УГАТУ Модели элементов схем замещения для имитационного моделирования

УГАТУ Модели элементов схем замещения для имитационного моделирования электромеханических процессов в энергоустановках Кафедра ДВС УГАТУ Выполнил: студент гр. Т 27 д-421 Герасимов Г. А. Научный руководитель: к. т. н. , доц. каф. ДВС Черноусов А. А. Уфа 2014

Актуальность исследования УГАТУ На кафедре ДВС УГАТУ ведется разработка системы моделирования процессов в двигателях и энергоустановках ALLBEA, в которой отсутствует возможность расчета моделирования электрических цепей. Была поставлена задача НИРС по проработке алгоритма и построению базовых моделей соответствующих основным требованиям к прикладному ПО. В данной работе разработан и реализован в программе алгоритм расчета переходного процесса в схеме замещения. Разработаны также базовые варианты моделей структурных элементов схем. Решением тестовой задачи подтверждена работоспособность сложных технических систем. Результатом работы можно будет применить в разработке прикладной библиотеки электромеханических моделей для ППП ALLBEA. . 2

Цель исследования УГАТУ Целью исследования является разработка и реализация модели процессов в схеме замещения. Для достижения поставленной цели были предложены следующие задачи: 3

Задачи исследования УГАТУ -анализ требований к алгоритмам, которые реализуют модели иерархической схемы замещения для расчета во времени динамики электронной цепи; -разработать модели базовых элементов замещения для использования в расчетах; -продемонстрировать работоспособность предложенного подхода к моделирования предложенных цепей. 4

Применение схем замещения в мире УГАТУ Транспортные средства с силовыми установками: -Тяговый привод; -Мотор-генератор; -Система «электрическая машина — механический редуктор» ; -Система «электрическая машина — коробка передач» ; -Система «электрическая машина — силовой преобразователь» ; -Режимы работы ДВС в гибридной схеме; -Буферные накопители. 4

Требования к алгоритму разработки и реализации модели УГАТУ 1 Поддержка квазистатических соотношений в неразветвленной ветви последовательно соединенных элементов. 2 Поддержка разветвлений любой сложности на данном уровне схемы замещения. 3 Поддержка построения моделей элементов на основе схем замещения, допускающем неограниченную вложенность и корректную при этом работу общего алгоритма. 4 Критерий корректности работы алгоритма – возможность расчета «электромагнитной» составляющей процессов в составе сложного процесса принятым в глобальной модели численным методом интегрирования системы ОДУ динамики системы (в настоящее время в ППП ALLBEA принят метод второго порядка аппроксимации по времени –– двухэтапный метод Эйлера). 5

( Модель ЕМКОСТЬ ) ≤ min УГАТУ )max. 6

( Модель ЕМКОСТЬ ) ≤ min УГАТУ )max. Модель емкость реализована на C в одноименном модуле, и работает модель накопления заряда на конкретных разновидностях сопряжений двух элементов (электрика и диэлектрика). Эта модель основана на решении нахождения напряжения на емкостных обкладках в схеме замещения, в которой имеется место подвод электрического заряда. 6

( Модель СОПРОТИВЛЕНИЕ ) ≤ min УГАТУ )max. 6

( Модель СОПРОТИВЛЕНИЕ ) ≤ min УГАТУ )max. Модель сопротивление предназначена для численного расчета элемента СТО, рассматриваемого как элемента схемы замещения. В силу сделанных допущений моделью сопротивление служит первого порядка ОДУ электродинамики, в правую часть которого подставляется разность потенциалов; в левой части произведение силы тока на сопротивление. 6

( Модель ИНДУКТИВНОСТЬ ) ≤ min УГАТУ )max. 6

( Модель ИНДУКТИВНОСТЬ ) ≤ min УГАТУ )max. Модель вычисляет разность потенциалов и заносит ее величину (с соответствующим знаком) в порты связываемых электродинамических компонентов (например, сопротивление) – в качестве величины потока электрического заряда – силы тока на расчетном шаге. 6

Графическое изображение тестовой задачи УГАТУ Сравнение численного решения задачи о разряде C через R с точным (N=20) 7

Заключение УГАТУ В работе разработан и реализован программный алгоритм расчет переходного процесса в схеме замещения. Разработаны также базовые варианты моделей структурных элементов схем. Решена тестовая задача подтверждающая работоспособность предложенного алгоритма и моделей, что в дальнейшем на его основе будет развита библиотека прикладных моделей, описывающих реальные элементы и подсистемы энергетических установок. 8