Ấn phẩm này cung cấp bản ghi lại hội thảo trực tuyến . Hội thảo trực tuyến được thực hiện bởi Mikhail Peselnik, kỹ sư .)
Hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu rằng chúng ta có thể điều chỉnh các mô hình để đạt được sự cân bằng tối ưu giữa độ trung thực và độ chính xác của kết quả mô phỏng và tốc độ của quá trình mô phỏng. Đây là chìa khóa để sử dụng mô phỏng một cách hiệu quả và đảm bảo rằng mức độ chi tiết trong mô hình của bạn phù hợp với nhiệm vụ bạn dự định thực hiện.
Chúng ta cũng sẽ học:
- Cách bạn có thể tăng tốc mô phỏng bằng cách sử dụng thuật toán tối ưu hóa và tính toán song song;
- Cách phân phối mô phỏng trên nhiều lõi máy tính, tăng tốc các tác vụ như ước tính tham số và chọn tham số;
- Cách tăng tốc độ phát triển bằng cách tự động hóa các tác vụ mô phỏng và phân tích bằng MATLAB;
- Cách sử dụng tập lệnh MATLAB để phân tích hài hòa và ghi lại kết quả của bất kỳ loại thử nghiệm nào bằng cách sử dụng tính năng tạo báo cáo tự động.
Chúng ta sẽ bắt đầu với cái nhìn tổng quan về mô hình mạng điện máy bay. Chúng ta sẽ thảo luận về mục tiêu mô phỏng của chúng ta và xem xét quá trình phát triển đã được sử dụng để tạo mô hình.
Sau đó, chúng tôi sẽ thực hiện các giai đoạn của quy trình này, bao gồm cả thiết kế ban đầu - nơi chúng tôi làm rõ các yêu cầu. Thiết kế chi tiết - nơi chúng ta sẽ xem xét các thành phần riêng lẻ của mạng điện và cuối cùng chúng ta sẽ sử dụng kết quả mô phỏng của thiết kế chi tiết để điều chỉnh các tham số của mô hình trừu tượng. Cuối cùng, chúng ta sẽ xem cách bạn có thể ghi lại kết quả của tất cả các bước này trong báo cáo.
Đây là sơ đồ biểu diễn hệ thống mà chúng tôi đang phát triển. Đây là mô hình nửa máy bay bao gồm một máy phát điện, một bus AC, nhiều tải AC khác nhau, một bộ chỉnh lưu biến áp, một bus DC với nhiều tải khác nhau và một pin.
Công tắc được sử dụng để kết nối các thành phần với mạng điện. Khi các bộ phận bật và tắt trong chuyến bay, điều kiện điện có thể thay đổi. Chúng tôi muốn phân tích nửa lưới điện này của máy bay trong những điều kiện thay đổi này.
Một mô hình hoàn chỉnh của hệ thống điện máy bay phải bao gồm các thành phần khác. Chúng tôi chưa đưa chúng vào mô hình nửa mặt phẳng này vì chúng tôi chỉ muốn phân tích sự tương tác giữa các thành phần này. Đây là một thực tế phổ biến trong ngành máy bay và đóng tàu.
Mục tiêu mô phỏng:
- Xác định các yêu cầu về điện cho các bộ phận khác nhau cũng như đường dây điện kết nối chúng.
- Phân tích sự tương tác của hệ thống giữa các thành phần từ các ngành kỹ thuật khác nhau, bao gồm các hiệu ứng điện, cơ khí, thủy lực và nhiệt.
- Và ở mức độ chi tiết hơn, hãy thực hiện phân tích hài hòa.
- Phân tích chất lượng cung cấp điện trong các điều kiện thay đổi và xem xét điện áp cũng như dòng điện trong các nút mạng khác nhau.
Tập hợp các mục tiêu mô phỏng này được phục vụ tốt nhất bằng cách sử dụng các mô hình có mức độ chi tiết khác nhau. Chúng ta sẽ thấy rằng khi chúng ta chuyển qua quá trình phát triển, chúng ta sẽ có một mô hình trừu tượng và chi tiết.
Khi xem xét kết quả mô phỏng của các biến thể mô hình khác nhau này, chúng ta thấy rằng kết quả của mô hình cấp hệ thống và mô hình chi tiết là như nhau.
Nếu chúng ta xem xét kỹ hơn các kết quả mô phỏng, chúng ta sẽ thấy rằng ngay cả khi có động lực gây ra bởi việc chuyển đổi các thiết bị nguồn trong phiên bản chi tiết của mô hình của chúng tôi, kết quả mô phỏng tổng thể vẫn giống nhau.
Điều này cho phép chúng tôi thực hiện các bước lặp nhanh ở cấp độ hệ thống, cũng như phân tích chi tiết hệ thống điện ở cấp độ chi tiết. Bằng cách này, chúng ta có thể đạt được mục tiêu của mình một cách hiệu quả.
