РАБОЧАЯ  ПРОГРАММА

преподавателя дисциплины "Моделирование электропривода", специальность 140604 (180400) “Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов”, форма обучения дневная дневная ускоренная

Дисциплина "Моделирование электропривода" преподается в соответствии с решением Ученого Совета Воронежского Государственного технического университета. Рабочая программа составлена на основе Государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускника по специальности 140604 "Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов" Государственного общеобразовательного стандарта профессионального образования, утвержденного заместителем Министра образования Российской Федерации 27.03.2000 г. В.Д. Шадриковым. Номер государственной регистрации 207 тех/дс. Индекс УМО-2105.30.89.

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

1.1. Цель преподавания дисциплины

Дисциплина "Моделирование электропривода" относится к дисциплинам специализации. Цель дисциплины – изучение методов моделирования, разработка и анализ математических моделей, отражающих статические и динамические свойства электрических приводов.

1.2. Задачи изучения дисциплины

Студенты должны знать: методы анализа, моделирования и расчета процессов и режимов работы электромеханических систем, математические модели и программные средства для численного анализа физических процессов в электроприводе. Студенты должны уметь: разрабатывать и анализировать математические модели электроприводов на соответствующем иерархическом уровне, использовать средства вычислительной техники для решения задач анализа и синтеза моделируемых электромеханических систем.

1.3. Перечень дисциплин, знание которых необходимо при изучении данной дисциплины

Математика: дифференциальное и интегральное исчисление; дифференциальные уравнения; модели случайных процессов.

Информатика: понятие информации; модели решения функциональных и вычислительных задач; алгоритмизация.

Физика: основные законы механики; электричество и магнетизм.

Прикладная механика: теория напряженно-деформированного состояния; механические колебания.

Теоретические основы электротехники: законы электрических цепей; переходные процессы в линейных цепях, аналитические и численные методы расчета электрических и магнитных цепей.

Теория автоматического управления: математическое описание систем автоматического управления (САУ) с помощью дифференциальных уравнений; структурные схемы САУ; исследование САУ в пространстве состояний.

Электрические машины: общие вопросы электромеханического преобразования энергии.

Преобразовательная механика: виды преобразовательной электрической энергии, принцип работы и устройство.

Элементы систем автоматики: аналоговые регуляторы, датчики, управляющие элементы, цифроаналоговые и аналогоцифровые преобразователи.

Теория электропривода: структурная схема электропривода; механическая часть силового канала электропривода; обобщенная электрическая машина; влияние упругих механических связей на динамику электропривода.

2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Наименование тем, их содержание и объем

2.1.1. Введение - 2 часа.

Роль и значение математического и физического моделирования в решении задач по исследованию и разработке систем электропривода и их отдельных частей. Состояние и перспективы работ по моделированию электромеханических систем.

2.1.2. Методы моделирования электропривода - 6 часов.

Физическое моделирование, достоинства и недостатки. Математическое моделирование и основные направления его развития. Классификация математических моделей объектов. Основные положения теории подобия. Подготовка математического описания процессов, протекающих в объектах моделирования. Группа параметров, характеризующих состояние объекта, и их связь с математической моделью.

Методы описания математических моделей на микро-, макро- и метауровнях.

Требования адекватности, универсальности и экономичности, предъявляемые к математическим моделям.

Содержание и формы конструктивной, вычислительной и мнемонической моделей. Методы получения функциональных и алгоритмических моделей.

2.1.3. Математические модели систем электропривода и их составляющих - 16 часов.

Моделирование механических систем электропривода.

Математическое описание двухмассовой последовательной упругой механической части электропривода. Методика направленного нормирования структурных схем. Линейные и нелинейные нормированные модели двухмассовой системы с упругостью первого рода. Нормированные структурные схемы трехмассовой параллельной и разветвленной упругой системы.

Моделирование электромеханических преобразователей в электроприводе.

Общие законы электромеханического преобразования электрической энергии. Математическое описание физических процессов в двигателе постоянного тока независимого возбуждения ДПТ НВ. Полная и упрощенная структурные модели ДПТ НВ. Линеаризированная структурная схема двигателя при двухзонном регулировании.

Моделирование физических процессов в асинхронном двигателе (АД). Структурная модель электромеханического преобразования в АД.

Моделирование физических процессов в синхронном двигателе. Структурная модель синхронного двигателя.

Моделирование регулируемых источников электрической энергии. Математические модели тиристорного преобразователя постоянного тока. Критерий выбора математической модели тиристорного преобразователя.

Математические модели преобразователей частоты.

Моделирование датчиков в системах управления электроприводов. Математические модели датчиков угловой скорости, постоянного и переменного тока, магнитного потока.

2.1.4. Разработка и исследование систем электропривода на аналоговых вычислительных машинах - 4 часа.

Классификация АВМ, типовой состав операционных блоков и их функциональные возможности.

Подготовка математического описания к моделированию на АВМ. Общая характеристика структурного метода моделирования. Правила нормирования структурных схем. Реализация нелинейных статических характеристик и типовых нелинейностей. Примеры подготовки задач моделирования систем электроприводов к решению на АВМ. Методика составления наборной схемы модели по математическому описанию в виде детализированной структурной схемы. Расчет параметров наборной схемы. Выбор масштабов переменных и времени.

2.1.5. Моделирование и исследование объектов электропривода на цифровых вычислительных машинах - 6 часов.

