420-2012/01 – Modelování a simulace EZ (MS EZ)
Garantující katedra | Katedra elektrotechniky | Kredity | 6 |
Garant předmětu | Ing. Karel Chrobáček, Ph.D. | Garant verze předmětu | Ing. Karel Chrobáček, Ph.D. |
Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
Ročník | 3 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
Rok zavedení | 2010/2011 | Rok zrušení | 2021/2022 |
Určeno pro fakulty | FEI | Určeno pro typy studia | bakalářské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
1. Studenti budou umět identifikovat a modelovat chování mechatronických systémů. Cíl je schopnost samostatně sestavit model mechatronického systému v prostředí Matlab Simulink a interpetovat výsledky numerických simulací.
2. Dále zvládnou sestavit modely elektrických sítí s různými zátěžemi a modelovat stavy těchto elektrických sítí v produktu ATP včetně vizualizace modelovaných stavů a jejich vyhodnocení.
Vyučovací metody
Přednášky
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Projekt
Anotace
Předmět je zaměřen na modelováni a simulaci provozních stavů elektrických sítí a zařízení na osobním počítači s využitím programových produktů ATP a MATLAB Simulink. Teoretická náplň předmětu se opírá o základní poznatky získané v odborných předmětech zaměřených na elektroenergetiku, elektrické stroje, přístroje, pohony a regulační techniku. Po absolvování předmětu bude student umět aplikovat simulace daného provozního stavu na elektrickém zařízení.
Povinná literatura:
1. Pivoňka P., Valouch V.:Inženýrské systémy v pohonech, Skriptum ČVUT Praha,2001
2. Manuály vybraných programových produktů (ATP,MATLAB,CANECO,SICHR apod)
Doporučená literatura:
1. Pivoňka P., Valouch V.:Inženýrské systémy v pohonech, Skriptum ČVUT Praha,2001
2. Manuály vybraných programových produktů (ATP,MATLAB,CANECO,SICHR apod)
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
• Protokoly z každé simulované úlohy zpracované na základě nasimulovaných hodnot z těchto modelování a jejich následného zpracování, zkompletování a vyhodnocení.
• Průběžné ověřování znalostí studentů na početních cvičeních formou diskuse a dotazů s cílem aktivního zapojení studentů do výuky. Identifikovat, dedukovat a hledat řešení problémů a jejich interpretace studenty.
• Kontrolní testy na řešení početních příkladů, popřípadě vybraných teoretických okruhů
• Semestrální práce a projekty na zadané téma na základě výběru, přezkoumání, seřazení a konečné kompilace faktů a jejich zapracování do konečné formy zadané práce.
E-learning
Další požadavky na studenta
Další požadavky na studenta nejsou.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
Přednášky:
Přednášky a cvičení – plán
1. Úvod do předmětu, matematické modely EZ
(Simulační programy, pojmy jako preprocesor, postprocesor, numerické simulace a problémy při numerických simulacích – problémy konvergencí, časový krok, druhy simulací AC obvodů, získání vstupních simulačních údajů, matematické modely prvků, spotřebičů a strojů). – 90 min.
Cvičení – instalace programu EMTP-ATP, konfigurace prostředí, licence GNU - 90 min, nastavení pracovního prostředí pro spouštění simulací.
2. Grafický preprocesor ATPDraw, program PCPlot,
(Seznámení s ovládáním, popis vlastností a parametrů prvků v ATPDraw, práce se soubory nápovědy, tvorba jednoduchých schémat)
Cvičení – obvod s usměrňovačem – sestavení modelu dvoupulzního můstkového usměrňovače podle sylabu. Odladění chyb schématu, nastavení a spuštění simulace.
3. Modelování polovodičových prvků a obvodů
(Princip funkce řízených a neřízených usměrňovačů, vznik a velikost harmonických na vstupu/ výstupu usměrňovačů, harmonická analýza vstupních a výstupních veličin, možnosti eliminace zkreslení výstupního napětí)
Cvičení – obvod s usměrňovačem – sestavení modelu šestipulzního můstkového usměrňovače a volba vhodné vstupní tlumivky pro zadané zkreslení napětí v místě připojení.
4. Analýza elektrických obvodů programem EMTP-ATP
(Teorie nutná pro modelování zkratů v sítích nn. Metodiky výpočtu, získávání vstupních údajů z norem)
Cvičení – vyhledání vstupních údajů nutných pro simulace elektrických sítí nn/vn. Jednoduché výpočty. Program Sichr 7.0.
5. Sestavování programových schémat el. sítí a spotřebičů
(modely BCTran – transformátor, LCC – Line Cable Constant – modelování vedení)
Cvičení – simulace zkratů v sítích nn.
6. Ověřování kvalitativních ukazatelů elektrické energie v důsledku připojení nelineárních spotřebičů –tak zkreslení usměrňovače, řízený usměrňovač, řízený pulzní měnič
Cvičení – modely řízeného usměrňovače, pulzního měniče, komutace.
7. Ověřování přechodných dějů na elektromechanických systémech. Shrnutí a prohloubení znalostí dynamických systémů. Používané typy regulátorů a jejich vlastnosti
(používané typy členů a regulátorů v elektromechanických systémech – regulátory P, PI, PID, členy dopravní zpoždění, aperiodický člen 1. a 2. řádu, náhrada kmitavého členu dvojitým aperiodickým členem, bloková algebra přenosů, teorie regulace).
Cvičení – v programovém produktu Matlab – zadání přenosové funkce, amplitudová a fázová charakteristika, výpočet přenosu otevřené a uzavřené regulační smyčky.
8. Základní zjednodušené matematické modely elektrických strojů – model DC motoru s cizím buzením a sériového DC motoru
Cvičení – v programovém produktu Matlab – zadání přenosové funkce, amplitudová a fázová charakteristika, výpočet přenosu otevřené a uzavřené regulační smyčky motoru.
9. Simulace regulační struktury DC motoru s řízením v obvodu buzení
Cvičení – sestavení modelu sériového DC motoru, sestavení modelu motoru s regulací shuntování obvodu buzení a kotvy
10. Sestavení modelu DC motoru napájeného z řízeného usměrňovače – model DC motoru a řízeného usměrňovače, model DC motoru a pulzního měniče – teorie fungování DC motoru a řízeného usměrňovače a DC motoru a pulzního měniče
Cvičení – sestavení a ověření výše uvedených modelů, simulace chování a řízení pomocí ramp rychlosti (řízený, neregulovaný pohon)
11. Základní zjednodušené modely členů regulačních struktur a akčních členů – podřazená regulační smyčka proudu. – Teorie fungování smyčky proudu, určení přenosu a zesílení PI regulátoru
Cvičení – sestavení podřazené regulační smyčky proudu, určení konstant regulátoru pomocí programu Matlab, přímé řízení momentu DC stroje. Výpočetní/experimentální nastavení regulátoru.
12. Simulace regulační struktury DC motoru s řízením v obvodu kotvy – nadřazená rychlostní smyčka. Teorie fungování smyčky rychlosti, určení přenosu a zesílení PI regulátoru
Cvičení – sestavení regulační smyčky rychlosti, určení konstant regulátoru pomocí programu Matlab, přímé řízení otářek DC stroje pomocí regulace kotevního napětí.
13. Simulace regulační struktury AC motoru
Cvičení – ukázka regulační struktury AC motoru s regulací buzení
14. Shrnutí látky, konzultace, rezervní týden
Cvičení – zápočtový test, obhajoba projektu
Projekty
1. Individuální zadání simulace ověřování zpětných vlivů polovodičových měničů na napájecí síť
2. Individuální zadání pro simulace elektromechanického systému
Pro denní formu – zpracování referátu na zadané téma.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky