ProHoster > Blogs > Administrācija > Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Šajā publikācijā ir sniegta vebināra transkripcija "Lidaparātu elektrotīkla izveide, izmantojot uz modeļiem balstītu dizainu". Vebināru vadīja inženieris Mihails Peseļņiks CITM izstādes dalībnieks.)

Šodien mēs uzzināsim, ka mēs varam noregulēt modeļus, lai sasniegtu optimālu līdzsvaru starp simulācijas rezultātu precizitāti un precizitāti un simulācijas procesa ātrumu. Tas ir galvenais, lai efektīvi izmantotu simulāciju un pārliecinātos, ka modeļa detalizācijas līmenis ir piemērots uzdevumam, kuru plānojat veikt.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Mēs arī mācīsimies:

  • Kā jÅ«s varat paātrināt simulācijas, izmantojot optimizācijas algoritmus un paralēlo skaitļoÅ”anu;
  • Kā izplatÄ«t simulācijas pa vairākiem datoru kodoliem, paātrinot tādus uzdevumus kā parametru novērtÄ“Å”ana un parametru izvēle;
  • Kā paātrināt izstrādi, automatizējot simulācijas un analÄ«zes uzdevumus, izmantojot MATLAB;
  • Kā izmantot MATLAB skriptus harmoniskai analÄ«zei un dokumentēt jebkura veida testa rezultātus, izmantojot automātisku ziņojumu Ä£enerÄ“Å”anu.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Sāksim ar gaisa kuģu elektrotīkla modeļa pārskatu. Mēs apspriedīsim, kādi ir mūsu simulācijas mērķi, un aplūkosim izstrādes procesu, kas tika izmantots modeļa izveidei.

Pēc tam mēs iesim cauri Ŕī procesa posmiem, tostarp sākotnējai izstrādei - kur mēs precizēsim prasÄ«bas. Detalizēts projekts - kur apskatÄ«sim atseviŔķas elektrotÄ«kla sastāvdaļas, un visbeidzot izmantosim detalizētā projekta simulācijas rezultātus, lai pielāgotu abstraktā modeļa parametrus. Visbeidzot, mēs apskatÄ«sim, kā jÅ«s varat dokumentēt visu Å”o darbÄ«bu rezultātus pārskatos.

Å eit ir shematisks mÅ«su izstrādātās sistēmas attēlojums. Å is ir puslidmaŔīnas modelis, kurā ietilpst Ä£enerators, maiņstrāvas kopne, dažādas maiņstrāvas slodzes, transformatora-taisngrieža bloks, lÄ«dzstrāvas kopne ar dažādām slodzēm un akumulators.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Komponentu pievienoÅ”anai elektrotÄ«klam izmanto slēdžus. Tā kā komponenti lidojuma laikā ieslēdzas un izslēdzas, elektriskie apstākļi var mainÄ«ties. Mēs vēlamies analizēt Å”o pusi no lidmaŔīnas elektrotÄ«kla Å”ajos mainÄ«gajos apstākļos.

Pilnam gaisa kuÄ£a elektriskās sistēmas modelim jāietver citas sastāvdaļas. Mēs tos neesam iekļāvuÅ”i Å”ajā pusplaknes modelÄ«, jo mēs vēlamies tikai analizēt Å”o komponentu mijiedarbÄ«bu. Tā ir izplatÄ«ta prakse lidmaŔīnu un kuÄ£u bÅ«vē.

Simulācijas mērķi:

  • Nosakiet elektriskās prasÄ«bas dažādiem komponentiem, kā arÄ« baroÅ”anas lÄ«nijām, kas tos savieno.
  • Analizējiet sistēmu mijiedarbÄ«bu starp komponentiem no dažādām inženierijas disciplÄ«nām, tostarp elektrisko, mehānisko, hidraulisko un termisko efektu.
  • Un detalizētākā lÄ«menÄ« veiciet harmonisko analÄ«zi.
  • Analizējiet baroÅ”anas kvalitāti mainÄ«gos apstākļos un aplÅ«kojiet spriegumus un strāvas dažādos tÄ«kla mezglos.

Šo simulācijas mērķu kopumu vislabāk var izmantot, izmantojot dažādas detalizācijas pakāpes modeļus. Mēs redzēsim, ka, virzoties cauri izstrādes procesam, mums būs abstrakts un detalizēts modelis.

AplÅ«kojot Å”o dažādo modeļu variantu simulācijas rezultātus, redzam, ka sistēmas lÄ«meņa modeļa un detalizētā modeļa rezultāti ir vienādi.
Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Ja mēs sÄ«kāk aplÅ«kojam simulācijas rezultātus, mēs redzam, ka pat neskatoties uz dinamiku, ko izraisa strāvas ierīču pārslēgÅ”ana mÅ«su modeļa detalizētajā versijā, kopējie simulācijas rezultāti ir vienādi.

Tas ļauj mums veikt ātras iterācijas sistēmas līmenī, kā arī detalizētu elektriskās sistēmas analīzi granulētā līmenī. Tādā veidā mēs varam efektīvi sasniegt savus mērķus.

Tagad parunāsim par modeli, ar kuru mēs strādājam. Katrai elektrotÄ«kla komponentei esam izveidojuÅ”i vairākas iespējas. Mēs izvēlēsimies, kuru komponentu variantu izmantot atkarÄ«bā no risināmās problēmas.

Izpētot tÄ«kla elektroenerÄ£ijas ražoÅ”anas iespējas, mēs varam aizstāt integrēto piedziņas Ä£eneratoru ar ciklokonvektora tipa mainÄ«ga ātruma Ä£eneratoru vai lÄ«dzstrāvas frekvences Ä£eneratoru. Mēs varam izmantot abstraktus vai detalizētus slodzes komponentus maiņstrāvas ķēdē.

Līdzīgi līdzstrāvas tīklam mēs varam izmantot abstraktu, detalizētu vai daudznozaru iespēju, kas ņem vērā citu fizisko disciplīnu, piemēram, mehānikas, hidraulikas un temperatūras efektu, ietekmi.

Sīkāka informācija par modeli.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Å eit ir redzams Ä£enerators, sadales tÄ«kls un tÄ«kla komponenti. Modelis paÅ”laik ir iestatÄ«ts simulācijai ar abstraktu komponentu modeļiem. Izpildmehānisms tiek modelēts, vienkārÅ”i norādot komponenta patērēto aktÄ«vo un reaktÄ«vo jaudu.

Ja mēs konfigurējam Å”o modeli, lai izmantotu detalizētus komponentu variantus, izpildmehānisms jau ir modelēts kā elektriskā maŔīna. Mums ir pastāvÄ«gā magnēta sinhronais motors, pārveidotāji un lÄ«dzstrāvas kopne un vadÄ«bas sistēma. Ja skatāmies uz transformatora-taisngrieža bloku, redzam, ka tas ir modelēts, izmantojot transformatorus un universālos tiltus, kas tiek izmantoti spēka elektronikā.

Mēs varam arÄ« atlasÄ«t sistēmas opciju (uz TRU DC Loads -> Block Choices -> Multidomain), kas ņem vērā ietekmi, kas saistÄ«ta ar citām fiziskām parādÄ«bām (degvielas sÅ«knÄ«). Degvielas sÅ«knim mēs redzam, ka mums ir hidrauliskais sÅ«knis, hidrauliskās slodzes. AttiecÄ«bā uz sildÄ«tāju tiek ņemta vērā temperatÅ«ras ietekme, kas ietekmē Ŕīs sastāvdaļas uzvedÄ«bu, mainoties temperatÅ«rai. MÅ«su Ä£enerators ir modelēts, izmantojot sinhrono maŔīnu, un mums ir vadÄ«bas sistēma, lai iestatÄ«tu Ŕīs iekārtas sprieguma lauku.

Lidojuma cikli tiek atlasÄ«ti, izmantojot MATLAB mainÄ«go ar nosaukumu Flight_Cycle_Num. Un Å”eit mēs redzam datus no MATLAB darbvietas, kas kontrolē, kad daži elektrotÄ«kla komponenti ieslēdzas un izslēdzas. Å is grafiks (Plot_FC) parāda pirmo lidojuma ciklu, kad komponenti ir ieslēgti vai izslēgti.

Ja mēs noregulējam modeli uz Tuned versiju, mēs varam izmantot Å”o skriptu (Test_APN_Model_SHORT), lai palaistu modeli un pārbaudÄ«tu to trÄ«s dažādos lidojuma ciklos. Notiek pirmais lidojuma cikls, un mēs testējam sistēmu dažādos apstākļos. Pēc tam mēs automātiski konfigurējam modeli, lai tas palaistu otro un treÅ”o lidojuma ciklu. Pēc Å”o testu pabeigÅ”anas mums ir pārskats, kurā parādÄ«ti Å”o trÄ«s testu rezultāti salÄ«dzinājumā ar iepriekŔējiem testa braucieniem. Pārskatā ir redzami modeļa ekrānŔāviņi, grafiku, kas parāda ātrumu, spriegumu un Ä£enerētāja izejā Ä£enerēto jaudu, salÄ«dzināŔanas grafikus ar iepriekŔējiem testiem, kā arÄ« elektrotÄ«kla kvalitātes analÄ«zes rezultātus.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Lai simulāciju izmantotu efektÄ«vi, ir jāatrod kompromiss starp modeļa precizitāti un simulācijas ātrumu. Pievienojot modelim vairāk informācijas, modeļa aprēķināŔanai un simulācijai nepiecieÅ”amais laiks palielinās. Ir svarÄ«gi pielāgot modeli konkrētajai risināmajai problēmai.

Ja mÅ«s interesē tādas detaļas kā strāvas kvalitāte, mēs pievienojam tādus efektus kā jaudas elektronikas pārslēgÅ”ana un reālistiskas slodzes. Tomēr, ja mÅ«s interesē tādi jautājumi kā dažādu elektrotÄ«kla komponentu enerÄ£ijas Ä£enerÄ“Å”ana vai patēriņŔ, mēs izmantosim sarežģītu simulācijas metodi, abstraktās slodzes un vidējā sprieguma modeļus.