Bây giờ hãy nói về mô hình mà chúng tôi đang làm việc. Chúng tôi đã tạo một số tùy chọn cho từng thành phần trong mạng điện. Chúng tôi sẽ chọn biến thể thành phần nào sẽ sử dụng tùy thuộc vào vấn đề chúng tôi đang giải quyết.
Khi khám phá các phương án phát điện lưới, chúng ta có thể thay thế máy phát truyền động tích hợp bằng máy phát tốc độ biến thiên loại bộ điều tốc hoặc máy phát tần số ghép nối DC. Chúng ta có thể sử dụng các thành phần tải trừu tượng hoặc chi tiết trong mạch điện xoay chiều.
Tương tự, đối với mạng DC, chúng ta có thể sử dụng tùy chọn trừu tượng, chi tiết hoặc đa ngành có tính đến ảnh hưởng của các ngành vật lý khác như cơ học, thủy lực và hiệu ứng nhiệt độ.
Thêm chi tiết về mô hình.
Ở đây bạn thấy máy phát điện, mạng phân phối và các thành phần trong mạng. Mô hình hiện được thiết lập để mô phỏng với các mô hình thành phần trừu tượng. Bộ truyền động được mô hình hóa đơn giản bằng cách xác định công suất tác dụng và công suất phản kháng mà bộ phận đó tiêu thụ.
Nếu chúng ta định cấu hình mô hình này để sử dụng các biến thể thành phần chi tiết thì bộ truyền động đã được mô hình hóa như một máy điện. Chúng tôi có động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, bộ chuyển đổi, bus DC và hệ thống điều khiển. Nếu chúng ta nhìn vào bộ chỉnh lưu máy biến áp, chúng ta sẽ thấy rằng nó được mô hình hóa bằng máy biến áp và cầu nối vạn năng được sử dụng trong điện tử công suất.
Chúng tôi cũng có thể chọn tùy chọn hệ thống (trên Tải TRU DC -> Lựa chọn khối -> Đa miền) có tính đến các hiệu ứng liên quan đến hiện tượng vật lý khác (trong Bơm nhiên liệu). Đối với bơm nhiên liệu, chúng ta thấy có bơm thủy lực, tải thủy lực. Đối với máy sưởi, chúng tôi thấy việc xem xét các hiệu ứng nhiệt độ ảnh hưởng đến hoạt động của bộ phận đó khi nhiệt độ thay đổi. Máy phát điện của chúng tôi được mô hình hóa bằng máy đồng bộ và chúng tôi có hệ thống điều khiển để đặt trường điện áp cho máy này.
Chu kỳ bay được chọn bằng biến MATLAB có tên Flight_Cycle_Num. Và ở đây chúng ta thấy dữ liệu từ không gian làm việc MATLAB kiểm soát thời điểm bật và tắt một số thành phần mạng điện nhất định. Biểu đồ này (Plot_FC) hiển thị chu kỳ bay đầu tiên khi các thành phần được bật hoặc tắt.
Nếu điều chỉnh mô hình thành phiên bản Đã điều chỉnh, chúng tôi có thể sử dụng tập lệnh này (Test_APN_Model_SHORT) để chạy mô hình và kiểm tra mô hình trong ba chu kỳ bay khác nhau. Chu kỳ bay đầu tiên đang được tiến hành và chúng tôi đang thử nghiệm hệ thống trong nhiều điều kiện khác nhau. Sau đó, chúng tôi tự động định cấu hình mô hình để chạy chu kỳ bay thứ hai và thứ ba. Sau khi hoàn thành các thử nghiệm này, chúng tôi có một báo cáo hiển thị kết quả của ba thử nghiệm này so với các lần chạy thử nghiệm trước đó. Trong báo cáo, bạn có thể xem ảnh chụp màn hình của mô hình, ảnh chụp màn hình biểu đồ hiển thị tốc độ, điện áp và công suất được tạo ra ở đầu ra máy phát điện, biểu đồ so sánh với các thử nghiệm trước đó, cũng như kết quả phân tích chất lượng của mạng điện.
Tìm ra sự cân bằng giữa độ chính xác của mô hình và tốc độ mô phỏng là chìa khóa để sử dụng mô phỏng một cách hiệu quả. Khi bạn thêm nhiều chi tiết hơn vào mô hình của mình, thời gian cần thiết để tính toán và mô phỏng mô hình sẽ tăng lên. Điều quan trọng là phải tùy chỉnh mô hình cho vấn đề cụ thể mà bạn đang giải quyết.
Khi quan tâm đến các chi tiết như chất lượng điện, chúng tôi sẽ thêm các hiệu ứng như chuyển mạch điện tử công suất và tải thực tế. Tuy nhiên, khi quan tâm đến các vấn đề như việc tạo ra hoặc tiêu thụ năng lượng của các thành phần khác nhau trong lưới điện, chúng ta sẽ sử dụng phương pháp mô phỏng phức tạp, tải trừu tượng và mô hình điện áp trung bình.
Sử dụng các sản phẩm Mathworks, bạn có thể chọn mức độ chi tiết phù hợp cho bài toán đang giải.
Để thiết kế hiệu quả, chúng ta cần cả mô hình trừu tượng và chi tiết của các thành phần. Đây là cách các tùy chọn này phù hợp với quá trình phát triển của chúng tôi:
- Đầu tiên, chúng tôi làm rõ các yêu cầu bằng cách sử dụng phiên bản trừu tượng của mô hình.
- Sau đó, chúng tôi sử dụng các yêu cầu đã được cải tiến để thiết kế thành phần một cách chi tiết.
- Chúng tôi có thể kết hợp phiên bản trừu tượng và chi tiết của một thành phần trong mô hình của mình, cho phép xác minh và kết hợp thành phần đó với các hệ thống cơ khí và hệ thống điều khiển.
- Cuối cùng, chúng ta có thể sử dụng kết quả mô phỏng của mô hình chi tiết để điều chỉnh các tham số của mô hình trừu tượng. Điều này sẽ cho chúng ta một mô hình chạy nhanh và cho kết quả chính xác.
Bạn có thể thấy rằng hai tùy chọn này—hệ thống và mô hình chi tiết—bổ sung cho nhau. Công việc chúng tôi thực hiện với mô hình trừu tượng để làm rõ các yêu cầu giúp giảm số lần lặp cần thiết cho thiết kế chi tiết. Điều này đẩy nhanh quá trình phát triển của chúng tôi. Kết quả mô phỏng của mô hình chi tiết cho ta một mô hình trừu tượng chạy nhanh và cho kết quả chính xác. Điều này cho phép chúng tôi đạt được sự phù hợp giữa mức độ chi tiết của mô hình và nhiệm vụ mà mô phỏng đang thực hiện.
Nhiều công ty trên thế giới sử dụng MOS để phát triển các hệ thống phức tạp. Airbus đang phát triển hệ thống quản lý nhiên liệu cho máy bay A380 dựa trên MOP. Hệ thống này chứa hơn 20 máy bơm và hơn 40 van. Bạn có thể tưởng tượng số lượng các tình huống thất bại khác nhau có thể xảy ra. Bằng cách sử dụng mô phỏng, họ có thể chạy hơn một trăm nghìn bài kiểm tra mỗi cuối tuần. Điều này mang lại cho họ niềm tin rằng, bất kể kịch bản lỗi nào xảy ra, hệ thống điều khiển của họ đều có thể xử lý được.
Bây giờ chúng ta đã xem tổng quan về mô hình và các mục tiêu mô phỏng của mình, chúng ta sẽ thực hiện quy trình thiết kế. Chúng ta sẽ bắt đầu bằng việc sử dụng một mô hình trừu tượng để làm rõ các yêu cầu của hệ thống. Những yêu cầu tinh tế này sẽ được sử dụng cho thiết kế chi tiết.
Chúng ta sẽ xem cách tích hợp các tài liệu yêu cầu vào quá trình phát triển. Chúng tôi có một tài liệu yêu cầu lớn nêu ra tất cả các yêu cầu đối với hệ thống của chúng tôi. Rất khó để so sánh các yêu cầu với toàn bộ dự án và đảm bảo rằng dự án đáp ứng các yêu cầu này.
Sử dụng SLVNV, bạn có thể liên kết trực tiếp các tài liệu yêu cầu và mô hình trong Simulink. Bạn có thể tạo liên kết trực tiếp từ mô hình đến các yêu cầu. Điều này giúp dễ dàng xác minh rằng một phần nhất định của mô hình có liên quan đến một yêu cầu cụ thể và ngược lại. Giao tiếp này là hai chiều. Vì vậy, nếu đang xem xét một yêu cầu, chúng ta có thể nhanh chóng chuyển sang mô hình để xem yêu cầu đó được đáp ứng như thế nào.
Bây giờ chúng ta đã tích hợp tài liệu yêu cầu vào quy trình làm việc, chúng ta sẽ tinh chỉnh các yêu cầu đối với mạng điện. Cụ thể, chúng ta sẽ xem xét các yêu cầu về tải vận hành, tải cao điểm và thiết kế đối với máy phát điện và đường dây truyền tải. Chúng tôi sẽ thử nghiệm chúng trên nhiều điều kiện lưới điện. Những thứ kia. trong các chu kỳ bay khác nhau, khi bật và tắt các tải khác nhau. Vì chúng ta chỉ tập trung vào năng lượng nên chúng ta sẽ bỏ qua việc chuyển đổi trong thiết bị điện tử công suất. Vì vậy, chúng ta sẽ sử dụng các mô hình trừu tượng và các phương pháp mô phỏng đơn giản hóa. Điều này có nghĩa là chúng ta sẽ điều chỉnh mô hình để bỏ qua những chi tiết mà chúng ta không cần. Điều này sẽ làm cho mô phỏng chạy nhanh hơn và cho phép chúng tôi kiểm tra các điều kiện trong chu kỳ bay dài.
