13.06.01 РПУД Моделирование

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА ДВФУ
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (РПУД)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ И СИСТЕМ
Направление 13.06.01 Электро- и теплотехника
профиль "Электротехнические комплексы и системы"
Форма подготовки – очная
Инженерная школа
Кафедра судовой энергетики и автоматики
курс 2 семестр 3
лекции 18 час.
лабораторные работы 0 час.
практические занятия 36 час.
всего часов аудиторной нагрузки 54 час.
самостоятельная работа 54 час.
экзамен 3 семестр
зачет не предусмотрен
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями федерального
государственного образовательного стандарта высшего образования (уровень
подготовки кадров высшей квалификации), утвержденного приказом
министерства образования и науки РФ от 30 июля 2014 г. № 878
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры судовой энергетики и
автоматики, протокол № 4 от «22» декабря 2014 г.
Заведующий (ая) кафедрой М.В.Грибиниченко
Составитель:
к.т.н.,
доцент
кафедры
судовой
автоматики_К.В.Чупина_
энергетики
и
I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 200 г. № ______
Заведующий кафедрой ___. __________________ М.В. Грибиниченко
(подпись)
(И.О. Фамилия)
II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 200 г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ _ М.В. Грибиниченко
(подпись)
(И.О. Фамилия)
1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Цель изучения дисциплины «Моделирование электротехнических
комплексов
и
систем»
состоит
в
изучении
возможностей
метода
математического моделирования для исследования особенностей и режимов
работы электротехнических комплексов и систем.
Задачи дисциплины:
освоение принципов разработки моделей сложных технических систем;
совершенствование навыков работы с техническими и программными
средствами инженерного проектирования;
изучение
моделирования
методики
для
использования
исследования
методов
особенностей
и
математического
режимов
работы
электротехнических комплексов и систем, а также в преподавательской
деятельности.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП
Дисциплина
«Моделирование
электротехнических
комплексов
и
систем» включена в вариативную часть блока 1 «Дисциплины» и является
обязательной дисциплиной, в том числе направленной на подготовку к сдаче
кандидатского экзамена (Б1.В.ОД.3).
Для успешного освоения данной дисциплины обучающейся должен:
− знать: основы теории электропривода, управления и методы
моделирования;
− уметь: пользоваться технической и справочной литературой для
разработки математических моделей;
− владеть: навыками работы на ЭВМ.
3. КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В
РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Выпускник
должен
обладать
общепрофессиональными
компетенциями (ОПК):
владение
методологией
теоретических
и
экспериментальных
исследований в области профессиональной деятельности (ОПК-1);
владение
культурой
научного
исследования
в
том
числе,
с
использованием новейших информационно-коммуникационных технологий
(ОПК-2);
способность к разработке новых методов исследования и их
применению в самостоятельной научно-исследовательской деятельности в
области профессиональной деятельности (ОПК-3);
готовностью
к
преподавательской
деятельности
по
основным
образовательным программам высшего образования (ОПК-5)
и профессиональными компетенциями (ПК):
готовность
проектировать
новое
электротехническое,
электроэнергетическое оборудование, которое обеспечивает облегченное
выполнение операций ухода, диагностики и ремонта, что особенно важно для
электрооборудования, размещенного в стесненных условиях, особенно
транспортного (ПК 2);
способность разрабатывать и использовать энерго- и ресурсносберегающие устройства, предназначенные для нагрузки налаживаемых
источников и преобразователей электроэнергии (ПК 3).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
− знать:
физические
принципы
работы
отдельных
звеньев
электротехнического комплекса, их взаимосвязь и взаимозависимость;
− уметь: разрабатывать, сортировать и выбирать математические модели
электротехнических комплексов и систем в зависимости от характера
решаемых задач; оценивать адекватность моделей;
− владеть: навыками работы с пакетами прикладных программ для
математического
моделирования
электрооборудования
и
средств
автоматизации при их исследовании, проектировании и эксплуатации.
5. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
КУРСА
Занятия проводятся с использованием метода интерактивного
обучения
–
«Лекция-визуализация»
представляется
как
(6
демонстрационный
час).
Содержание
материал
лекций
(структурные
и
функциональные схемы, графики, таблицы), который дополняет словесную
информацию и/или выступает ее носителем.
Тема 1 Модели электроприводов с реактивным синхронным и
вентильно-индукторным двигателями (6 час).
Математическое описание синхронного двигателя без демпферной
обмотки
и
с
демпферной
обмоткой.
Математическое
описание
электроприводов с реактивным синхронным и вентильно-индукторным
двигателями. Принятые допущения. Расчет регуляторов. Определение
переходных, механических и электромеханических характеристик. Оценка и
сравнение полученных результатов.
Тема 2 Модели электропривода с бесконтактной машиной
постоянного тока
(4 час).
Математическое описание электропривода с бесконтактной машиной
постоянного тока. Принятые допущения. Расчет регуляторов. Определение
переходных, механических и электромеханических характеристик. Оценка и
сравнение полученных результатов.
Тема 3 Модели замкнутых асинхронных электроприводов при
изменении напряжения на статоре (6 час).