Izmantojot Mathworks produktus, varat izvēlēties pareizo detalizācijas līmeni konkrētajai problēmai.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Lai izstrādātu efektÄ«vi, mums ir nepiecieÅ”ami gan abstrakti, gan detalizēti komponentu modeļi. LÅ«k, kā Ŕīs iespējas iekļaujas mÅ«su izstrādes procesā:

  • Pirmkārt, mēs precizējam prasÄ«bas, izmantojot modeļa abstraktu versiju.
  • Pēc tam mēs izmantojam precizētās prasÄ«bas, lai detalizēti izstrādātu komponentu.
  • Mēs varam apvienot abstraktu un detalizētu komponenta versiju savā modelÄ«, ļaujot pārbaudÄ«t un kombinēt komponentu ar mehāniskām sistēmām un vadÄ«bas sistēmām.
  • Visbeidzot, mēs varam izmantot detalizētā modeļa simulācijas rezultātus, lai noregulētu abstraktā modeļa parametrus. Tas mums iegÅ«s modeli, kas darbojas ātri un rada precÄ«zus rezultātus.

Var redzēt, ka Ŕīs divas iespējas ā€” sistēma un detalizētais modelis ā€” papildina viena otru. Darbs, ko veicam ar abstrakto modeli, lai precizētu prasÄ«bas, samazina detalizētam projektam nepiecieÅ”amo iterāciju skaitu. Tas paātrina mÅ«su attÄ«stÄ«bas procesu. Detalizētā modeļa simulācijas rezultāti sniedz mums abstraktu modeli, kas darbojas ātri un rada precÄ«zus rezultātus. Tas ļauj mums panākt atbilstÄ«bu starp modeļa detalizācijas lÄ«meni un simulācijas veicamo uzdevumu.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Daudzi uzņēmumi visā pasaulē izmanto MOS, lai izstrādātu sarežģītas sistēmas. Airbus izstrādā degvielas pārvaldÄ«bas sistēmu A380, pamatojoties uz MOP. Å ajā sistēmā ir vairāk nekā 20 sÅ«kņi un vairāk nekā 40 vārsti. Varat iedomāties dažādu atteices scenāriju skaitu, kas varētu rasties. Izmantojot simulāciju, viņi katru nedēļas nogali var veikt vairāk nekā simts tÅ«kstoÅ”us testu. Tas dod viņiem pārliecÄ«bu, ka neatkarÄ«gi no kļūmes scenārija viņu kontroles sistēma var tikt galā ar to.

Tagad, kad esam redzējuÅ”i mÅ«su modeļa pārskatu un mÅ«su simulācijas mērÄ·us, mēs apskatÄ«sim projektÄ“Å”anas procesu. Sāksim ar abstrakta modeļa izmantoÅ”anu, lai precizētu sistēmas prasÄ«bas. Å Ä«s precizētās prasÄ«bas tiks izmantotas detalizētam projektam.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Redzēsim, kā prasÄ«bu dokumentus integrēt izstrādes procesā. Mums ir liels prasÄ«bu dokuments, kurā ir izklāstÄ«tas visas prasÄ«bas mÅ«su sistēmai. Ir ļoti grÅ«ti salÄ«dzināt prasÄ«bas ar projektu kopumā un pārliecināties, vai projekts atbilst Ŕīm prasÄ«bām.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Izmantojot SLVNV, varat tieÅ”i saistÄ«t prasÄ«bu dokumentus un modeli Simulink. JÅ«s varat izveidot saites tieÅ”i no modeļa tieÅ”i uz prasÄ«bām. Tādējādi ir vieglāk pārbaudÄ«t, vai noteikta modeļa daļa ir saistÄ«ta ar konkrētu prasÄ«bu un otrādi. Å Ä« komunikācija ir divvirzienu. Tātad, ja mēs skatāmies uz prasÄ«bu, mēs varam ātri pāriet uz modeli, lai redzētu, kā Ŕī prasÄ«ba tiek izpildÄ«ta.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Tagad, kad esam integrējuÅ”i prasÄ«bu dokumentu darbplÅ«smā, precizēsim prasÄ«bas elektrotÄ«klam. Konkrēti, mēs aplÅ«kosim darbÄ«bas, maksimālās un projektētās slodzes prasÄ«bas Ä£eneratoriem un pārvades lÄ«nijām. Mēs tos pārbaudÄ«sim plaŔā tÄ«kla apstākļu diapazonā. Tie. dažādu lidojuma ciklu laikā, kad tiek ieslēgtas un izslēgtas dažādas slodzes. Tā kā mēs koncentrējamies tikai uz jaudu, mēs ignorēsim pārslēgÅ”anu jaudas elektronikā. Tāpēc izmantosim abstraktus modeļus un vienkārÅ”otas simulācijas metodes. Tas nozÄ«mē, ka mēs noregulēsim modeli, lai ignorētu detaļas, kas mums nav vajadzÄ«gas. Tas ļaus simulācijai darboties ātrāk un ļaus mums pārbaudÄ«t apstākļus ilgu lidojumu ciklu laikā.

