I. Введение

В данной работе проводится сравнительный анализ трех подходов к моделированию двигателя 2ПН90М в MATLAB: на основе дифференциальных уравнений, с использованием стандартных блоков Simulink и специализированной библиотеки SimPowerSystems. Исследование направлено на определение применимости каждого метода для решения практических инженерных задач [1,2] с различными требованиями к точности и вычислительным ресурсам, а также на детальный анализ переходных процессов.

II. Исследование двигателя постоянного тока программными средствами MATLAB

Данная глава посвящена разработке модели двигателя постоянного тока в программной среде MATLAB. Основу математической модели составляют фундаментальные уравнения, описывающие его электромеханические процессы [4,8]. Исходные данные для моделирования представлены в таблице 1.

Таблица 1

Каталожные данные двигателя 2ПН90М

Перевод частоты вращения двигателя в угловую скорость

Коэффициент ЭДС

Момент сопротивления

Для моделирования переходного процесса двигателя постоянного тока в MATLAB была разработана программа, основанная на численном решении системы дифференциальных уравнений [3, 7].

Рис. 1. Листинг основной программы

Рис. 2. Листинг функции

Рис. 3. Переходной процесс

Полученные значения тока ( ≈ 5.3 А) и скорости ( ≈ 310 рад/с) приблизительно совпадают с каталожными, что позволяет судить о достоверности модели

III. Моделирование средствами стандартной библиотеки Simulink

Для моделирования двигателя постоянного тока 2ПН90М требуется преобразовать систему уравнений в операторную форму [4, 7].

Рис. 4. Преобразование дифференциальных уравнений двигателя постоянного тока в операторную форму

Для моделирования используется структурная схема, представленная на рисунке 4. L, R — индуктивность и сопротивление якоря соответственно. Регулируя напряжение якоря, задается скорость. Было взято напряжение 220 Вольт

Рис. 5. Структурная схема

Рис. 6. Переходной процесс двигателя постоянного тока

В результате был получен переходный процесс, аналогичный рис. 3, что позволяет утверждать о достоверности модели

IV. Моделирование средствами специализированной библиотеки SimPowerSystems

Для моделирования в библиотеке SimPowerSystems требуется определить взаимную индуктивность якоря и цепи возбуждения [3].

Рис. 7. Структурная схема моделирования при помощи SimPowerSystems

Исследуемая модель двигателя постоянного тока включает в себя специализированный блок управления, реализующий алгоритм плавной подачи напряжения на обмотку якоря. Данное решение предназначено для предотвращения мгновенного нарастания тока [5]. На якорь подается 220 вольт, на обмотку возбуждения — 110 вольт

Рис. 8. Переходной процесс моделирования при помощи SimPowerSystems

Модель практически идентична тем, что представлены на рисунках 3 и 6 — это подтверждает, что и данная модель корректно работает и адекватно описывает динамику двигателя.

V. Заключение

В ходе проведенного исследования была выполнена комплексная работа по моделированию двигателя постоянного тока 2ПН90М в программной среде MATLAB с применением трех различных подходов: программирования в среде MATLAB, использования стандартной библиотеки Simulink и применения специализированной библиотеки SimPowerSystems.

Результаты моделирования показали, что все три метода демонстрируют сопоставимую точность в определении основных электромеханических характеристик двигателя — скорости вращения, момента и тока якоря. Это подтверждает адекватность используемых математических моделей и корректность выполненных расчетов, что отвечает современным требованиям и актуальным проблемам электроэнергетики.

Таким образом, поскольку все три варианта демонстрируют близкие результаты, с точки зрения наглядности и простоты, предпочтителен вариант с использованием стандартной библиотеки SIMULINK в виду его наглядности и доступности.

Литература:

1. Чиликин М. Г. Общий курс электропривода. М.: Энергоиздат, 1981. — 576 с.
2. Кириллов А. В., Степанюк Д. П., Ясенев Н. Д. Электрический привод. Екатеринбург, 2016. — 108 с.
3. Cотников В. В. Электрические машины: в 2 ч. Ч. 2. Синхронные машины. Машины постоянного тока: учебное пособие / В. В. Сотников
4. Ключев В. И., Теория электропривода: учебник для вузов. В. И. Ключев — М: Энергоатомиздат, 1985. — 560 с.
5. Москаленко В. В. Электричекий привод/ В. В. Москаленко. — М.: Мастерство, 2000
6. Онищенко Т. Б. Автоматизированный электропривод промышленных установок/ Т. Б. Онищенко. — М.: Изд. РАСХН, 2001
7. Чиликин М. Г. Теория автоматизированного электропривода: учебное пособие для вузов / М. Г. Чиликин, В. И. Ключев, А. С. Сандлер. — М.: Энергия, 1979. — 616 с.
8. Чиликин М. Г. Общий курс электропривода / М. Г. Чиликин, А. С. Сандлер. — М.: Энергия, 1981. — 576 с.