Математическое описание замкнутого по скорости асинхронного
электропривода при поддержании постоянства потокосцепления статора.
Математическое
описание
замкнутого
по
скорости
асинхронного
электропривода при поддержании постоянства потокосцепления ротора.
Принятые допущения. Расчет регуляторов. Определение переходных,
механических и электромеханических характеристик. Оценка и сравнение
полученных результатов.
Математическое описание асинхронного электропривода с векторным
регулированием при непосредственном измерении потока. Математическое
описание асинхронного электропривода с векторным регулированием при
определении потокосцепления ротора по математической модели потока.
Принятые допущения. Расчет регуляторов. Определение переходных,
механических и электромеханических характеристик. Оценка и сравнение
полученных результатов.
5. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
КУРСА
Занятия проводятся с использованием метода интерактивного
обучения - «Коллективные решения творческих задач». Цель: найти
«правильное» решение, основанное на своем персональном опыте и опыте
своего коллеги. На организационном этапе студенты разбиваются на малые
группы по 2-3 человека. Происходит обсуждение на уровне группы,
формулируется общее мнение малой группы. На подготовительном этапе
формируется оценочное суждение по предлагаемой позиции каждой малой
группы и сравнивается с предлагаемыми позициями других групп. На
основном этапе
формулируется общее мнение, выражающее совместную
позицию по творческому заданию. Выполняется задание. Оценивается
достоверность и эффективность выбранных путей решения.
В конце семестра после выполнения всех практических заданий
студент представляет тематическое портфолио, что позволяет обобщить и
систематизировать большой объем информации по изучаемому предмету,
создать о нем целостное представление. Содержание портфолио может быть
полезным при выполнении выпускной квалификационной работы.
Объем часов в интерактивной форме – 12.
Занятие № 1. Модель синхронного двигателя без демпферной
обмотки (4 час).
Математическое описание синхронного двигателя без демпферной
обмотки. Принятые допущения. Определение переходных, механических и
электромеханических характеристик. Оценка адекватности модели.
Занятие № 2. Модель синхронного двигателя с демпферной
обмоткой (4 час).
Математическое описание синхронного двигателя с демпферной
обмоткой. Принятые допущения. Определение переходных, механических и
электромеханических характеристик. Оценка адекватности модели.
Занятие № 3. Модель электропривода с реактивным синхронным
двигателем (4 час.).
Математическое описание. Принятые допущения. Расчет регуляторов.
Определение
переходных,
механических
и
электромеханических
характеристик. Оценка адекватности модели
Занятие № 4. Модель электропривода с вентильно-индукторным
двигателем (4 час.)
Математическое описание. Принятые допущения. Расчет регуляторов.
Определение
переходных,
механических
и
электромеханических
характеристик. Оценка и сравнение полученных результатов.
Занятие № 5.
постоянного тока
Модель электропривода с бесконтактной машиной
(4 час).
Математическое описание. Принятые допущения. Расчет регуляторов.
Определение
переходных,
механических
и
электромеханических
характеристик. Оценка и сравнение полученных результатов.
Занятие № 6.
Модель замкнутого по скорости асинхронного
электропривода при поддержании постоянства потокосцепления статора
(4 час).
Математическое описание. Принятые допущения. Расчет регуляторов.
Определение
переходных,
механических
и
электромеханических
характеристик. Оценка адекватности модели.
Занятие № 7.
Модель замкнутого по скорости асинхронного
электропривода при поддержании постоянства потокосцепления ротора
(4 час).
Математическое описание. Принятые допущения. Расчет регуляторов.
Определение
переходных,
механических
и
электромеханических
характеристик. Оценка адекватности модели.
Занятие № 8.
Модель асинхронного электропривода с векторным
регулированием при непосредственном измерении потока (4 час).
Математическое описание. Принятые допущения. Расчет регуляторов.
Определение
переходных,
механических
и
электромеханических
характеристик. Оценка адекватности модели.
Занятие № 9.
Модель асинхронного электропривода с векторным
регулированием
при
определении
потокосцепления
ротора
по
математической модели потока (4 час).
Математическое описание. Принятые допущения. Расчет регуляторов.
Определение
переходных,
механических
и
электромеханических
характеристик. Оценка адекватности модели.
5. КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА
Для достижения поставленной цели студенты выполняют практические
работы. Контроль усвоения материала определяется способностью студента
решить поставленную задачу во время практического занятия. В процессе
самостоятельной работы приобретаются новые навыки, закрепляются и
углубляются знания, приобретенные ранее, создается стимул для их
дальнейшего расширения и углубления.
Вопросы к экзамену
1. Типы моделей и виды моделирования. Подход к моделированию
сложных систем.
2. Построение
концептуальной
модели
сложной
системы
и
ее
формализация. Требования к математическим моделям. Этапы
моделирования.
3. Принципы структурного моделирования.
4. Модель синхронного двигателя без демпферной обмотки. Принятые
допущения. Оценка адекватности модели.
5. Модель синхронного двигателя с демпферной обмоткой. Принятые
допущения. Оценка адекватности модели.