Chúng ta có một nguồn dòng điện xoay chiều chạy qua một chuỗi điện trở, điện dung và điện cảm. Có một công tắc trong mạch điện mở ra sau một thời gian rồi đóng lại. Nếu bạn chạy mô phỏng, bạn có thể xem kết quả bằng bộ giải liên tục. (V1) Bạn có thể thấy các dao động liên quan đến việc đóng mở công tắc đều được hiển thị chính xác.
Bây giờ hãy chuyển sang chế độ rời rạc. Bấm đúp vào khối PowerGui và chọn bộ giải rời rạc trong tab Bộ giải. Bạn có thể thấy rằng bộ giải rời rạc hiện đã được chọn. Hãy bắt đầu mô phỏng. Bạn sẽ thấy kết quả bây giờ gần như giống nhau, nhưng độ chính xác phụ thuộc vào tốc độ mẫu đã chọn.
Bây giờ tôi có thể chọn chế độ mô phỏng phức tạp, đặt tần số - vì giải pháp chỉ thu được ở một tần số nhất định - và chạy lại mô phỏng. Bạn sẽ thấy rằng chỉ có biên độ tín hiệu được hiển thị. Bằng cách nhấp vào khối này, tôi có thể chạy tập lệnh MATLAB để chạy mô hình một cách tuần tự ở cả ba chế độ mô phỏng và vẽ các ô kết quả chồng lên nhau. Nếu nhìn kỹ hơn vào dòng điện và điện áp, chúng ta sẽ thấy kết quả rời rạc gần với kết quả liên tục nhưng hoàn toàn trùng khớp. Nếu bạn nhìn vào dòng điện, bạn có thể thấy rằng có một đỉnh không được ghi nhận trong chế độ mô phỏng rời rạc. Và chúng ta thấy rằng chế độ phức tạp chỉ cho phép bạn xem biên độ. Nếu nhìn vào bước của bộ giải, chúng ta có thể thấy rằng bộ giải phức tạp chỉ cần 56 bước, trong khi các bộ giải khác yêu cầu nhiều bước hơn để hoàn thành mô phỏng. Điều này cho phép chế độ mô phỏng phức tạp chạy nhanh hơn nhiều so với các chế độ khác.
Ngoài việc lựa chọn chế độ mô phỏng phù hợp, chúng ta cần những mô hình có mức độ chi tiết phù hợp. Để làm rõ các yêu cầu về năng lượng của các thành phần trong mạng điện, chúng tôi sẽ sử dụng các mô hình trừu tượng có ứng dụng chung. Khối Tải động cho phép chúng ta chỉ định công suất tác dụng và công suất phản kháng mà một thành phần tiêu thụ hoặc tạo ra trong mạng.
Chúng tôi sẽ xác định một mô hình trừu tượng ban đầu cho công suất phản kháng và công suất tác dụng dựa trên bộ yêu cầu ban đầu. Chúng tôi sẽ sử dụng khối nguồn Lý tưởng làm nguồn. Điều này sẽ cho phép bạn đặt điện áp trên mạng và bạn có thể sử dụng điều này để xác định các thông số của máy phát và hiểu lượng điện mà nó sẽ tạo ra.
Tiếp theo, bạn sẽ thấy cách sử dụng mô phỏng để tinh chỉnh các yêu cầu về năng lượng cho máy phát điện và đường dây truyền tải.
Chúng tôi có một bộ yêu cầu ban đầu bao gồm định mức công suất và hệ số công suất cho các thành phần trong mạng. Chúng tôi cũng có nhiều điều kiện để mạng lưới này có thể hoạt động. Chúng tôi muốn tinh chỉnh những yêu cầu ban đầu này bằng cách thử nghiệm trong nhiều điều kiện khác nhau. Chúng tôi sẽ thực hiện điều này bằng cách điều chỉnh mô hình để sử dụng các nguồn và tải trừu tượng, đồng thời kiểm tra các yêu cầu trong nhiều điều kiện hoạt động.
Chúng tôi sẽ định cấu hình mô hình để sử dụng các mô hình máy phát và tải trừu tượng, đồng thời xem năng lượng được tạo ra và tiêu thụ trong nhiều điều kiện vận hành.
Bây giờ chúng ta sẽ chuyển sang thiết kế chi tiết. Chúng tôi sẽ sử dụng các yêu cầu đã được tinh chỉnh để thiết kế chi tiết và chúng tôi sẽ kết hợp các thành phần chi tiết này với mô hình hệ thống để phát hiện các vấn đề tích hợp.
