Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни " основи математичного моделювання в електромеханіці" для студентів спеціальності 092203



Сторінка1/5
Дата конвертації04.06.2017
Розмір0.69 Mb.
ТипМетодичні вказівки
  1   2   3   4   5
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”


Методичні вказівки

до виконання курсової роботи з дисципліни

ОСНОВИ МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ В ЕЛЕКТРОМЕХАНІЦІ”


для студентів спеціальності 7.092203

Електромеханічні системи автоматизації та електропривод

Затверджено

на засіданні кафедри

автоматизації електромеханічних систем та електроприводу

Протокол № 9 від 4.05.16 р.

Київ НТУУ “КПІ” 2016
Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни “Основи математичного моделювання в електромеханіці” для студентів спеціальності 7.092203 «Електромеханічні системи автоматизації та електропривод» / Уклад. О.І. Толочко.– К.: НТУУ ”КПІ”, 2016. – 70 с.

Укладач: професор кафедри АЕМСіЕП Толочко Ольга Іванівна, доктор техн. наук, проф.

Відповідальний редактор: зав. кафедри АЕМСіЕП Пересада С.М.

Рецензенти: зав. кафедри ТОЕ НТУУ «КПИ» Островерхов Н.Я.

С.П.Колесніченко
Редактор Г.І.Лоза

ВСТУП
Курсова робота призначена для закріплення теоретичних знань та практичних навичок при дослідженні статичних та динамічних властивостей електричних кіл, механічних та електромеханічних об‘єктів методом математичного та віртуального фізичного моделювання.

Розрахунок усталених режимів та перехідних процесів у електричних колах та в механічних системах виконується на персональних ЕОМ з використанням алгоритмічної мова і стандартних функцій пакета MATLAB [1-10]. Математичне моделювання виконується також у середовищі пакету MATLAB та його поширення Simulink [10-18] з використанням блоків структурного математичного моделювання бібліотеки Simulink, блоків віртуального фізичного моделювання електротехнічних схем бібліотеки SimPowerSystem [19-20] і механічних систем бібліотеки SimMechanics [21-22].

Окрім вище позначеної літератури, що стосується техніки моделювання та програмування, корисною може статися література з теорії та практики моделювання конкретних пристроїв i систем [23-32].

Методичні вказівки складаються з 3-х розділів.



У першому розділі наведені варіанти завдань для курсової роботи, сформульовані вимоги до змісту та правил оформлення пояснювальної записки.

У другому розділі наведені теоретичні відомості та методичні рекомендації щодо математичного опису та розрахунку усталених режимів у розгалужених електричних колах засобами алгоритмічної мови MATLAB та з використанням блоків бібліотеки віртуального фізичного моделювання електротехнічних схем SimPowerSystem, проаналізовано методи розв‘язання систем лінійних алгебраїчних рівнянь та рішення основних задач лінійної алгебри.

У третьому розділі наведені теоретичні відомості та методичні рекомендації щодо складання математичного опису та розрахунку перехідних процесів у лінійних та нелінійних електротехнічних схемах, виконано аналіз чисельних методів розв‘язання звичайних диференційних рівнянь з початковими умовами і їх програмної реалізації в пакеті MATLAB, викладено методику розробки структурних схем досліджуваних динамічних об‘єктів на базі їх математичного опису, наведено приклади структурного математичного і віртуального фізичного моделювання.

У четвертому розділі наведено теоретичні відомості щодо математичного опису найпростіших лінійних механічних об‘єктів поступального та обертального рухів з жорсткими та пружно-в‘язкими кінематичними зв‘язками, наведено приклади структурного математичного та віртуального фізичного моделювання з використанням блоків бібліотеки SimMechanics.

У додатках наведені зразки оформлення титульного аркуша і реферата.




  1. ЗАВДАННЯ НА КУРСОВУ РОБОТУ

Завдання складається з 4-х частин:



  1. Розрахунок усталених режимів у електричних колах.

  2. Розрахунок перехідних процесів у лінійних електричних колах.

  3. Розрахунок перехідних процесів у нелінійних електричних колах.

  4. Розрахунок перехідних процесів у лінійних механічних системах.

Перший пункт виконується шляхом розв‘язання систем лінійних рівнянь з дійсними та комплексними коефіцієнтами, складеними за законами Кірхгофа та Ома, за допомогою функцій алгоритмічної мови пакета MatLab. Перевірка здійснюється в середовищі SimPowerSystem.

