеви зависимости;
XY графика – плотер в декартова координатна система;
To Workspace – устройство за прехвърляне на резултатите от симулацията в работното пространство за по-нататъшна обработка;
Източници на сигнал
Комплектът от блокове съдържа почти всички необходими източници на сигнал за изследване на електрическото задвижване. Възможно е да зададете произволно действие от файл — блока От файл. Освен източници на детерминистични ефекти с различна функционална и времева зависимост, съществуват източници на случайни ефекти с различни закони на разпределение. Всеки графичен елемент има свързан прозорец с настройки. Съответните полета съдържат избор на форма на вълната (Wawe form), настройка на амплитуда на сигнала (Amplitude), настройка на честота (Frequency) и избор на единици за зададената честота (в падащото меню се предлагат две опции: херц и радиани в секунда).
Основният блок за изучаване на системи за управление на електрически задвижвания еСтъпка (задаване на стъпков сигнал с регулируема стойност на импулса и време на действие).
Източници на електрическа енергия (Electrical Sources)
Тази библиотека принадлежи към раздела Енергийни системи (SimPowerSystems) и съдържа източници на постоянно и променливо напрежение и ток. Основни блокове:
AC Current Source - източник на променлив ток;
AC Voltage Source - източник на променливо напрежение;
DC Voltage Source - източник на постоянно напрежение.
Управляваните източници от тази библиотека ви позволяват да свържете блок или блокови диаграми на основните библиотеки Simulink Library с елементи от пакета Power System Blockset. Прозорецът за настройки на блокове съдържа полето Измервания, което ви позволява да свързвате блокове за измерване на параметри.
Библиотека от силови елементи полупроводникови преобразуватели (Силова електроника)
Тази библиотека съдържа седем вида единични силови елементи и модели на различни полупроводникови преобразуватели, представени от един универсален блок (Universal Bridge).
Основният блок от тази библиотека е IGBT (мостов модел на IGBT транзистори). Този блок е полезен за симулация на ниско ниво на променливотокови честотни задвижвания, тъй като IGBT модулът е основната част на инвертора.
Библиотека на електрически машини (Машини)
Тази библиотека съдържа синхронни, асинхронни и постояннотокови машини. Всички машини могат да бъдат представени както в абсолютни, така и в относителни единици. Универсалната измервателна единица (демултиплексор за измерване) ви позволява да измервате необходимите променливи на състоянието на машината.