Mums ir maiņstrāvas avots, kas iet caur pretestÄ«bu, kapacitātes un induktivitātes ķēdi. Ķēdē ir slēdzis, kas pēc kāda laika atveras un pēc tam atkal aizveras. Ja palaižat simulāciju, jÅ«s varat redzēt rezultātus, izmantojot nepārtraukto risinātāju. (V1) Var redzēt, ka ar slēdža atvērÅ”anu un aizvērÅ”anu saistÄ«tās svārstÄ«bas tiek parādÄ«tas precÄ«zi.

Tagad pārslēgsimies uz diskrēto režīmu. Veiciet dubultklikŔķi uz PowerGui bloka un cilnē Risinātājs atlasiet diskrēto risinātāju. Varat redzēt, ka tagad ir atlasÄ«ts diskrētais risinātājs. Sāksim simulāciju. JÅ«s redzēsit, ka rezultāti tagad ir gandrÄ«z vienādi, taču precizitāte ir atkarÄ«ga no atlasÄ«tā izlases ātruma.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Tagad es varu izvēlēties sarežģītās simulācijas režīmu, iestatÄ«t frekvenci - jo risinājums tiek iegÅ«ts tikai noteiktā frekvencē - un vēlreiz palaist simulāciju. JÅ«s redzēsiet, ka tiek parādÄ«tas tikai signāla amplitÅ«das. NoklikŔķinot uz Ŕī bloka, es varu palaist MATLAB skriptu, kas palaiž modeli secÄ«gi visos trÄ«s simulācijas režīmos un izveidos iegÅ«tos grafikus vienu virs otra. Ja aplÅ«kosim strāvu un spriegumu tuvāk, mēs redzēsim, ka diskrētie rezultāti ir tuvu nepārtrauktajiem, bet pilnÄ«bā sakrÄ«t. Ja paskatās uz strāvu, jÅ«s varat redzēt, ka ir maksimums, kas netika atzÄ«mēts simulācijas diskrētajā režīmā. Un mēs redzam, ka kompleksais režīms ļauj redzēt tikai amplitÅ«du. Ja paskatās uz risinātāja soli, jÅ«s varat redzēt, ka sarežģītajam risinātājam bija jāveic tikai 56 soļi, savukārt citiem risinātājiem bija nepiecieÅ”ams daudz vairāk soļu, lai pabeigtu simulāciju. Tas ļāva sarežģītajam simulācijas režīmam darboties daudz ātrāk nekā citiem režīmiem.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Papildus atbilstoÅ”a simulācijas režīma izvēlei mums ir nepiecieÅ”ami modeļi ar atbilstoÅ”u detalizācijas lÄ«meni. Lai noskaidrotu elektrotÄ«kla komponentu jaudas prasÄ«bas, izmantosim abstraktus vispārējas pielietojuma modeļus. Dinamiskās slodzes bloks ļauj mums norādÄ«t aktÄ«vo un reaktÄ«vo jaudu, ko komponents patērē vai Ä£enerē tÄ«klā.

Mēs definēsim sākotnējo abstrakto reaktīvās un aktīvās jaudas modeli, pamatojoties uz sākotnējo prasību kopumu. Mēs izmantosim ideālā avota bloku kā avotu. Tas ļaus iestatīt spriegumu tīklā, un jūs varat to izmantot, lai noteiktu ģeneratora parametrus un saprastu, cik daudz jaudas tam vajadzētu ražot.

Tālāk jūs redzēsiet, kā izmantot simulāciju, lai precizētu ģeneratora un pārvades līniju jaudas prasības.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Mums ir sākotnējais prasÄ«bu kopums, kas ietver tÄ«kla komponentu jaudas nominālo vērtÄ«bu un jaudas koeficientu. Mums ir arÄ« dažādi apstākļi, kādos Å”is tÄ«kls var darboties. Mēs vēlamies precizēt Ŕīs sākotnējās prasÄ«bas, testējot dažādos apstākļos. Mēs to darÄ«sim, pielāgojot modeli, lai izmantotu abstraktas slodzes un avotus, un pārbaudot prasÄ«bas dažādos darbÄ«bas apstākļos.

