УДК 621.313.33:004.9
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
И УСТРОЙСТВ ПРИ ПОДГОТОВКЕ СТУДЕНТОВ ЗАОЧНИКОВТ.Е. Хохлова
Томский политехнический университет
E-mail: xoxlova@tpu.ru
Показаны основные возможности исследования и проектирования электрических цепей и устройств в системе Matlab при изучении электротехнических дисциплин студентами заочниками.
Изучаемые в технических вузах курсы «Электротехника и электроника», «Электрические машины» и другие предполагают гармоничное сочетание теоретических (лекционных), практических и лабораторных занятий. При подготовке студентов заочников качественный уровень проведения всех видов занятий определяется как личностью преподавателя, так и наличием лабораторной базы, соответствующей новейшим разработкам электротехнической отрасли. Последнее особо влияет на возможности проектирование, моделирование эксперимента. Поэтому целесообразность применения вычислительной техники для исследования и проектирования электрических устройств и машин не вызывает сомнений.
Процесс внедрения вычислительной техники в преподавание электротехнических курсов за прошедшие десятилетия прошел несколько этапов. В настоящее время завершается этап, ориентированный на использование «готовых» программ, предназначенных для решения конкретных задач. Такие программы требуют от студента лишь ввода исходных данных, после чего, нажав на ту или иную клавишу, он получает решение в виде таблиц и графиков. При этом алгоритм вычислений — используемые формулы и последовательность их применения, заданные разработчиком программы, — обычно остается вне поля зрения пользователя [1].
Стремительный прогресс в области программных средств позволил перейти к новому этапу, на котором при решении задач разумной сложности обучаемый из пассивного пользователя превращается в непосредственного участника вычислительного процесса. Компьютерное моделирование электрических цепей и электротехнических устройств использует знания, навыки и умения студентов, полученные при изучении таких дисциплин как «Математика», «Информатика», «Электрические машины» и другие.
В настоящее время специалистами широко используется для компьютерного моделирования электрических цепей и электротехнических устройств универсальная вычислительная система Matlab .
Система Matlab представляет собой язык программирования высокого уровня. Для удобства пользования вся система Matlab поделена на разделы, оформленные в виде пакетов программ [2].
Пакет Simulink вместе с пакетом расширения SimPowerSystems являются основой для изучения, исследования и моделирования устройств силовой электроники и электромеханических устройств. Данные пакеты содержат обширную библиотеку блоков, в которые входят модели пассивных и активных электротехнических элементов, источников энергии, электродвигателей, трансформаторов, линий электропередачи и другого подобного оборудования. Имеется также раздел, содержащий блоки для моделирования устройств силовой электроники, включая системы управления для них [3].
Комбинируя возможности Simulink и SimPowerSystems , пользователь может не только имитировать работу устройств во временной области, но и проанализировать различные параметры и характеристики этих устройств. В частности, пользователь имеет возможность рассчитать установившийся режим работы системы на переменном токе, выполнить расчет импеданса (полного сопротивления) участка цепи, получить частотные характеристики, проанализировать устойчивость, а также провести гармонический анализ токов и напряжений.
Несомненным достоинством SimPowerSystems является то, что сложные электротехнические системы можно моделировать, сочетая методы имитационного и структурного моделирования. Например, силовую часть полупроводникового преобразователя электрической энергии можно выполнить с использованием имитационных блоков SimPowerSystems , а систему управления - с помощью обычных блоков Simulink , отражающих лишь алгоритм ее работы, а не электрическую схему [4]. Такой подход, в отличие от пакетов схемотехнического моделирования, позволяет значительно упростить всю модель, а значит, повысить ее устойчивость и скорость работы.
При моделировании электрических устройств можно использовать блоки SimPowerSystems , а так же блоки остальных библиотек Simulink и функции самого Matlab . Так же пользователь имеет возможность комбинировать отдельные блоки и создавать свои собственные, что дает практически не ограниченные возможности при моделировании. Наглядность представления, получаемой информации способствует ее лучшему пониманию и усвоению.
На кафедре теоретической и общей электротехники разработан лабораторный практикум по курсу «Электротехника и электроника» в системе MatLab .
Таким образом, внедрение компьютерного моделирования в преподавание электротехнических курсов создает условия развития познавательных способностей студентов заочников. Обеспечение их соответствующими методическими материалами позволяет в домашних условиях в любой момент проработать полученные знания. Приобретенные навыки и умения применить в решении профессиональных задач проектирования и исследования электрических устройств и систем.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
• Новгородцев А.Б. Расчет электрических цепей в Matlab : Учебный курс. — СПб.:Питер, 2004. — 250с.
• Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в Matlab 6.0: Учебное пособие. — СПб.: КОРОНА принт,2001. — 320 с.
• Дьяконов В.П. Matlab 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 Основы применения. Полное руководство пользователя. — М.: Солон-Пресс. — 2002. — 768 с.
• Черных И.В. Simulink : Среда создания инженерных приложений / Под общ. ред. В.Г. Потемкина. — М: Диалог — МИФИ, 2003. — 496 с.
Сведения об авторе
Хохлова Татьяна Евгеньевна
доцент кафедры теоретической и общей электротехники Томского политехнического университета
кандидат технических наук
р. 56-34-33