Основные функциональные устройства ЦВМ. Структурная схема микрокомпьютера, назначение и характеристика составляющих устройств. Программные средства ЭВМ. Характеристика операционных систем реального времени. Экранные редакторы для создания и редактирования текстовых файлов. Основные этапы создания программы. Математическая основа решения задач моделирования систем управления электроприводов - численное решение задачи Коши. Обзор и сравнительный анализ численных методов интегрирования. Методы интерполяций нелинейных характеристик. Специальное программное обеспечение для решения задач моделирования систем на ЦВМ. Цифровое моделирование систем автоматического управления электроприводами на основе топологических представлений.

2.1.6. Моделирование линейных оптимальных систем управления электроприводов - 8 часов.

Построение систем управления по принципам комбинированного, модального управления. Математическое описание и структурные схемы систем комбинированного и модального управления. Алгоритмизация задачи численного расчета параметров модального регулятора при замыкании системы по полному вектору состояния или его части, при введении жестких и гибких обратных связей.

Наблюдающие устройства идентификации и практические пути ее решения.

Программные средства для реализации моделирования систем управления электроприводов по принципам модального управления.

2.1.7. Параметрическая оптимизация систем управления электроприводов - 7 часов.

Постановка задачи параметрической оптимизации систем управления электроприводами. Интегральные критерии качества квадратичных форм. Формирование критериев качества с помощью эталонных моделей. Общая характеристика алгоритмов определения экстремума функций нескольких переменных. Программные средства параметрической оптимизации систем управления электроприводов.

2.1.8. Заключение - 2 часа.

Перспективы развития аппаратных и программных средств ЭВМ для моделирования и исследования электроприводов.

2.2. Лабораторные работы.

2.3. Содержание курсовой работы (объем, основные требования).

Цель курсовой работы: углубление теоретических знаний и закрепление практических навыков по разработке математических моделей оптимальных систем автоматического управления и их анализу. В связи с этим по заданию преподавателя в работе предлагается синтезировать с последующим проведением анализа одну из ряда систем автоматического управления с применением:

комбинированного управления, когда, наряду с регулированием по отклонению, используют регулирование по входному сигналу;

модального управления, когда путем введения соответствующих обратных связей по состоянию объекта обеспечивается требуемое распределение корней характеристического уравнения в замкнутой системе;

принципа подчиненного управления с контурами тока и скорости, используя стандартную методику настройки регуляторов;

наблюдающего устройства, если объект полностью наблюдаем и переменные состояния наблюдателя являются оценками переменных состояния объекта и могут использоваться для формирования требуемого закона управления вместо переменных состояния объекта.

Объем и оформление работы должно соответствовать требованиям СТП ВГТУ 001-98, содержательная часть курсовой работы изложена в методических указаниях № 82-2000.

Курсовая работа выполняется в 8 семестре, защищается перед комиссией и оценивается дифференцировано.

3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

3.1. Технические средства обучения - демонстрационные плакаты.

3.2. Рекомендуемая литература.

3.2.1. Основная литература.

1. Фролов Ю.М., Бурковский В.Л. Математическое моделирование в автоматизированном проектировании электроприводов: Учеб. пособие, Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2000. 143 с.

2. Фролов Ю.М. Конспект лекций по дисциплине "Моделирование в электроприводе" для студентов специальности 180400 "Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов" / Воронеж, ВГТУ, 2000. 2ч.

3.2.2. Дополнительная литература.

1. Моделирование и основы автоматизированного проектирования приводов: Учебное пособие для студентов высших механических учебных заведений / В.Г.Стеблецов, А.В.Сергеев, В.Д.Новиков, О.Г.Камладзе, - М.: Машиностроение, 1989. - 224 с.

2. Афанасьев В.Н., Колмановский В.Б., Носов В.Р. Математическая теория конструирования систем управления. - М.: Высшая школа, 1998. - 574 с.

3. Ключев В.И. Теория электропривода.: Учеб. для вузов. -2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 2001. - 704 с.

4. Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода: Учебник для Вузов. - М.: Энергоиздат, 1987. - 224 с.

5. Бабанов Н.А., Воронов А.А., Воронова А.А. и др. Теория автоматического управления: Учеб. для вузов по спец. "Автоматика и телемеханика". В 2-х ч. / Под ред. Воронова А.А. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1986.

6. Дьяконов В.П. MATLAB 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 в математике и моделировании. Полное руководство пользователя. М.: СОЛОН-Пресс. 2003. 567 с.

7. Дьяконов В.П., Круглов В.В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справочник. - СПб.: Питер, 2002. - 448 с.

8. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное пособие. - СПб.: КОРОНА принт, 2001. - 230 с.

9. М/у № 10-2004. Фролов Ю.М., Романов А.В. Методические указания к лабораторным работам по курсу "Моделирование электропривода" для студентов специальности 180400 "Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов" очной формы обучения. Воронеж, ВГТУ, 2004. - 25с.

10. Фролов Ю.М. Методические указания № 82-2000 к выполнению курсовой работы по курсу "Моделирование в электроприводе" для студентов специальности 180400 "Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов" дневной формы обучения. Воронеж, ВГТУ, 2000. - 33с.

11. Слепокуров Ю.С. MATLAB 5. Анализ технических систем: Учеб. пособие. / Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2001. 167 с. PDF-формат. - 1640 Кб.

12. И.В.Черных. "Simulink: Инструмент моделирования динамических систем" / http://www.matlab.exponenta.ru. - 4780 Кб.

Составитель программы доцент, к.т.н. А.В. Романов

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры АИТС, протокол № 9 от " 10 "      03       2003 г.

Рабочая программа рассмотрена и одобрена методической комиссией ФАЭМ  " 23"      03       2003 г.

Последнее обновление - 08.06.2005