docModelowanie
download 
Reklamacja Transkrypt
Modelowanie
MODELOWANIE I SYMULACJE SYSTEMÓW ELEKTROMECHATRONICZNYCH dr inż. Michał MICHNA Harmonogram – wykład, ćwiczenia E1 data kto temat 8 lut 15 lut MM Mechatronika/Systemy EM w 22 lut MM Modelowanie/Symulacja/Analiza w 29 lut GK Modelowanie metodą Lagrange'a w 7 mar GK Model SYN ABC - wyprowadzenie c 14 mar GK Model SYN ABC - wyprowadzenie c 21 mar MM Model SYN QD0 - wyprowadzenie c 28 mar MM Model SYN - symulacja Mathcad c 4 kwi MM Model SYN - symulacja SABER/MAST/SPICE c 11 kwi MM Układ napędowy SPS w 18 kwi MR Parametry SPS/SYN - dane katalogowe c 25 kwi MR Parametry SPS/SYN - metody doświadczalne c 9 maj MM Parametry SPS/SYN – metody numeryczne w 16 maj PM Modelowanie układów energoelektronicznych w 23 maj MM Prezentacja specjlaności w 2 maj 2 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011/12 Harmonogram – laboratorium EM02 laboratorium EM02 lp 1 GR1 GR2 GR3 PT 9-11 PT 9-11 ŚR 12-14 10 lut 2 3 5 MM wstęp/saber MM saber MM saber MM mast MM mast MM mast/labo MM mast/labo MR Dymola/20Sim MR Dymola/20Sim PM Saber - prostownik 9 maj PM Saber - prostownik 16 maj PM Saber - prostownik PM Saber - prostownik 29 lut 2 mar 9 mar 6 7 wstęp/saber 17 lut 4 14 mar 16 mar 23 mar 8 temat MM 15 lut 24 lut kto 28 mar 30 mar 6 kwi 9 13 kwi 10 11 20 kwi 27 kwi 12 13 14 3 18 kwi 4 maj 11 maj 18 maj dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011/12 Systemy EM Podstawowe zagadnienia i definicje 4 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011/12 System elektromechaniczny Modelowanie system - obiekt lub zespół układów które są badane eksperyment – doświadczenie naukowe przeprowadzone w kontrolowanych warunkach w celu zbadania jakiegoś zjawiska model – zastępstwo dla rzeczywistego systemu, który obejmuje eksperyment modelowanie – akt tworzenia modelu Symulacja – eksperyment przeprowadzony na modelu, Symulator – program komputerowy do przeprowadzania symulacji 5 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011/12 System elektromechaniczny System obiekt lub zespół układów które są badane wzajemna konfiguracja elementów systemu oraz sposób przetwarzania informacji i realizacji sterowania zakłócenia Siły/momenty ruchy System e-mech Energia Aktory modelowanie 6 Alarmy Ukł. sterowania dr inż. Michał Michna Sensory nastawy Gdańsk 2011/12 System elektromechaniczny Proces przekształcenie i transport materii, energii oraz informacji zakłócenia Siły/momenty ruchy System e-mech Energia Aktory modelowanie 7 Alarmy Ukł. sterowania dr inż. Michał Michna Sensory nastawy Gdańsk 2011/12 System elektromechaniczny Elementy aktywne systemu Sensory – przetwarzają wielkości pomiarowe w sygnały elektryczne Aktory – realizuj ruchy i siły sterujące układem elektromechanicznym zakłócenia Siły/momenty ruchy System e-mech Energia Aktory modelowanie 8 Alarmy Ukł. sterowania dr inż. Michał Michna Sensory nastawy Gdańsk 2011/12 Modelowanie i symulacja Cel modelowania i symulacji systemów EM 9 Wyznaczanie przebiegów prądów i napięć Obliczanie wartości średnich, skutecznych, i szczytowych prądów i napięć Analiza systemu w stanach awaryjnych Sprawdzenie poprawności koncepcji nowego systemu Optymalizacja parametrów wybranych elementów Badania wrażliwości układu na zmiany wartości wybranych parametrów … dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011/12 Modelowanie i symulacja Badania doświadczalne Układ rzeczywisty Modelowanie fizyczne model fizyczny Modelowanie matematyczne model matematyczny Analiza właściwości dynamicznych Poprawki modelu Warunki techniczne Decyzje konstrukcyjne Modelowanie fizyczne Dokładne określenie układu, ustalenie istotnych cech i budowa modelu fizycznego - zakładanie przybliżeń Pominięcie małych wpływów, niezależność układu od otoczenia, parametry skupione 10 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011/12 Modelowanie i symulacja Badania doświadczalne Układ rzeczywisty Modelowanie fizyczne model fizyczny Modelowanie matematyczne model matematyczny Analiza właściwości dynamicznych Poprawki modelu Warunki techniczne Decyzje konstrukcyjne Modelowanie matematyczne analityczny opis zjawisk dynamicznych odzwierciedlanych modelem fizycznym, czyli znalezienie modelu matematycznego – równań różniczkowych 11 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011/12 Modelowanie i symulacja Badania doświadczalne Układ rzeczywisty Modelowanie fizyczne model fizyczny Modelowanie matematyczne model matematyczny Analiza właściwości dynamicznych Poprawki modelu Warunki techniczne Decyzje konstrukcyjne Analiza właściwości dynamicznych przestudiowanie własności dynamicznych modelu matematycznego na podstawie rozwiązania równań różniczkowych ruchu, ustalenie przewidywanego ruchu układu 12 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011/12 Modelowanie i symulacja Badania doświadczalne Układ rzeczywisty Modelowanie fizyczne model fizyczny Modelowanie matematyczne model matematyczny Analiza właściwości dynamicznych Poprawki modelu Warunki techniczne Decyzje konstrukcyjne Decyzje konstrukcyjne podjęcie decyzji projektowych, tj. przyjęcie fizycznych parametrów układu 13 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011/12 Modelowanie i symulacja Analiza systemu Model materialny Model matematyczny Urządzenie podobne do oryginału Opis matematyczny odzwierciedlający zachowanie się oryginału w warunkach rzeczywistych Model 14 Nie ma możliwości badania konkretnego urządzenia Badania rzeczywisty są kosztowne i niebezpieczne Szybkość procesów jest bardzo duża lub mała Wielokrotne badanie w różnych warunkach dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011/12 Modelowanie i symulacja Model to uproszczone przedstawienie wybranego fragmentu rzeczywistości celem lepszego jej zrozumienia Modele materialne Model skalowany Model reprezentujący sposób działania - analog Modele symboliczne 15 Słowne Graficzne Matematyczne dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011/12 Modelowanie i symulacja Modele Symboliczny Materialny Jakościowy Wyjaśniający Ilościowy Opisowy 16 Analogowy Funkcjonalno – predykcyjny Strukturalny … Skalowany Zmienne stanu Symptomowo wskaźnikowe dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011/12 FEM Modelowanie i symulacja Układ rzeczywisty Modelowanie fizyczne Model fizyczny Modelowanie matematyczne Model matematyczny Model fizyczny układ fizyczny, odpowiadający rzeczywistemu układowi pod względem cech istotnych dla badanego zagadnienia, ale prostszy i poddający się łatwiej studiom analitycznym. Modelowanie i symulacja Układ rzeczywisty Modelowanie fizyczne Model fizyczny Modelowanie matematyczne Model matematyczny Uproszczenia Pomijanie małych wpływów – zmniejsza się liczba równań i zmiennych Niezależność otoczenia od badanego układu Parametry skupione Liniowość Unikanie nieokreśloności i pomijanie szumów Modelowanie i symulacja Układ rzeczywisty Modelowanie fizyczne Model fizyczny Modelowanie matematyczne Model matematyczny Model matematyczny model matematyczny składa się z wyrażeń i funkcji matematycznych. Model określa reguły wzajemnej zależności wielkości wejściowych i wyjściowych Model powinien być poprawny i użyteczny Kompletny, logiczny, jednoznaczny Modelowanie i symulacja Matematyczne modele fizyczne Matematyczny zapis zjawisk fizycznych zachodzących w obiekcie/elemencie/systemie Istotne są procesy zachodzące w elemencie Matematyczne modele funkcjonalne Modele bazujące na charakterystykach zewnętrznych bez opisu zjawisk zachodzących wewnątrz danego układu Istotne jest poprawne zachowanie układu 20 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011/12 Modelowanie i symulacja 21 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011/12 Modelowanie i symulacja Systemowy Funkcjonalny Behawioralny Komponentowy 22 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011/12 Modelowanie, symulacja, badania Sugeruje i interpretuje doświadczenia Teoria Eksperyment Sugeruje i uwiarygodnia teorie Sugeruje teorie Modeluje rzeczywiste procesy Dostarcza równania Generuje dane Wykonuje obliczenia Interpretuje wyniki Sugeruje doświadczenia Analizuje dane Steruje aparaturą Modelowanie i symulacja 23 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011/12 Modelowanie i symulacja Statyka i dynamika obiektu Stan ustalony Stan quasi-ustalony Stan nieustalony Model statyczny – równania algebraiczne Model dynamiczny – równania różniczkowe 24 Jednoznacznie opisuje relacje między zmiennymi wejściowymi i wyjściowymi w stanie ustalonym Wynikają ze zdolności niektórych elementów do akumulowania energii, masy, ładunku dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011/12 Modelowanie i symulacje Metody opracowywania modeli Metody analityczne Metody eksperymentalne Model matematyczny Model materialny (skalowalny) Metody numeryczne Model polowy Modelowanie i symulacja Modelowanie analityczne Wybór zmiennych Warunki równowagi i spójności Opisują chwilowy stan układu, pozwalają na jego analizę Zależności wyrażające równowagę układu, zależności występujące pomiędzy ruchami elementów układu Prawa fizyki Zależności fizyczne elementów układu Zmienne przepływu i spadku Przepływ energii pomiędzy dwoma modelami elementów SE, niezależnie od ich natury fizycznej, opisują dwie wielkości: zmienne przepływu (through, flow) zmienne spadku/potencjału (across, potencial) zmienna przepływu Model A p p Model B zmienna spadku, zmienna biegunowa m m Zależności fizyczne 27 Zależności pomiędzy zmiennymi przepływu i zmiennymi spadku © M. Michna Gdańsk 2011/12 Modelowanie i symulacja Zmienne przepływu (through) Miara czegoś co przechodzi przez element Powiązanie przez zależności równowagi (prawo Kirchoffa) Element układu Modelowanie i symulacja Zmienne spadku (across) Miara różnicy stanów na dwóch końcach Powiązana zależnościami spójności Element układu Zmienne przepływu i spadku Through variable Across variable Electrical current (i) voltage (v) Rotational torque (tq_nm) angular velocity (w_radps) Mechanical force (frc_n) translational position (pos_m) Magnetic flux (f) magneto-motive force (mmf) Fluid flow rate (q_m3ps) pressure (p_npm2) Thermal heat flow rate (p) temperature (tc) Light luminous flux illuminance 30 © M. Michna Gdańsk 2011/12 Prawa zachowania Prawa zachowania Energii Masy Ładunku Akumulacja wielkości X 31 uproszczenia = Dopływ netto wielkości X do układu + Ilość wielkości X wytwarzanej w układzie © M. Michna Gdańsk 2011/12 Literatura Czemplik A.: Modele dynamiki układów fizycznych dla inżynierów. Zasady i przykłady konstrukcji modeli dynamicznych obiektów automatyki. WNT 2008 Turowski J.: Podstawy mechatroniki. WSHE 2008 Szczęsny R.: Komputerowa symulacja układów enegoelektronicznych. WPG 1999 Żółtowski B. : Badania dynamiki maszyn Cannon R.H. : Dynamika układów fizycznych WNT 1973 32 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011/12