Ngày nay, có nhiều lựa chọn để tạo ra điện trên máy bay. Thông thường, máy phát điện được điều khiển bằng cách liên lạc với tuabin khí. Tua bin quay với tần số thay đổi. Nếu mạng phải có tần số cố định thì cần phải chuyển đổi từ tốc độ trục tuabin thay đổi sang tần số không đổi trong mạng. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng bộ truyền động tốc độ không đổi tích hợp phía trước máy phát hoặc bằng cách sử dụng thiết bị điện tử công suất để chuyển đổi AC tần số thay đổi thành AC tần số không đổi. Ngoài ra còn có các hệ thống có tần số thay đổi, trong đó tần số trong mạng có thể thay đổi và quá trình chuyển đổi năng lượng xảy ra ở các phụ tải trong mạng.
Mỗi lựa chọn này đều yêu cầu một máy phát điện và thiết bị điện tử công suất để chuyển đổi năng lượng.
Chúng tôi có một tuabin khí quay với tốc độ thay đổi. Tua bin này được sử dụng để quay trục máy phát điện, tạo ra dòng điện xoay chiều có tần số thay đổi. Có thể sử dụng nhiều tùy chọn điện tử công suất khác nhau để chuyển đổi tần số thay đổi này thành tần số cố định. Chúng tôi muốn đánh giá các lựa chọn khác nhau này. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng SPS.
Chúng tôi có thể lập mô hình cho từng hệ thống này và chạy mô phỏng trong các điều kiện khác nhau để đánh giá tùy chọn nào là tốt nhất cho hệ thống của chúng tôi. Hãy chuyển sang mô hình và xem điều này được thực hiện như thế nào.
Đây là mô hình chúng tôi đang làm việc. Tốc độ thay đổi từ trục tuabin khí được truyền đến máy phát điện. Và bộ chuyển đổi xích lô được sử dụng để tạo ra dòng điện xoay chiều có tần số cố định. Nếu bạn chạy mô phỏng, bạn sẽ thấy mô hình hoạt động như thế nào. Biểu đồ trên cùng cho thấy tốc độ thay đổi của tuabin khí. Bạn thấy rằng tần số đang thay đổi. Tín hiệu màu vàng này trong biểu đồ thứ hai là điện áp từ một trong các pha ở đầu ra máy phát. Dòng điện xoay chiều tần số cố định này được tạo ra từ tốc độ thay đổi bằng cách sử dụng thiết bị điện tử công suất.
Chúng ta hãy xem tải AC được mô tả như thế nào. Của chúng tôi được kết nối với đèn, máy bơm thủy lực và bộ truyền động. Các thành phần này được mô hình hóa bằng cách sử dụng các khối từ SPS.
Mỗi khối này trong SPS bao gồm các cài đặt cấu hình để cho phép bạn điều chỉnh các cấu hình thành phần khác nhau và điều chỉnh mức độ chi tiết trong mô hình của bạn.
Chúng tôi đã định cấu hình các mô hình để chạy phiên bản chi tiết của từng thành phần. Vì vậy, chúng tôi có rất nhiều khả năng để lập mô hình tải AC và bằng cách mô phỏng các thành phần chi tiết ở chế độ riêng biệt, chúng tôi có thể thấy nhiều chi tiết hơn về những gì đang diễn ra trong mạng điện của mình.
Một trong những nhiệm vụ mà chúng tôi sẽ thực hiện với phiên bản chi tiết của mô hình là phân tích chất lượng năng lượng điện.
Khi tải được đưa vào hệ thống, nó có thể gây ra biến dạng dạng sóng ở nguồn điện áp. Đây là một hình sin lý tưởng và tín hiệu như vậy sẽ ở đầu ra của máy phát nếu tải không đổi. Tuy nhiên, khi số lượng thành phần có thể bật và tắt tăng lên, dạng sóng này có thể bị méo và gây ra hiện tượng vọt lố nhỏ như vậy.
Những đột biến trong dạng sóng ở nguồn điện áp có thể gây ra vấn đề. Điều này có thể dẫn đến quá nhiệt của máy phát điện do đóng cắt các thiết bị điện tử công suất, điều này có thể tạo ra dòng điện trung tính lớn và cũng gây ra sự chuyển đổi không cần thiết trong các thiết bị điện tử công suất vì họ không mong đợi tín hiệu này bị dội lại.
Biến dạng sóng hài cung cấp thước đo chất lượng của nguồn điện xoay chiều. Điều quan trọng là phải đo tỷ lệ này trong điều kiện mạng thay đổi vì chất lượng sẽ thay đổi tùy thuộc vào thành phần nào được bật và tắt. Tỷ lệ này dễ dàng đo lường bằng các công cụ MathWorks và có thể được tự động hóa để thử nghiệm trong nhiều điều kiện khác nhau.
