Создание модели исследуемой электрической схемы

Рис.1. Главное окно системы MATLAB.

Для создания модели необходимо выполнить команду: File→New→Model

Рис.2. Окно новой модели.

После создания новой модели необходимо сохранить файл на диск компьютера с помощью команды File→Save As. После добавления новых элементов в модель или после редактирования модели необходимо сохранять изменения в файле с помощью команды File→Save. Имя файла необходимо задавать латинскими символами, цифрами, без пробелов. Например, sxema_RL.

Задание параметров интегрирования

В окне модели выполняем команду Simulation→Simulation Parameters.

Запуск интегрирования осуществляется нажатием клавиши Start simulation на панели инструментов в окне модели.

После автоматической остановки интегрирования в соответствии с заданным временем интегрирования, на экран будут выведены результаты моделирования для различных параметров и точек схемы, где расставлены осциллографы.

Рис.3. Задание параметров моделирования

Добавление элементов в модель

В главном окне MATLAB необходимо нажать на кнопку Simulink. На экране появится окно программы-библиотеки Simulink.

Далее необходимо перейти к библиотеке SimPowerSystems. С помощью мыши «перетаскиваем» необходимые элементы в окно модели.

Рис.4. Окно Simulink

Рис.5. Помещение необходимых элементов в окно модели.

Описание элементов и их параметров.

AC Voltage Source

Идеальный источник переменного напряжения

Пиктограмма:

Назначение:

Вырабатывает синусоидальное (переменное) напряжение с постоянной амплитудой.

Рис.6. Окно задания параметров.

Параметры блока:

Реак Amplitude (V):

[Амплитуда]. Амплитуда (мгновенное значение) выходного напряжения источника.

Phase (deg):

[Фаза (град)]. Начальная фаза.

Frequency (Hz):

[Частота (Гц)]. Частота источника.

Sample time:

[Шаг дискретизации]. Параметр задает шаг дискретизации по времени выходного напряжения источника при создании дискретных моделей.

Measurments:

[Измеряемые переменные]. Параметр позволяет выбрать, передаваемые в блок Multimeter, переменные, которые затем можно увидеть с помощью блока Scope. Значения параметра выбираются из списка:

• None - нет переменных для отображения,

• Voltage - выходное напряжение источника.

Блок является идеальным источником напряжения, т.е. его собственное сопротивление равно нулю.

Ground

Заземление

Пиктограмма:

Назначение:

Обеспечивает соединение с землей.

Параметры блока:

Нет.

Для удобства работы в библиотеке представлены два варианта блока со входным портом - Ground (input) и с выходным - Ground (output).

L connector

L-образный соединитель

Пиктограмма:

Назначение:

Выполняет соединение двух входящих линий (проводов).

Параметры блока:

Нет.

T connector

T-образный соединитель

Пиктограмма:

Назначение:

Выполняет объединение двух входящих линий в одну.

Параметры блока:

Нет.

Bus Bar

Шина

Пиктограмма:

Назначение:

Выполняет объединение нескольких входящих и выходящих линий связи.

Рис.7. Окно задания параметров.

Параметры блока:

Number of inputs:

[Число входов].

Number of outputs:

[Число выходов].

В библиотеке представлено четыре варианта блока - с горизонтальным и вертикальным расположением, а также с тонким и утолщенным изображением.

Current Measurement

Измеритель тока

Пиктограмма:

Назначение:

Выполняет измерение мгновенного значения тока, протекающего через соединительную линию (провод). Выходным сигналом блока является обычный сигнал Simulink, который может использоваться любым Simulink-блоком.

Рис.8. Окно задания параметров.

Параметры блока:

Output signal:

[Выходной сигнал]. Вид выходного сигнала блока. Выбор значения параметра возможен только, если с помощью блока Powergui установлен режим расчета на переменном токе (Phasor simulation). В этом случае значение параметра выбирается из списка:

1. Magnitude - Амплитуда (скалярный сигнал).

2. Complex - Комлексный сигнал.

3. Real-Imag - Вектор, состоящий из двух элементов - действительная и мнимая составляющие сигнала.

4. Magnitude-Angle - Вектор, состоящий из двух элементов - амплитуда и аргумент сигнала.

Voltage Measurement

Измеритель напряжения

Пиктограмма:

Назначение:

Выполняет измерение мгновенного значения напряжения между двумя узлами схемы. Выходным сигналом блока является обычный сигнал Simulink, который может использоваться любым Simulink-блоком.

Рис.9. Окно задания параметров.

Параметры блока:

Output signal:

[Выходной сигнал]. Вид выходного сигнала блока. Выбор значения параметра возможен только, если с помощью блока Powergui установлен режим расчета на переменном токе (Phasor simulation). В этом случае значение параметра выбирается из списка:

1. Magnitude - Амплитуда (скалярный сигнал).

2. Complex - Комлексный сигнал.

3. Real-Imag - Вектор, состоящий из двух элементов - действительная и мнимая составляющие сигнала.

4. Magnitude-Angle - Вектор, состоящий из двух элементов - амплитуда и аргумент сигнала.

Multimeter

Мультиметр

Пиктограмма:

Назначение:

Выполняет измерение токов и напряжений блоков библиотеки SimPowerSystem для которых в их окне диалога установлен параметр Measurements (измеряемые переменные).