Mēs konfigurēsim modeli, lai izmantotu abstraktus slodzes un ģeneratoru modeļus, kā arī redzēsim saražoto un patērēto jaudu dažādos darbības apstākļos.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Tagad mēs pāriesim pie detalizēts dizains. Mēs izmantosim precizētās prasÄ«bas, lai detalizēti izstrādātu dizainu, un mēs apvienosim Ŕīs detalizētās sastāvdaļas ar sistēmas modeli, lai atklātu integrācijas problēmas.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

MÅ«sdienās ir pieejamas vairākas iespējas elektroenerÄ£ijas ražoÅ”anai lidmaŔīnā. Parasti Ä£eneratoru darbina saziņa ar gāzes turbÄ«nu. TurbÄ«na griežas ar mainÄ«gu frekvenci. Ja tÄ«klam ir jābÅ«t fiksētai frekvencei, tad ir nepiecieÅ”ama pārveidoÅ”ana no mainÄ«ga turbÄ«nas vārpstas ātruma uz nemainÄ«gu frekvenci tÄ«klā. To var izdarÄ«t, izmantojot integrētu nemainÄ«ga ātruma piedziņu pirms Ä£eneratora vai izmantojot jaudas elektroniku, lai pārveidotu mainÄ«gas frekvences maiņstrāvu nemainÄ«gas frekvences maiņstrāvā. Ir arÄ« sistēmas ar peldoÅ”o frekvenci, kur frekvence tÄ«klā var mainÄ«ties un notiek enerÄ£ijas pārveide pie tÄ«kla slodzēm.

Katrai no Ŕīm iespējām ir nepiecieÅ”ams Ä£enerators un jaudas elektronika, lai pārveidotu enerÄ£iju.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Mums ir gāzes turbÄ«na, kas griežas ar mainÄ«gu ātrumu. Å o turbÄ«nu izmanto, lai pagrieztu Ä£eneratora vārpstu, kas rada mainÄ«gas frekvences maiņstrāvu. Lai pārveidotu Å”o mainÄ«go frekvenci fiksētā frekvencē, var izmantot dažādas jaudas elektronikas iespējas. Mēs vēlētos novērtēt Ŕīs dažādās iespējas. To var izdarÄ«t, izmantojot SPS.

Mēs varam modelēt katru no Ŕīm sistēmām un veikt simulācijas dažādos apstākļos, lai novērtētu, kura opcija ir vislabākā mÅ«su sistēmai. Pārejam uz modeli un redzēsim, kā tas tiek darÄ«ts.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Å eit ir modelis, ar kuru mēs strādājam. MainÄ«gais ātrums no gāzes turbÄ«nas vārpstas tiek pārsÅ«tÄ«ts uz Ä£eneratoru. Un ciklokonvertors tiek izmantots, lai ražotu fiksētas frekvences maiņstrāvu. Ja palaižat simulāciju, jÅ«s redzēsit, kā modelis darbojas. AugŔējā diagramma parāda mainÄ«go gāzes turbÄ«nas ātrumu. JÅ«s redzat, ka frekvence mainās. Å is dzeltenais signāls otrajā grafikā ir spriegums no vienas no fāzēm pie Ä£eneratora izejas. Å Ä« fiksētās frekvences maiņstrāva tiek veidota no mainÄ«ga ātruma, izmantojot jaudas elektroniku.

Apskatīsim, kā tiek aprakstītas maiņstrāvas slodzes. Mūsējais ir savienots ar lampu, hidraulisko sūkni un izpildmehānismu. Šīs sastāvdaļas ir modelētas, izmantojot SPS blokus.

Katrs no Ŕiem SPS blokiem ietver konfigurācijas iestatījumus, kas ļauj pielāgot dažādas komponentu konfigurācijas un pielāgot modeļa detalizācijas līmeni.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Mēs konfigurējām modeļus, lai palaistu katra komponenta detalizētu versiju. Tāpēc mums ir daudz jaudas, lai modelētu maiņstrāvas slodzes, un, modelējot detalizētus komponentus diskrētā režīmā, mēs varam redzēt daudz detalizētāku informāciju par to, kas notiek mūsu elektrotīklā.

Viens no uzdevumiem, ko veiksim ar modeļa detalizēto versiju, ir elektroenerģijas kvalitātes analīze.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Kad sistēmā tiek ievadÄ«ta slodze, tā var izraisÄ«t viļņu formas izkropļojumus sprieguma avotā. Tas ir ideāls sinusoÄ«ds, un Ŕāds signāls bÅ«s Ä£eneratora izejā, ja slodzes ir nemainÄ«gas. Tomēr, palielinoties ieslēdzamo un izslēdzamo komponentu skaitam, Ŕī viļņu forma var tikt izkropļota un izraisÄ«t tik mazus pārsniegumus.

Å ie viļņu formas tapas pie sprieguma avota var radÄ«t problēmas. Tas var izraisÄ«t Ä£eneratora pārkarÅ”anu jaudas elektronikas pārslēgÅ”anas dēļ, tas var radÄ«t lielas neitrālas strāvas, kā arÄ« izraisÄ«t nevajadzÄ«gu jaudas elektronikas pārslēgÅ”anu, jo viņi negaida Å”o atlēcienu signālā.

Harmoniskie kropļojumi piedāvā maiņstrāvas elektroenerÄ£ijas kvalitātes mērÄ«jumu. Ir svarÄ«gi izmērÄ«t Å”o attiecÄ«bu mainÄ«gos tÄ«kla apstākļos, jo kvalitāte mainÄ«sies atkarÄ«bā no tā, kurÅ” komponents ir ieslēgts un izslēgts. Å o attiecÄ«bu ir viegli izmērÄ«t, izmantojot MathWorks rÄ«kus, un to var automatizēt testÄ“Å”anai dažādos apstākļos.