Tìm hiểu thêm về THD tại .
Tiếp theo chúng ta sẽ xem cách thực hiện phân tích chất lượng điện năng bằng mô phỏng.
Chúng tôi có một mô hình mạng điện của máy bay. Do các tải khác nhau trong mạng, dạng sóng điện áp ở đầu ra máy phát bị méo. Điều này dẫn đến sự suy giảm chất lượng thực phẩm. Các tải này bị ngắt kết nối và được đưa vào hoạt động tại các điểm khác nhau trong chu kỳ bay.
Chúng tôi muốn đánh giá chất lượng điện năng của mạng này trong các điều kiện khác nhau. Để làm điều này, chúng tôi sẽ sử dụng SPS và MATLAB để tự động tính toán THD. Chúng ta có thể tính toán tỷ lệ một cách tương tác bằng GUI hoặc sử dụng tập lệnh MATLAB để tự động hóa.
Hãy quay lại mô hình để cho bạn thấy điều này bằng một ví dụ. Mô hình mạng điện máy bay của chúng tôi bao gồm một máy phát điện, một bus AC, các tải AC, một bộ chỉnh lưu biến áp và các tải DC. Chúng tôi muốn đo chất lượng điện tại các điểm khác nhau trong mạng trong các điều kiện khác nhau. Để bắt đầu, tôi sẽ chỉ cho bạn cách thực hiện việc này một cách tương tác chỉ dành cho trình tạo. Sau đó tôi sẽ chỉ cho bạn cách tự động hóa quá trình này bằng MATLAB. Trước tiên, chúng tôi sẽ chạy mô phỏng để thu thập dữ liệu cần thiết để tính toán THD.
Biểu đồ này (Gen1_Vab) hiển thị điện áp giữa các pha của máy phát. Như bạn có thể thấy, đây không phải là sóng hình sin hoàn hảo. Điều này có nghĩa là chất lượng điện năng của mạng bị ảnh hưởng bởi các thành phần trên mạng. Sau khi mô phỏng hoàn tất, chúng tôi sẽ sử dụng Biến đổi Fourier nhanh để tính toán THD. Chúng ta sẽ mở khối powergui và mở công cụ phân tích FFT. Bạn có thể thấy rằng công cụ được tự động tải dữ liệu mà tôi đã ghi lại trong quá trình mô phỏng. Chúng tôi sẽ chọn cửa sổ FFT, chỉ định tần số và phạm vi và hiển thị kết quả. Bạn có thể thấy rằng hệ số méo hài là 2.8%. Ở đây bạn có thể thấy sự đóng góp của các sóng hài khác nhau. Bạn đã thấy cách tính hệ số méo hài một cách tương tác. Nhưng chúng tôi muốn tự động hóa quá trình này để tính hệ số trong các điều kiện khác nhau và tại các điểm khác nhau trong mạng.
Bây giờ chúng ta sẽ xem xét các tùy chọn có sẵn để lập mô hình tải DC.
Chúng ta có thể lập mô hình tải điện thuần túy cũng như tải đa ngành có chứa các phần tử từ các lĩnh vực kỹ thuật khác nhau, chẳng hạn như hiệu ứng điện và nhiệt, điện, cơ khí và thủy lực.
Mạch DC của chúng tôi bao gồm bộ chỉnh lưu biến áp, đèn, lò sưởi, bơm nhiên liệu và pin. Các mô hình chi tiết có thể tính đến các tác động từ các khu vực khác, ví dụ: mô hình lò sưởi có tính đến những thay đổi trong hoạt động của bộ phận điện khi nhiệt độ thay đổi. Bơm nhiên liệu sẽ tính đến các tác động từ các khu vực khác để xem tác động của chúng đối với hoạt động của bộ phận. Tôi sẽ quay lại mô hình để cho bạn thấy nó trông như thế nào.
Đây là mô hình chúng tôi làm việc cùng. Như bạn có thể thấy, bây giờ bộ chỉnh lưu máy biến áp và mạng DC hoàn toàn là điện, tức là. chỉ tính đến các hiệu ứng từ miền điện. Họ đã đơn giản hóa các mô hình điện của các thành phần trong mạng này. Chúng ta có thể chọn một biến thể của hệ thống này (Tải TRU DC -> Đa miền) có tính đến các hiệu ứng từ các lĩnh vực kỹ thuật khác. Bạn thấy rằng trong mạng, chúng ta có các thành phần giống nhau, nhưng thay vì số lượng mô hình điện, chúng tôi đã thêm các hiệu ứng khác - ví dụ: đối với hiter, một mạng vật lý nhiệt độ có tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ đến hành vi. Trong máy bơm, bây giờ chúng ta tính đến các tác động thủy lực của máy bơm và các tải trọng khác trong hệ thống.