Другий та третій пункти виконуються шляхом розв‘язання системи диференційних рівнянь з використанням алгоритмічної мови MatLab, методом структурного математичного моделювання у середовищі Simulink та методом віртуального фізичного моделювання з використанням блоків бібліотек SimPowerSystem.

Четвертий та п‘ятий пункти виконуються шляхом розв‘язання системи диференційних рівнянь з використанням алгоритмічної мови MatLab, методом структурного математичного моделювання у середовищі Simulink та методом віртуального фізичного моделювання у середовищі з використанням блоків бібліотек SimMechanics.

Результати курсової роботи потрібно оформити в пояснювальній записці згідно вимог, викладених у розділі 3.


1.1. Завдання 1. Розрахунок усталених режимів у електричних колах

1) Розрахувати струми, напруги, баланс струмів та напруг в гілках розгалужених електричних кіл, наданих на рис. 1.1. Параметри схем надані в табл. 1.1.



Таблиця 1.1



№ вар.

Е1,

В


E2,

B


J1,

A


J2,

A


r1,



r2,



r3,

Ом


r4,

Ом


r5,

Ом


r6,

Ом


r7,

Ом


1-6

50

-

-

4

8

10

10

4

6

20

4

7-12

-

10

3

-

8

14

20

12

40

12

6

13-18

40

-

2

-

10

5

8

12

6

15

5

19-24

-

40

-

1

12

10

16

6

14

16

4

25-30

-

20

4

-

8

4

5

8

10

6

4

2) Паралельно до резистора з опором r1 приєднати конденсатор ємністю , а послідовно до резистора з опором r3 приєднати котушку з індуктивністю . Виконати розрахунок усталених режимів у скоригованій схемі.

Перевірити результати, отримані розрахунковими методами у програмному режимі методом віртуального фізичного моделювання.
1.2 Завдання 2. Розрахунок перехідних процесів у
лінійних електричних колах

Розрахувати перехідні процеси у схемах на рис. 1.2 для трьох випадків:



  • U=Um– джерело постійної напруги;

  • U=Umsinωt – джерело синусоїдальної напруги;

  • періодична напруга (вигляд сигналу на рис. 1.3), T=0.1 c, T1=0.07 c.

Розрахувати перехідні процеси напруги на конденсаторі та струмів у гілках електричної схеми у програмному режимі, за результатами розрахунків побудувати графіки.

Розробити структурну математичну та віртуальну фізичну моделі досліджуваної схеми, виконати відповідний модельний експеримент та порівняти результати моделювання з результатами, отриманими програмно.


Рисунок 1.2

Параметри схем надані у табл. 1.2.

Таблиця 1.2


№ вар.

Um, В

r1, Ом

r2, Ом

ω, c-1

L, Гн

C, мкФ

1-6

200

50

100

125

0,1

10

7-12

100

100

120

100

0,2

5

13-18

300

60

120

75

0,15

15

19-24

400

150

100

150

0,25

2

25-30

500

100

200

100

0,05

10


Рисунок 1.3


1.3 Завдання 3. Розрахунок перехідних процесів у
нелінійних електричних колах

Розрахувати перехідні процеси у схемах наданих на рис.1.4. Параметри схем у табл. 1.3, характеристики нелінійних елементів L i R надані у табл.1.4 (у стабілітрона характеристика ідеальна рис.1.4ж). Побудувати графіки струмів у гілках електричної схеми у функції часу.

Розрахунки виконати програмно і методом структурного математичного моделювання. Результати порівняти між собою.


Рисунок 1.4
Таблиця 1.3

U=Em,B

вар.


№ сх.

R, Ом

вар.


№ сх.

C, мкФ

вар.


№ сх.

Uст, В

200

1

а

21

7

в

150

13

д

12

220

2

а

23

8

в

170

14

д

18

240

3

а

25

9

в

190

15

д

24

250

4

б

22

10

г

100

16

є

16

270

5

б

24

11

г

120

17

є

20

300

6

б

26

12

г

140

18

є

22

Таблиця 1.4



Ф, Вб

0

0.181

0.33

0.451

0.551

0.632

0.699

0.753

0.798

0.835

0.865

i, А

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

U, В

0

66.4

118

158

190

214

233

248

259

268

275

i, А

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

1.4 Завдання 4. Розрахунок перехідних процесів у
лінійних механічних об‘єктах

Розрахувати перехідні процеси у лінійних механічних об‘єктах, зображених на рис.1.5 при заданих початкових умовах та заданому характері зміни зусилля із відображених на рис. 1.6. Параметри систем надано у
табл. 1.4-1.7. Побудувати графіки переміщень і швидкостей зосереджених мас та пружно-в‘язких зусиль у елементах кінематичних зв‘язків у функції часу.