Uzziniet vairāk par THD vietnē Wikipedia.

Tālāk mēs redzēsim, kā rīkoties elektroenerģijas kvalitātes analīze, izmantojot simulāciju.

Mums ir lidmaŔīnas elektrotÄ«kla modelis. Dažādu slodžu dēļ tÄ«klā sprieguma viļņu forma pie Ä£eneratora izejas ir izkropļota. Tas noved pie pārtikas kvalitātes pasliktināŔanās. Å Ä«s slodzes dažādos laikos lidojuma cikla laikā tiek atvienotas un pievienotas tieÅ”saistē.

Mēs vēlamies novērtēt Ŕī tÄ«kla elektroenerÄ£ijas kvalitāti dažādos apstākļos. Å im nolÅ«kam mēs izmantosim SPS un MATLAB, lai automātiski aprēķinātu THD. Mēs varam aprēķināt koeficientu interaktÄ«vi, izmantojot GUI vai izmantot MATLAB skriptu automatizācijai.

AtgriezÄ«simies pie modeļa, lai parādÄ«tu to ar piemēru. MÅ«su lidmaŔīnas elektrotÄ«kla modelis sastāv no Ä£eneratora, maiņstrāvas kopnes, maiņstrāvas slodzēm un transformatora-taisngrieža un lÄ«dzstrāvas slodzēm. Mēs vēlamies izmērÄ«t elektroenerÄ£ijas kvalitāti dažādos tÄ«kla punktos dažādos apstākļos. Lai sāktu, es jums parādÄ«Å”u, kā to izdarÄ«t interaktÄ«vi tikai Ä£eneratoram. Tad es jums parādÄ«Å”u, kā automatizēt Å”o procesu, izmantojot MATLAB. Vispirms mēs veiksim simulāciju, lai savāktu datus, kas nepiecieÅ”ami THD aprēķināŔanai.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Å is grafiks (Gen1_Vab) parāda spriegumu starp Ä£eneratora fāzēm. Kā redzat, tas nav ideāls sinusoidāls vilnis. Tas nozÄ«mē, ka tÄ«kla jaudas kvalitāti ietekmē tÄ«kla komponenti. Kad simulācija bÅ«s pabeigta, THD aprēķināŔanai izmantosim ātro Furjē transformāciju. Mēs atvērsim powergui bloku un atvērsim FFT analÄ«zes rÄ«ku. Var redzēt, ka rÄ«ks tiek automātiski ielādēts ar datiem, ko ierakstÄ«ju simulācijas laikā. Mēs atlasÄ«sim FFT logu, norādÄ«sim frekvenci un diapazonu un parādÄ«sim rezultātus. Var redzēt, ka harmonisko kropļojumu koeficients ir 2.8%. Å eit jÅ«s varat redzēt dažādu harmoniku ieguldÄ«jumu. JÅ«s redzējāt, kā jÅ«s varat interaktÄ«vi aprēķināt harmonisko kropļojumu koeficientu. Bet mēs vēlētos automatizēt Å”o procesu, lai aprēķinātu koeficientu dažādos apstākļos un dažādos tÄ«kla punktos.

Tagad apskatÄ«sim pieejamās lÄ«dzstrāvas slodzes modelÄ“Å”anas iespējas.

Mēs varam modelēt tīras elektriskās slodzes, kā arī daudznozaru slodzes, kas satur dažādu inženierzinātņu jomu elementus, piemēram, elektriskos un termiskos efektus, elektriskos, mehāniskos un hidrauliskos.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

MÅ«su lÄ«dzstrāvas ķēdē ietilpst transformators-taisngriezis, lampas, sildÄ«tājs, degvielas sÅ«knis un akumulators. Detalizētos modeļos var ņemt vērā ietekmi no citām jomām, piemēram, sildÄ«tāja modelis ņem vērā izmaiņas elektriskās daļas darbÄ«bā, mainoties temperatÅ«rai. Degvielas sÅ«knis ņem vērā ietekmi no citām vietām, lai redzētu arÄ« to ietekmi uz komponenta darbÄ«bu. Es atgriezÄ«Å”os pie modeļa, lai parādÄ«tu, kā tas izskatās.

Å is ir modelis, ar kuru mēs strādājam. Kā redzat, tagad transformators-taisngriezis un lÄ«dzstrāvas tÄ«kls ir tÄ«ri elektriski, t.i. tiek ņemti vērā tikai efekti no elektriskās jomas. Viņiem ir vienkārÅ”oti Ŕī tÄ«kla komponentu elektriskie modeļi. Mēs varam izvēlēties Ŕīs sistēmas variantu (TRU DC Loads -> Multidomain), kas ņem vērā ietekmi no citām inženierijas jomām. JÅ«s redzat, ka tÄ«klā mums ir vienas un tās paÅ”as sastāvdaļas, bet elektrisko modeļu skaita vietā mēs pievienojām citus efektus - piemēram, hiteram, temperatÅ«ras fizisko tÄ«klu, kas ņem vērā temperatÅ«ras ietekmi uz uzvedÄ«bu. SÅ«knÄ« mēs tagad ņemam vērā sÅ«kņu hidraulisko ietekmi un citas sistēmas slodzes.