Các thành phần bạn nhìn thấy trong mô hình được tập hợp từ các khối thư viện Simscape. Có các khối để tính toán các môn điện, thủy lực, từ tính và các môn khác. Bằng cách sử dụng các khối này, bạn có thể tạo các mô hình mà chúng tôi gọi là đa ngành, tức là có tính đến các hiệu ứng từ các ngành vật lý và kỹ thuật khác nhau.
Hiệu ứng từ các khu vực khác có thể được tích hợp vào mô hình mạng điện.
Thư viện khối Simscape bao gồm các khối để mô phỏng hiệu ứng từ các lĩnh vực khác, chẳng hạn như thủy lực hoặc nhiệt độ. Bằng cách sử dụng các thành phần này, bạn có thể tạo tải mạng thực tế hơn và sau đó xác định chính xác hơn các điều kiện mà các thành phần này có thể hoạt động.
Bằng cách kết hợp các yếu tố này, bạn có thể tạo các thành phần phức tạp hơn cũng như tạo các lĩnh vực hoặc lĩnh vực tùy chỉnh mới bằng ngôn ngữ Simscape.
Các thành phần nâng cao hơn và cài đặt tham số hóa có sẵn trong các phần mở rộng chuyên dụng của Simscape. Các thành phần phức tạp và chi tiết hơn có sẵn trong các thư viện này, có tính đến các hiệu ứng như tổn thất hiệu suất và hiệu ứng nhiệt độ. Bạn cũng có thể lập mô hình hệ thống 3D và nhiều hệ thống bằng SimMechanics.
Bây giờ chúng ta đã hoàn thành thiết kế chi tiết, chúng ta sẽ sử dụng kết quả mô phỏng chi tiết để điều chỉnh các tham số của mô hình trừu tượng. Điều này sẽ cho chúng ta một mô hình chạy nhanh trong khi vẫn tạo ra kết quả phù hợp với kết quả của mô phỏng chi tiết.
Chúng tôi bắt đầu quá trình phát triển với các mô hình thành phần trừu tượng. Bây giờ chúng ta đã có các mô hình chi tiết, chúng ta muốn đảm bảo rằng các mô hình trừu tượng này tạo ra các kết quả tương tự.
Màu xanh lá cây thể hiện những yêu cầu ban đầu mà chúng tôi nhận được. Chúng tôi muốn kết quả từ mô hình trừu tượng, được hiển thị bằng màu xanh lam ở đây, gần với kết quả từ mô phỏng mô hình chi tiết, được hiển thị bằng màu đỏ.
Để làm điều này, chúng ta sẽ xác định công suất tác dụng và công suất phản kháng cho mô hình trừu tượng bằng tín hiệu đầu vào. Thay vì sử dụng các giá trị riêng biệt cho công suất tác dụng và phản kháng, chúng ta sẽ tạo một mô hình được tham số hóa và điều chỉnh các tham số này sao cho đường cong công suất tác dụng và phản kháng từ mô phỏng mô hình trừu tượng khớp với mô hình chi tiết.
Tiếp theo, chúng ta sẽ xem mô hình trừu tượng có thể được điều chỉnh như thế nào để phù hợp với kết quả của mô hình chi tiết.
Đây là nhiệm vụ của chúng tôi. Chúng ta có một mô hình trừu tượng của một thành phần trong mạng điện. Khi chúng ta áp dụng tín hiệu điều khiển như vậy cho nó, đầu ra là kết quả sau đây đối với công suất tác dụng và công suất phản kháng.
Khi áp dụng tín hiệu tương tự cho đầu vào của một mô hình chi tiết, chúng tôi sẽ nhận được kết quả như sau.
Chúng ta cần kết quả mô phỏng của mô hình trừu tượng và mô hình chi tiết phải nhất quán để có thể sử dụng mô hình trừu tượng để lặp nhanh trên mô hình hệ thống. Để làm được điều này, chúng ta sẽ tự động điều chỉnh các tham số của mô hình trừu tượng cho đến khi có kết quả trùng khớp.
Để làm điều này, chúng tôi sẽ sử dụng SDO, có thể tự động thay đổi các tham số cho đến khi kết quả của mô hình trừu tượng và mô hình chi tiết khớp với nhau.
Để định cấu hình các cài đặt này, chúng tôi sẽ làm theo các bước sau.
- Đầu tiên, chúng tôi nhập kết quả mô phỏng của mô hình chi tiết và chọn những dữ liệu này để ước tính tham số.
- Sau đó, chúng tôi sẽ chỉ định những tham số nào cần được cấu hình và đặt phạm vi tham số.
- Tiếp theo, chúng ta sẽ đánh giá các tham số, với SDO điều chỉnh các tham số cho đến khi kết quả khớp.
- Cuối cùng, chúng ta có thể sử dụng dữ liệu đầu vào khác để xác thực kết quả ước lượng tham số.
Bạn có thể tăng tốc đáng kể quá trình phát triển bằng cách phân phối mô phỏng bằng tính toán song song.
Bạn có thể chạy các mô phỏng riêng biệt trên các lõi khác nhau của bộ xử lý đa lõi hoặc trên các cụm điện toán. Nếu bạn có một nhiệm vụ yêu cầu chạy nhiều mô phỏng—ví dụ: phân tích Monte Carlo, điều chỉnh tham số hoặc chạy nhiều chu kỳ bay—bạn có thể phân phối các mô phỏng này bằng cách chạy chúng trên máy đa lõi cục bộ hoặc cụm máy tính.
Trong nhiều trường hợp, điều này sẽ không khó hơn việc thay thế vòng lặp for trong tập lệnh bằng vòng lặp for song song, parfor. Điều này có thể dẫn đến tăng tốc đáng kể khi chạy mô phỏng.
Chúng tôi có một mô hình mạng điện của máy bay. Chúng tôi muốn thử nghiệm mạng lưới này trong nhiều điều kiện hoạt động khác nhau - bao gồm chu kỳ bay, tình trạng gián đoạn và thời tiết. Chúng tôi sẽ sử dụng PCT để tăng tốc các thử nghiệm này, MATLAB để điều chỉnh mô hình cho từng thử nghiệm mà chúng tôi muốn chạy. Sau đó chúng tôi sẽ phân phối các mô phỏng trên các lõi khác nhau của máy tính của tôi. Chúng ta sẽ thấy rằng các thử nghiệm song song hoàn thành nhanh hơn nhiều so với các thử nghiệm tuần tự.
Dưới đây là các bước chúng ta sẽ cần phải làm theo.
- Đầu tiên, chúng ta sẽ tạo một nhóm các tiến trình công nhân, hay còn gọi là các công nhân MATLAB, bằng cách sử dụng lệnh parpool.
- Tiếp theo, chúng tôi sẽ tạo các bộ tham số cho mỗi thử nghiệm mà chúng tôi muốn chạy.
- Đầu tiên chúng ta sẽ chạy các mô phỏng một cách tuần tự, lần lượt từng mô phỏng.
- Và sau đó so sánh điều này với việc chạy mô phỏng song song.
Theo kết quả, tổng thời gian thử nghiệm ở chế độ song song ít hơn khoảng 4 lần so với chế độ tuần tự. Chúng ta thấy trong biểu đồ rằng mức tiêu thụ điện năng nhìn chung ở mức mong đợi. Các đỉnh có thể nhìn thấy có liên quan đến các điều kiện mạng khác nhau khi bật và tắt người tiêu dùng.
Các mô phỏng bao gồm nhiều thử nghiệm mà chúng tôi có thể chạy nhanh chóng bằng cách phân phối mô phỏng trên các lõi máy tính khác nhau. Điều này cho phép chúng tôi đánh giá một loạt các điều kiện bay thực sự.
Bây giờ chúng ta đã hoàn thành phần này của quá trình phát triển, chúng ta sẽ xem cách chúng ta có thể tự động hóa việc tạo tài liệu cho từng bước, cách chúng ta có thể tự động chạy thử nghiệm và ghi lại kết quả.
Thiết kế hệ thống luôn là một quá trình lặp đi lặp lại. Chúng tôi thực hiện thay đổi đối với dự án, kiểm tra thay đổi, đánh giá kết quả, sau đó thực hiện thay đổi mới. Quá trình ghi lại kết quả và lý do thay đổi mất nhiều thời gian. Bạn có thể tự động hóa quá trình này bằng SLRG.
Sử dụng SLRG, bạn có thể tự động hóa việc thực hiện các bài kiểm tra và sau đó thu thập kết quả của các bài kiểm tra đó dưới dạng báo cáo. Báo cáo có thể bao gồm đánh giá kết quả kiểm tra, ảnh chụp màn hình mô hình và đồ thị, mã C và MATLAB.
Tôi sẽ kết thúc bằng cách nhắc lại những điểm chính của bài trình bày này.
- Chúng tôi đã thấy nhiều cơ hội điều chỉnh mô hình nhằm tìm ra sự cân bằng giữa độ chính xác của mô hình và tốc độ mô phỏng—bao gồm các chế độ mô phỏng và mức độ trừu tượng của mô hình.
- Chúng tôi đã thấy cách có thể tăng tốc mô phỏng bằng thuật toán tối ưu hóa và tính toán song song.
- Cuối cùng, chúng ta đã thấy cách có thể tăng tốc quá trình phát triển bằng cách tự động hóa các tác vụ mô phỏng và phân tích trong MATLAB.
Tác giả của tài liệu — Mikhail Peselnik, kỹ sư .
Liên kết tới hội thảo trực tuyến này
Nguồn: www.habr.com