а) б)


в)

г)

Рисунок 1.5



а) б) в) г) д) є)

Рисунок 1.6

Таблиця 1.4



вар.


Об‘-єкт

m, кг

c01, кг/с2

d01, кг/с

s0, м

Fm, Н

t0

F(t)

1

а

5

20

0

5

10



1

1

0



0

0

8



-

-

-



-

-

а



2

а

5

10

0

2

5



1

1

0



0

0

8



-

-

-



-

-

а



3

а

2.5

20

0

5

10



1

1

0



0

0

8



-

-

-



-

-

а



4

а

2.5

20

0

5

10



1

1

0



0

0

8



-

-

-



-

-

б


Таблиця 1.5



вар.


Об‘-єкт

m1, кг

m2, кг

c12, кг/с2

d12, кг/с

Fm, Н

t0

F(t)

5

б

5

5

20

0

5

10



16

4

в

6

б

5

5

20

0

5

10



16

4

г

7

б

5

5

20

0

5

10



16

4

д

Продовження таблиці 1.5




8

б

5

5

20

0

5

10



16

4

є

9

б

7.5

2.5

10

0

2

5



16

4

в

10

б

7.5

2.5

10

0

2

5



16

4

г

11

б

7.5

2.5

10

0

2

5



16

4

д

12

б

7.5

2.5

10

0

2

5



16

4

є

13

б

2.5

7.5

20

0

5

10



16

4

в

14

б

2.5

7.5

20

0

5

10



16

4

г

15

б

2.5

7.5

20

0

5

10



16

4

д

16

б

2.5

7.5

20

0

5

10



16

4

є

Таблиця 1.6



вар.


Об‘-єкт

m1, кг

m2, кг

c01, кг/с2

d01, кг/с

c12, кг/с2

d12, кг/с

s0, м

Fm, Н

t0, с

F(t)

17

в

5

5

2

0

1

2



2

0

1

2



1

1

0



0

0

16



-

-

-



-

-

а



18

в

7.5

2.5

2

0

1

2



2

0

1

2



1

1

0



0

0

16



-

-

-



-

-

а



Продовження таблиці 1.6




19

в

2.5

7.5

2

0

1

2



2

0

1

2



1

1

0



0

0

16



-

-

-



-

-

а



20

в

5

5

2

0

1

2



2

0

1

2



1

1

0



0

0

16



-

-

-



-

-

б



21

в

7.5

2.5

2

0

1

2



2

0

1

2



1

1

0



0

0

16



-

-

-



-

-

б



22

в

2.5

7.5

2

0

1

2



2

0

1

2



1

1

0



0

0

16



-

-

-



-

-

б



23

в

5

5

2

0

1

2



2

0

1

2



1

1

0



0

0

16



-

-

10



-

-

в



24

в

7.5

2.5

2

0

1

2



2

0

1

2



1

1

0



0

0

16



-

-

10



-

-

в



25

в

2.5

7.5

2

0

1

2



2

0

1

2



1

1

0



0

0

16



-

-

10



-

-

в



26

в

5

5

2

0

1

2



3

0

1

2



1

1

0



0

0

16



-

-

-



-

-

а



27

в

5

5

2

0

1

2



1.5

0

1

2



1

1

0



0

0

16



-

-

-



-

-

а



28

в

5

5

2

0

1

2



1

0

1

2



1

1

0



0

0

16



-

-

-



-

-

а



Таблиця 1.7



вар.


Об‘-єкт

m1, кг

m2, кг

c01, кг/с2

d01, кг/с

c12, кг/с2

d12, кг/с

c20, кг/с2

d20, кг/с

s10, м

s20, м

29

г

5

5

2

0

1

2



2

0

1

2



2

0

1

2



0.5

-0.2

30

г

7.5

2.5

2

0

1

2



2

0

1

2



2

0

1

2



0.5

-0.2

31

в

2.5

7.5

2

0

1

2



2

0

1

2



2

0

1

2



0.5

-0.2

32

в

5

5

2

0

1

2



3

0

1

2



3

0

1

2



0.5

-0.2

33

в

5

5

2

0

1

2



1.5

0

1

2



1.5

0

1

2



0.5

-0.2

34

в

5

5

2

0

1

2



1

0

1

2



1

0

1

2



0.5

-0.2




    1. Поділіться з Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5


База даних захищена авторським правом ©divovo.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал