В этом разделе вы
Получение представления состояния-пространства модели с помощью power_analyze команда
Вычислите стационарные напряжения и токи с помощью графического пользовательского интерфейса блока Powergui
Анализ электрической цепи в частотной области
Электрические параметры состояния - государства Simulink® Вашей диаграммы, связанной с устройствами конденсатора и катушки индуктивности Simscape™ Electrical™ Специализированные блоки Энергосистем. Индукторы и элементы конденсаторов находятся в блоках типа RLC-ответвления, таких как блок последовательного RLC-ответвления, блок трехфазной параллельной RLC-нагрузки, в моделях трансформаторов, в блоке PI Section Line, в узловых устройствах силовых электронных устройств и т.д.
Переменные электрического состояния состоят из токов индуктора и напряжений конденсатора. Имена переменных электрических состояний Simscape Electrical Specialized Power Systems содержат имя блока, в котором находится индуктор или конденсатор, которому предшествует Il_ префикс для токов индуктора или Uc_ префикс для напряжений конденсатора.
Вы вычисляете представление состояния-пространства модели с помощью power_analyze команда. Введите следующую команду в подсказке MATLAB ®.
[A,B,C,D,x0,electrical_states,inputs,outputs]=power_analyze('power_gui')
power_analyze возвращает модель состояния-пространства power_gui примерной модели в четырех матрицах A, B, C и D. x0 - вектор начальных условий электрических состояний цепи. Имена переменных электрического состояния, входов и выходов возвращаются в трех матрицах.
См. раздел power_analyze для получения дополнительной информации об использовании этой функции.
Откройте пример модели power_gui путем ввода power_gui в командной строке. Затем откройте инструмент Powergui Steady-State Voltages and Currents Tool для отображения стационарных фазорных напряжений, измеряемых блоками измерения напряжения и тока модели.
Каждый выходной сигнал измерения идентифицируется символьным вектором, соответствующим имени блока измерения. Величины фазоров соответствуют пиковому значению синусоидальных напряжений.
Можно также отобразить установившиеся значения напряжения источника или установившиеся значения токов индуктора и напряжений конденсатора, установив флажок Источники (Sources) или Состояния (States).
Дополнительные сведения об условных знаках, используемых для напряжений и токов источников и переменных электрического состояния, перечисленных в окне Steady-State Tool, см. в разделе Измерение напряжений и токов.
Библиотека Simscape > Electrical > Specialized Power Systems > Fundamental Blocks > Measurements содержит блок измерения импеданса, который измеряет импеданс между любыми двумя узлами цепи. В следующих двух разделах измеряется импеданс в модели power_gui с помощью двух методов.
Автоматическое измерение с использованием блока измерения импеданса и блока Powergui
Расчет по модели state-space
В блоке Simscape Electrical Specialized Power Systems был автоматизирован процесс измерения импеданса цепи из модели состояния-пространства (который подробно описан в следующем разделе «Получение отношения импеданса к частоте из модели состояния-пространства»). В power_gui примере модели два блока измерения импеданса powerlib измеряют импеданс в двух точках модели. Удалите блок B3 импеданса и снова подключите B1 импеданса, как показано на рисунке.
Измерение импеданса в сравнении с частотой с помощью блока измерения импеданса
В блоке «Линия 150 км» установите для параметра «Количество секций pi» значение 1 и нажмите кнопку OK. Откройте диалоговое окно Powergui. На вкладке «Инструменты» выберите «Измерение импеданса». Откроется новое окно со списком блоков измерения импеданса, доступных в цепи.
Заполните диапазон частот путем ввода 0:2:5000 (от нуля до 5000 Гц с шагом 2 Гц). Выберите логарифмический масштаб для отображения величины Z.
По завершении расчета в окне в качестве функций частоты отображаются величина и фаза. В диалоговом окне 150 km Line block установите для параметра Number of pi sections значение 10. В инструменте Powergui Impedance vs Frequency Measurement нажмите кнопку Update. В диалоговом окне блока отображается частотная характеристика новой цепи.
Примечание
В следующем разделе предполагается, что установлено программное обеспечение Toolbox™ системы управления.
Для измерения зависимости импеданса от частоты в том же узле, где подключен блок измерения импеданса, необходим источник тока, обеспечивающий второй вход в модель состояния-пространства. Добавьте в модель блок источника переменного тока из библиотеки Simscape > Electrical > Specialized Power Systems > Fundamental Blocks > Electrical Sources. Подключите этот источник, как показано ниже. Установить величину источника тока в нуль и поддерживать его частоту на уровне 60 Hz.
Источник переменного тока в узле B2
Теперь вычислите представление состояния-пространства модели с помощью power_analyze команда. Введите следующую команду в ответ на запрос MATLAB.
sys1 = power_analyze('power_gui','ss')
Эта команда возвращает модель state-space, представляющую модель continuous-time state-space электрической цепи.
В лапласовской области импеданс определен как функция перемещения между током, введенным Исходным блоком переменного тока и напряжением, измеряемым блоком Измерения Напряжения U2.
I2 (s)
Имена входов и выходов этой модели пространства состояний получаются следующим образом.
sys1.InputName
ans =
'U_Vs (60Hz)'
'I_AC Current Source'
sys1.OutputName
ans =
'U_Ub2'
'U_Ub1'Импеданс в измеренном узле затем соответствует передаточной функции между выходом 1 и входом 2 этой модели состояния-пространства. Для диапазона 0-5000 Гц его можно вычислить и отобразить следующим образом.
freq=0:5000; w=2*pi*freq; bode(sys1(1,2),w);
Повторите тот же процесс, чтобы получить частотную характеристику с помощью модели линии 10 сечений. Откройте диалоговое окно «Линия сечения ТП» и измените количество сечений с 1 кому 10. Чтобы вычислить новую частотную характеристику и наложить ее на полученную однострочной секцией, введите следующие команды.
sys10 = power_analyze('power_gui','ss');
bode(sys1(1,2),sys10(1,2),w);Откройте редактор свойств графика Bode и выберите единицы измерения для Frequency in Hz с использованием линейного масштаба и Magnitude in absolute с помощью логарифмического масштаба. Полученный график показан ниже.
Импеданс в измеряемом узле как функция частоты
Этот график показывает, что диапазон частот, представленный однолинейной моделью сечения, ограничен, и модель сечения 10 линий дает лучшее приближение для более высоких частот.