Разделы сайта

Разработка структурной схемы СЭП в Matlab

Подбор моделей элементов (формирование модели ШС, БС и тд)

Чтобы оценить работоспособность всей СЭП не прибегая к натурному моделированию, необходимо составить достоверные модели всех узлов входящих в её состав.

Основываясь на проведенных ранее опытах [2] структурная схема БС (без учета динамики) может иметь вид показанный на рисунке 2.1 Входными параметрами для данной модели являются величина фототока и приложенное напряжение, а выходным параметром ток БС. В состав модели входит нелинейный элемент имитирующий ВАХ БС.

Рис. 2.1. Модель БС в MatLab.

Модель ШС представлена на рисунке 2.2. она состоит из источника смещения входного сигнала ошибки, коэффициента передачи схемы управления ШС (или её передаточной функции), нелинейного элемента (типа зона насышения, с линейным диапазоном от 0 до 1) и устройства умножения. В зависимости от величины входного сигнала ШС либо не пропускает ток БС в нагрузку, либо пропускает его часть, либо весь ток целиком.

Рис 2.2. Модель ШС в MatLab.

Так как в такой постановке модели фаз ШС являются моделями источников токов, и эти токи текут в нагрузку, следовательно по второму закону Кирхгофа (закон о сумме токов в узле) [3], токи можно просуммировать, и пропустить через передаточную функцию, характеризующую структуру и параметры нагрузки (в данном случае активное сопротивление и емкость соединённые параллельно), на выходе передаточной функции будет напряжение шины.

Выходное напряжение сравнивается с опорным, пропускается через передаточную функцию интегратора, на выходе будет сигнал пропорциональный интегралу ошибки (модель интегратора приведена на рисунке 2.3). Этот сигнал и подаётся на фазы ШС.

Рис. 2.3. Модель интегратора в MatLab.

Медленный контур (контур коммутатора) построен следующим образом: сигнал на выходе нелинейного элемента зона насыщения в модели ШС является аналогом коэффициента заполнения, в реальной схеме, и пропорционален току ШС. Сумма этих сигналов показывает в каком состоянии находятся все каналы ШС. Сравнивая эту сумму с заданными пределами можно сформировать сигналы управляющие коммутатором. Если сумма будет больше верхнего предела то формируется +1 если меньше нижнего то формируется -1 во всех остальных случаях формируется 0. Пропустив этот сигнал через интегратор с постоянной времени подобранной так, чтобы его выходное значение увеличивалось либо уменьшалось на единицу за время несколько большее чем время переходного процесса, возникающего при коммутации ключа. Получим число равное количеству подключенных, в текущий момент времени, секций коммутатора. Чтобы это число менялось дискретно, его нужно пропустить через нелинейный элемент дискритизатор (шаг дискретизации единица) причем с ограничением от 0 до числа равного максимальному количеству секций коммутатора (рисунок 2.4). Коэффициент К1 задает скорость переключения коммутатора.

Рис. 2.4. Модель коммутатора в MatLab.

Вся структурная схема для моделирования в Matlab представлена в приложении 2.1.

Оценка устойчивости

Система, структурная схема которой приведенная в приложении 2.1, является, с точки зрения классификации применяемой в ТАУ, многоконтурной нелинейной одномерной системой автоматического управления. Все нелинейности входящие в состав системы однозначные. Одна нелинейность содержится в блоке БС (по сути ограничивает выходное напряжение на уровне 150В), вторая нелинейность содержится в блоке ШС (коэффициент заполнения меняется от 0 до 1), и три нелинейности в блоке СУ коммутатора. Если ток нагрузки не выходит за пределы возможностей ШС, то этот контур можно временно исключить из анализа устойчивости. Нелинейность в составе БС проявляется только когда выходное напряжение приближается к значению 150В, следовательно ей так же можно пренебречь. Нелинейностью присутствующей в блоках ШС пренебречь нельзя, но так как логика их работы построена таким образом, что все каналы работают по очереди, то систему можно привести к более простому виду: вместо 5 каналов ШС с коэффициентом от 0 до 1 один канал с коэффициентом от 0 до 5. Ещё одни острый момент это наличие в системе умножителя, но так как при вышеперечисленных допущениях БС является источником тока, то умножитель можно заменить коэффициентом численно равным номинальному току БС. Такая система является нелинейной одноконтурной, с устойчивой линейной частью (астатизм равен 1), и об её устойчивость можно судить по тому, пересекаются годографы нелинейного элемента и линейной части или нет. Упрощенная структурная схема приведена на рисунке 2.5.

Перейти на страницу: 1 2

Самое читаемое:

Изучение объекта и синтеза регулятора систем управления
Теория автоматического управления (ТАУ) - одна из наиболее важных общетехнических дисциплин. В ее рамках предлагаются универсальные подходы, которые можно применять при создании систем управления объектами различной природы. В состав любой системы автоматического управления (САУ) - системы, работающей без участия человека, обяза ...