Komponenti, kurus redzat modelÄ«, ir samontēti no Simscape bibliotēkas blokiem. Ir bloki elektrisko, hidraulisko, magnētisko un citu disciplÄ«nu uzskaitei. Izmantojot Å”os blokus, jÅ«s varat izveidot modeļus, kurus mēs saucam par daudznozaru, t.i. ņemot vērā dažādu fizisko un inženierzinātņu disciplÄ«nu ietekmi.

Elektrotīkla modelī var integrēt efektus no citām jomām.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Simscape bloku bibliotēkā ir iekļauti bloki, lai simulētu efektus no citiem domēniem, piemēram, hidraulikas vai temperatÅ«ras. Izmantojot Å”os komponentus, varat izveidot reālāku tÄ«kla slodzi un pēc tam precÄ«zāk definēt apstākļus, kādos Å”ie komponenti var darboties.

Apvienojot Ŕos elementus, jūs varat izveidot sarežģītākus komponentus, kā arī izveidot jaunas pielāgotas disciplīnas vai apgabalus, izmantojot Simscape valodu.

Uzlabotāki komponenti un parametru iestatÄ«jumi ir pieejami specializētajos Simscape paplaÅ”inājumos. Å ajās bibliotēkās ir pieejami sarežģītāki un detalizētāki komponenti, ņemot vērā tādus efektus kā efektivitātes zudumi un temperatÅ«ras ietekme. Varat arÄ« modelēt XNUMXD un vairāku korpusu sistēmas, izmantojot SimMechanics.

Tagad, kad esam pabeiguÅ”i detalizēto dizainu, mēs izmantosim detalizēto simulāciju rezultātus, lai pielāgotu abstraktā modeļa parametrus. Tas mums iegÅ«s modeli, kas darbojas ātri, vienlaikus radot rezultātus, kas atbilst detalizētas simulācijas rezultātiem.

Mēs sākām izstrādes procesu ar abstraktiem komponentu modeļiem. Tagad, kad mums ir detalizēti modeļi, mēs vēlētos pārliecināties, ka Å”ie abstraktie modeļi dod lÄ«dzÄ«gus rezultātus.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Zaļā krāsa parāda sākotnējās prasÄ«bas, kuras mēs saņēmām. Mēs vēlētos, lai abstraktā modeļa rezultāti, kas Å”eit parādÄ«ti zilā krāsā, bÅ«tu tuvu detalizētās modeļa simulācijas rezultātiem, kas parādÄ«ti sarkanā krāsā.

Lai to izdarÄ«tu, mēs definēsim abstraktā modeļa aktÄ«vās un reaktÄ«vās jaudas, izmantojot ieejas signālu. Tā vietā, lai izmantotu atseviŔķas aktÄ«vās un reaktÄ«vās jaudas vērtÄ«bas, mēs izveidosim parametrizētu modeli un pielāgosim Å”os parametrus tā, lai aktÄ«vās un reaktÄ«vās jaudas lÄ«knes no abstraktā modeļa simulācijas atbilstu detalizētajam modelim.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Tālāk mēs redzēsim, kā abstrakto modeli var noregulēt, lai tas atbilstu detalizētā modeļa rezultātiem.

Tas ir mÅ«su uzdevums. Mums ir abstrakts elektrotÄ«kla komponenta modelis. Kad mēs tam pielietojam Ŕādu vadÄ«bas signālu, izeja ir Ŕāds aktÄ«vajai un reaktÄ«vai jaudai.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Ja mēs izmantojam to paÅ”u signālu detalizēta modeļa ievadei, mēs iegÅ«stam Ŕādus rezultātus.

Mums ir nepiecieÅ”ams, lai abstraktā un detalizētā modeļa simulācijas rezultāti bÅ«tu konsekventi, lai mēs varētu izmantot abstrakto modeli, lai ātri atkārtotu sistēmas modeli. Lai to izdarÄ«tu, mēs automātiski pielāgosim abstraktā modeļa parametrus, lÄ«dz rezultāti sakrÄ«t.

Lai to izdarītu, mēs izmantosim SDO, kas var automātiski mainīt parametrus, līdz abstrakto un detalizēto modeļu rezultāti sakrīt.

Lai konfigurētu Å”os iestatÄ«jumus, mēs izpildÄ«sim tālāk norādÄ«tās darbÄ«bas.

  • Pirmkārt, mēs importējam detalizētā modeļa simulācijas izejas un atlasām Å”os datus parametru novērtÄ“Å”anai.
  • Pēc tam mēs norādÄ«sim, kuri parametri ir jākonfigurē, un iestatÄ«sim parametru diapazonus.
  • Tālāk mēs novērtēsim parametrus, SDO pielāgojot parametrus, lÄ«dz rezultāti sakrÄ«t.
  • Visbeidzot, mēs varam izmantot citus ievades datus, lai apstiprinātu parametru aplēses rezultātus.

JÅ«s varat ievērojami paātrināt izstrādes procesu, izplatot simulācijas, izmantojot paralēlo skaitļoÅ”anu.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Varat palaist atseviŔķas simulācijas dažādos daudzkodolu procesora kodolos vai skaitļoÅ”anas klasteros. Ja jums ir uzdevums, kas prasa vairākas simulācijas, piemēram, Montekarlo analÄ«zi, parametru pielāgoÅ”anu vai vairāku lidojuma ciklu izpildi, varat izplatÄ«t Ŕīs simulācijas, palaižot tās vietējā daudzkodolu iekārtā vai datoru klasterÄ«.

Daudzos gadÄ«jumos tas nebÅ«s sarežģītāk par for cilpas aizstāŔanu skriptā ar paralēlu for cilpu parfor. Tas var ievērojami paātrināt skrieÅ”anas simulācijas.

Gaisa kuÄ£a elektriskā tÄ«kla projektÄ“Å”ana, izmantojot uz modeļiem balstÄ«tu dizainu

Mums ir lidmaŔīnas elektrotÄ«kla modelis. Mēs vēlētos pārbaudÄ«t Å”o tÄ«klu dažādos darbÄ«bas apstākļos, tostarp lidojumu ciklos, pārtraukumos un laikapstākļos. Mēs izmantosim PCT, lai paātrinātu Å”os testus, un MATLAB, lai pielāgotu modeli katram testam, ko vēlamies palaist. Pēc tam mēs izplatÄ«sim simulācijas dažādos mana datora kodolos. Mēs redzēsim, ka paralēlie testi tiek pabeigti daudz ātrāk nekā secÄ«gie.

Tālāk ir norādītas darbības, kas mums būs jāveic.

  • Pirmkārt, mēs izveidosim darbinieku procesu pÅ«lu jeb tā sauktos MATLAB darbiniekus, izmantojot komandu parpool.
  • Tālāk mēs Ä£enerēsim parametru kopas katram testam, kuru vēlamies palaist.
  • Simulācijas veiksim vispirms secÄ«gi, vienu pēc otras.
  • Un tad salÄ«dziniet to ar simulāciju paralēlu darbÄ«bu.

Saskaņā ar rezultātiem kopējais testÄ“Å”anas laiks paralēlajā režīmā ir aptuveni 4 reizes mazāks nekā secÄ«gajā režīmā. Grafikos mēs redzējām, ka enerÄ£ijas patēriņŔ kopumā ir paredzētajā lÄ«menÄ«. Redzamās virsotnes ir saistÄ«tas ar dažādiem tÄ«kla apstākļiem, kad patērētāji tiek ieslēgti un izslēgti.

Simulācijās bija iekļauti daudzi testi, kurus mēs varējām ātri palaist, sadalot simulācijas dažādos datoru kodolos. Tas ļāva novērtēt patiesi plaÅ”u lidojumu apstākļu klāstu.

Tagad, kad esam pabeiguÅ”i Å”o izstrādes procesa daļu, mēs redzēsim, kā mēs varam automatizēt katras darbÄ«bas dokumentācijas izveidi, kā mēs varam automātiski palaist testus un dokumentēt rezultātus.

Sistēmas projektÄ“Å”ana vienmēr ir iteratÄ«vs process. Mēs veicam izmaiņas projektā, pārbaudām izmaiņas, novērtējam rezultātus un pēc tam veicam jaunas izmaiņas. Rezultātu un izmaiņu pamatojuma dokumentÄ“Å”anas process aizņem ilgu laiku. JÅ«s varat automatizēt Å”o procesu, izmantojot SLRG.

Izmantojot SLRG, varat automatizēt testu izpildi un pēc tam apkopot Å”o testu rezultātus atskaites veidā. Ziņojumā var bÅ«t iekļauts testa rezultātu novērtējums, modeļu un grafiku ekrānuzņēmumi, C un MATLAB kods.

Nobeigumā es atgādināŔu Ŕīs prezentācijas galvenos punktus.

  • Mēs redzējām daudzas iespējas pielāgot modeli, lai atrastu lÄ«dzsvaru starp modeļa precizitāti un simulācijas ātrumu, tostarp simulācijas režīmus un modeļa abstrakcijas lÄ«meņus.
  • Mēs redzējām, kā mēs varam paātrināt simulācijas, izmantojot optimizācijas algoritmus un paralēlo skaitļoÅ”anu.
  • Visbeidzot, mēs redzējām, kā mēs varam paātrināt izstrādes procesu, automatizējot simulācijas un analÄ«zes uzdevumus MATLAB.

Materiāla autors ā€” Mihails Peseļņiks, inženieris CITM izstādes dalÄ«bnieks.

Saite uz Ŕo vebināru https://exponenta.ru/events/razrabotka-ehlektroseti-samoleta-s-ispolzovaniem-mop

Avots: www.habr.com

Pievieno komentāru