6. Модель
электропривода с реактивным синхронным двигателем.
Принятые допущения. Расчет регуляторов. Оценка адекватности
модели.
7. Модель
электропривода
с
вентильно-индукторным
двигателем.
Принятые допущения. Расчет регуляторов. Оценка адекватности
модели.
8. Модель электропривода с бесконтактной машиной постоянного тока.
Принятые допущения. Расчет регуляторов. Оценка адекватности
модели.
9. Модель замкнутого по скорости асинхронного электропривода при
поддержании
постоянства
потокосцепления
статора.
Принятые
допущения. Расчет регуляторов. Оценка адекватности модели.
10. Модель замкнутого по скорости асинхронного электропривода при
поддержании
постоянства
потокосцепления
ротора.
Принятые
допущения. Расчет регуляторов. Оценка адекватности модели.
11. Модель асинхронного электропривода с векторным регулированием
при непосредственном измерении потока. Принятые допущения.
Расчет регуляторов. Оценка адекватности модели.
12. Модель асинхронного электропривода с векторным регулированием
при определении потокосцепления ротора по математической модели
потока.
Принятые
допущения.
Расчет
регуляторов.
Оценка
адекватности модели.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература
Герман-Галкин,
1.
С.Г.
Виртуальные
лаборатории
полупроводниковых систем в среде Matlab-Simulink / С.Г. Герман-Галкин. —
СПб.
:
Лань,
2013.
—
443
с.
Режим
доступа
:
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=36998
2.
Кувшинов, Г.Е. Влияние морского ветрового волнения на
глубоководный привязной объект [монография] / Г. Е. Кувшинов, Л. А.
Наумов, К. В. Чупина; Дальневосточный государственный технический
университет.
–
Владивосток:
Дальнаука,
2008.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:381106&theme=FEFU
-
214
с.
3.
Кудрявцев, Е.М. Mathcad 11: Полное руководство по русской
версии Е.М. Кудрявцев. - М.: ДМК Пресс, 2009. - 592 с. Режим доступа :
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=1172
4.
Поршнев,
С.В.
Компьютерное
моделирование
физических
процессов в пакете MATLAB / С.В. Поршнев. – М.: Горячая линия –
Телеком,
–
2003.
592
с.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:307438&theme=FEFU
5.
Терехов, В.М. Системы управления электроприводов : учеб. для
вузов / В.М. Терехов, О.И. Осипов; под ред. В.М. Терехова, 3-е изд., стер. М.:
Академия,
2008.
304
-
с.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:381745&theme=FEFU
6.
Черных, И.В. Моделирование электротехнических устройств в
Matlab, SimPowerSystems и Simulink / И.В. Черных. – М.: ДМК Пресс; СПб.:
Питер,
2008.
–
288
с.
Режим
доступа
:
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=1175
http://znanium.com/bookread.php?book=407099
Дополнительная литература
1.
MathCAD 13: Мультимедийный самоучитель [Электронный
ресурс]: Автор/создатель: ООО "МультиМедиа Технологии"
(обучающие
программы
серии
TeachPro).
URL:
http://teachpro.ru/course2d.aspx?idc=15100
2.
Герман-Галкин,
С.Г.
Компьютерное
моделирование
полупроводниковых систем в MATLAB 6.0. : учеб. пособ./ С.Г. ГерманГалкин.
–
СПб.:
КОРОНА
принт,
2001.
-
320
с.
URL:
http://bamper.info/view_news.php?id=607
3.
Мальцева, О.П. Системы управления электроприводов. Ч.1.
Электропривод постоянного тока [Электронный ресурс]: учебное пособие /
О.П. Мальцева, Л.С. Удут, Н.В. Кояин. - Томск: Изд-во Томского
политехнического
университета,
2007.
-
53
с.
Режим
доступа
:
http://window.edu.ru/resource/313/75313
4.
Мальцева, О.П. Системы управления электроприводов. Ч.2.
Электропривод переменного тока [Электронный ресурс]: учебное пособие /
О.П. Мальцева, Л.С. Удут, Н.В. Кояин. - Томск: Издательство Томского
политехнического
университета,
2007.
-
82
с.
Режим
доступа
:
http://window.edu.ru/resource/312/75312
5.
Соколовский
Г.Г.
Электроприводы
переменного
тока
с
частотным регулированием. Учеб. – М.: Академия, 2006. – 265 с.
6.
Терёхин, В.В. Моделирование в системе MATLAB. Часть 1.
Основы работы в MATLAB [Электронный ресурс]: Практическое пособие /
В.В.Терёхин. - Новокузнецк: Кузбассвузиздат, 2004. - 242 с. Режим доступа :
http://window.edu.ru/resource/192/56192
7.
Терёхин, В.В. Основы моделирования в MATLAB. Часть 2.
Simulink [Электронный ресурс]: Учебное пособие / В.В.Терёхин. Новокузнецк: РИО НФИ КемГУ, 2004. - 304 с. Режим доступа :
http://window.edu.ru/resource/199/56199
Привести РПУД в соответствие с макетом