Рис.10. Окно задания параметров.

Параметры блока:

Available Measurements

[Переменные, доступные для измерения]. В данной графе отображаются переменные (токи и напряжения) блоков схемы для которых в их окне диалога установлен параметр Measurements (измеряемые переменные). Обновление списка переменных можно выполнить с помощью клавиши Update.

Selected Measurements

[Измеряемые переменные]. В данной графе указываются переменные, которые будут передаваться на выход блока Multimeter. Для управления списком измеряемых переменных можно использовать следующие клавиши:

1. >> - Добавить выделенную переменную в список измеряемых.

2. Up - Передвинуть вверх выделенную переменную в список измеряемых.

3. Down - Передвинуть вниз выделенную переменную в список измеряемых.

4. Remove -Удалить выделенную переменную из списка измеряемых.

5. + / - - Изменить знак выделенной переменной.

Output signal:

[Выходной сигнал]. Вид выходного сигнала блока. Выбор значения параметра возможен только, если с помощью блока Powergui установлен режим расчета на переменном токе (Phasor simulation). В этом случае значение параметра выбирается из списка:

1. Magnitude - Амплитуда (скалярный сигнал).

2. Complex - Комлексный сигнал.

3. Real-Imag - Вектор, состоящий из двух элементов - действительная и мнимая составляющие сигнала.

4. Magnitude-Angle - Вектор, состоящий из двух элементов - амплитуда и аргумент сигнала.

Блок может использоваться для измерения напряжений и токов вместо обычных измерителей - Current Measurement и Voltage Measurement. Список блоков, в окне параметров которых имеется графа Measurements, приведен в таблице 1.

Таблица 1.

№	Название блока
1	AC Current Source Parallel RLC Branch
2	AC Voltage Source Parallel RLC Load
3	Controlled Current Source PI Section Line
4	Controlled Voltage Source Saturable Transformer
5	DC Voltage Source Series RLC Branch
6	Breaker Series RLC Load
7	Distributed Parameter Line Surge Arrester
8	Linear Transformer Three-Phase Transformer (Two and Three Windings)
9	Mutual Inductance
10	Universal Bridge

Выходным сигналом блока является вектор сигналов измеряемых переменных.

Series RLC Branch

Последовательная RLC-цепь

Пиктограмма:

Назначение:

Моделирует последовательное включение резистора, индуктивности и конденсатора.

Рис.11. Окно задания параметров.

Параметры блока:

Resistance R (Ohms):

[Сопротивление (Ом)]. Величина активного сопротивления. Для исключения резистора из цепи значение сопротивления нужно задать равным нулю. В этом случае на пиктограмме блока резистор отображаться не будет.

Inductance L (H):

[Индуктивность (Гн)]. Величина индуктивности. Для исключения индуктивности из цепи ее величину нужно задать равным нулю. В этом случае на пиктограмме блока индуктивность отображаться не будет.

Capacitance C (F):

[Емкость (Ф)]. Величина емкости. Для исключения конденсатора из цепи значение емкости нужно задать равной inf (бесконечность). В этом случае конденсатор на пиктограмме блока показан не будет.

Measurements:

[Измеряемые переменные]. Параметр позволяет выбрать, передаваемые в блок Multimeter, переменные, которые затем можно увидеть с помощью блока Scope. Значения параметра выбираются из списка:

1. None - нет переменных для отображения,

2. Branch voltage Voltage - напряжение на зажимах цепи,

3. Branch current - ток цепи,

4. Branch voltage and current - напряжение и ток цепи.

Отображаемым сигналам в блоке Multimeter присваиваются метки:

1. Ib - ток цепи,

2. Ub - напряжение цепи.

Breaker

Выключатель переменного тока

Пиктограмма:

Назначение:

Моделирует устройство включения и выключения переменного тока. Выключатель может управляться внешним входным сигналом или от встроенного таймера. Включение устройства выполняется единичным управляющим сигналом. Команда на выключение дается нулевым уровнем сигнала, при этом выключение устройства осуществляется при уменьшении тока до нуля. Устройство имеет встроенную искрогасящую RC-цепь,включенную параллельно контактам выключателя.

Рис.12. Окно задания параметров.

Параметры блока:

Breaker resistance Ron(Ohm):

[Сопротивление выключателя в замкнутом состоянии (Ом)].

Initial state (0 for 'open',1 for 'closed')

[Начальное состояние выключателя (0 - разомкнут, 1 -замкнут)].

Snubber resistance Rs(Ohm):

[Сопротивление искрогасящей цепи (Ом)].

Snubber capacitance Cs(F):

[Емкость искрогасящей цепи (Ф)].

Switching times (s):

[Время срабатывания выключателя]. Параметр задается в виде вектора, определяющего моменты времени срабатывания выключателя. Например, при разомкнутом начальном состоянии ключа значение параметра заданное вектором [0.005 0.01 0.02 0.03] означает, что замыкание ключа будет выполняться в моменты времени 0.005с и 0.02с, а размыкание - в моменты времени 0.01с и 0.03с.

Sample time of the internal timer Ts (s):

[Шаг дискретизации встроенного таймера].

External control of switching times:

[Внешнее управление временем срабатывания]. При установке флажка на пиктограмме блока появляется входной управляющий порт. Единичный уровень управляющего сигнала вызывает замыкание ключа, а нулевой уровень является командой на размыкание ключа, при этом разрыв цепи выполняется при достижении током нулевого уровня.

Measurements:

[Измеряемые переменные]. Значения параметра выбираются из списка:

1. None - нет переменных для отображения,

2. Branch voltage Voltage- напряжение на зажимах элемента,

3. Branch current - ток элемента,

4. Branch voltage and current - напряжение и ток элемента.

Генератор ступенчатого сигнала Step

Назначение: Формирует ступенчатый сигнал.

Параметры:

1. Step time - Время наступления перепада сигнала (с).

2. Initial value - Начальное значение сигнала.

3. Final value - Конечное значение сигнала.

Перепад может быть как в большую сторону (конечное значение больше чем начальное), так и в меньшую (конечное значение меньше чем начальное). Значения начального и конечного уровней могут быть не только положительными, но и отрицательными (например, изменение сигнала с уровня –5 до уровня –3).

На Рис. 13 показано использование генератора ступенчатого сигнала.

Рис. 13. Блок Step

Осциллограф Scope

Назначение:

Строит графики исследуемых сигналов в функции времени. Позволяет наблюдать за изменениями сигналов в процессе моделирования.

Изображение блока и окно для просмотра графиков показаны на рис. 14.

Рис. 14. Осциллограф Scope

Для того, чтобы открыть окно просмотра сигналов необходимо выполнить двойной щелчок левой клавишей “мыши” на изображении блока. Это можно сделать на любом этапе расчета (как до начала расчета, так и после него, а также во время расчета). В том случае, если на вход блока поступает векторный сигнал, то кривая для каждого элемента вектора строится отдельным цветом.

Настройка окна осциллографа выполняется с помощью панелей инструментов (рис.14.1).

Рис. 14.1. Панель инструментов блока Scope

Панель инструментов содержит 11 кнопок:

1. Print – печать содержимого окна осциллографа.

2. Parameters – доступ к окну настройки параметров.

3. Zoom – увеличение масштаба по обеим осям.

4. Zoom X-axis – увеличение масштаба по горизонтальной оси.

5. Zoom Y-axis – увеличение масштаба по вертикальной оси.

6. Autoscale – автоматическая установка масштабов по обеим осям.

7. Save current axes settings – сохранение текущих настроек окна.

8. Restore saved axes settings – установка ранее сохраненных настроек окна.

9. Floating scope – перевод осциллографа в “свободный” режим.

10. Lock/Unlock axes selection – закрепить/разорвать связь между текущей координатной системой окна и отображаемым сигналом. Инструмент доступен, если включен режим Floating scope.

11. Signal selection – выбор сигналов для отображения. Инструмент доступен, если включен режим Floating scope.

Изменение масштабов отображаемых графиков можно выполнять несколькими способами:

1. Нажать соответствующую кнопку ( , или ) и щелкнуть один раз левой клавишей “мыши” в нужном месте графика. Произойдет 2,5 кратное увеличение масштаба.

2. Нажать соответствующую кнопку ( , или ) и, нажав левую клавишу “мыши”, с помощью динамической рамки или отрезка указать область графика для увеличенного изображения. Рис. 9.2.3 поясняет этот процесс.

Рис. 14.2. Увеличение масштаба графика.

3. Щелкнуть правой клавишей “мыши” в окне графиков и, выбрать команду Axes properties… в контекстном меню. Откроется окно свойств графика, в котором с помощью параметров Y-min и Y-max можно указать предельные значения вертикальной оси. В этом же окне можно указать заголовок графика (Title), заменив выражение %<SignalLabel> в строке ввода. Окно свойств показано на рис. 14.3.

Рис. 14.3. Окно свойств графика

Параметры:

Параметры блока устанавливаются в окне ‘Scope’ parameters, которое открывается с помощью инструмента (Parameters) панели инструментов. Окно параметров имеет две вкладки:

General – общие параметры.

Data history – параметры сохранения сигналов в рабочей области MATLAB.

Вкладка общих параметров показана на рис. рис. 14.4

Рис. 14.4. Вкладка общих параметров General.

На вкладке General задаются следующие параметры:

1. Number of axes — число входов (систем координат) осциллографа. При изменении этого параметра на изображении блока появляются дополнительные входные порты.

2. Time range — величина временного интервала для которого отображаются графики. Если время расчета модели превышает заданное параметром Time range, то вывод графика производится порциями, при этом интервал отображения каждой порции графика равен заданному значению Time range.

3. Tick labels — вывод/скрытие осей и меток осей. Может принимать три значения (выбираются из списка):

• all – подписи для всех осей,

• none – отсутствие всех осей и подписей к ним,

• bottom axis only – подписи горизонтальной оси только для нижнего графика.