Математическая модель двигателя постоянного тока для исследовательского виртуального стенда и ее практическая реализация

Представлены математическая модель двигателя постоянного тока и алгоритм ее реализации применительно к виртуальному исследовательскому стенду этого двигателя. Показаны схема и графическая модель стенда, а также рабочие характеристики двигателя, полученные в виртуальной лаборатории, в которой он расп...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Електротехніка і електромеханіка
Дата:	2009
Автори:	Милых, В.И., Майстренко, А.М.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2009
Теми:	Електричні машини та апарати
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143252
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Математическая модель двигателя постоянного тока для исследовательского виртуального стенда и ее практическая реализация / В.И. Милых, А.М. Майстренко // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 6. — С. 25-30. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860244165147754496
author	Милых, В.И. Майстренко, А.М.
author_facet	Милых, В.И. Майстренко, А.М.
citation_txt	Математическая модель двигателя постоянного тока для исследовательского виртуального стенда и ее практическая реализация / В.И. Милых, А.М. Майстренко // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 6. — С. 25-30. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Електротехніка і електромеханіка
description	Представлены математическая модель двигателя постоянного тока и алгоритм ее реализации применительно к виртуальному исследовательскому стенду этого двигателя. Показаны схема и графическая модель стенда, а также рабочие характеристики двигателя, полученные в виртуальной лаборатории, в которой он расположен. Представлені математична модель двигуна постійного струму і алгоритм її реалізації стосовно віртуального дослідницького стенду цього двигуна. Подані схема і графічна модель стенду, а також робочі характеристики двигуна, отримані у віртуальній лабораторії, в якій він розташований. A direct current motor mathematical model and its realization algorithm for a research virtual bench are considered. A principal schematic and a graphical model of the research bench are given, performance characteristics of the motor placed in the virtual laboratory are obtained.
first_indexed	2025-12-07T18:34:11Z
format	Article
fulltext	ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №6 25 УДК 621.313 В.И. Милых, А.М. Майстренко МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ВИРТУАЛЬНОГО СТЕНДА И ЕЕ ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ Представлені математична модель двигуна постійного струму і алгоритм її реалізації стосовно віртуального дослід- ницького стенду цього двигуна. Подані схема і графічна модель стенду, а також робочі характеристики двигуна, отримані у віртуальній лабораторії, в якій він розташований. Представлены математическая модель двигателя постоянного тока и алгоритм ее реализации применительно к виртуальному исследовательскому стенду этого двигателя. Показаны схема и графическая модель стенда, а также рабочие характеристики двигателя, полученные в виртуальной лаборатории, в которой он расположен. ВВЕДЕНИЕ Одним из эффективных современных применений компьютерного моделирования в области электротех- ники является создание и использование для различ- ных целей учебного и научно-исследовательского характера виртуальной электромашинной лаборато- рии (ВЭМЛ), концепция которой представлена в [1]. Среда виртуальной реальности (ВР) [2-3] позво- ляет пользователю погрузиться в искусственный мир и непосредственно действовать в нем с помощью спе- циальных сенсорных устройств, которые связывают его движения с аудиовизуальными эффектами. Харак- терными признаками ВР являются: моделирование в реальном масштабе времени; имитация окружающей обстановки с высокой степенью реализма; возмож- ность воздействовать на окружающую обстановку и иметь при этом обратную связь. ВЭМЛ воспринимается пользователем как высо- кореалистичная пространственная многокомпонент- ная модель исследуемого объекта и сопутствующих элементов испытательного стенда, поведение которых управляется математической моделью. Состояние математической модели изменяется посредством ин- теракторных функций, которые определяют связи между действиями пользователя и состоянием графи- ческой модели. Первыми объектами для ВЭМЛ избраны одно- фазный трансформатор, трехфазный асинхронный двигатель и двигатель постоянного тока (ДПТ) [4]. Целью данной работы является представление и апробация математической модели ДПТ с независи- мым возбуждением, работающего в составе виртуаль- ного лабораторного стенда. Эта модель должна доста- точно реалистично отрабатывать изменение механи- ческой нагрузки на валу, так чтобы посредством "вир- туальных" измерений можно было получать рабочие и регулировочные характеристики ДПТ при любом приемлемом наборе исходных параметров. К важным требованиям относятся также достаточно высокое быстродействие расчетного алгоритма, построенного на основе математической модели, так чтобы в про- цессе виртуальных экспериментов не происходило "торможение" динамической графической модели, отображающей ДПТ и окружающую среду ВЭМЛ. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА СТЕНДА И КОНТРОЛИРУЕМЫЕ ВЕЛИЧИНЫ Исходной базой для проектирования виртуально- го стенда с ДПТ и разработки соответствующей ма- тематической модели является принципиальная элек- трическая схема, которая представлена на рис. 1. Рис. 1. Принципиальная электрическая схема стенда ДПТ с независимым возбуждением Напряжение питания на якорную цепь ДПТ (М) подается автоматическим выключателем QF1 через автотрансформатор Т и выпрямитель UZ. Пульсации полученного напряжения U сглаживаются с помощью конденсатора C и оно измеряется вольтметром PV1 и подается на якорь через выключатель Q1. Напряже- ние aU непосредственно на зажимах якоря измеряет- ся вольтметром PV2, а ток aI в якорной цепи – ам- перметром PA1. Управление двигателем через якор- ную цепь осуществляется пускорегулирующими рео- статами R1 и R2, которые имеют суммарное сопро- тивление 21 RRRad += , Независимая обмотка возбуждения F1-F2 пита- ется от источника постоянного напряжения EU через автоматический выключатель QF2 и выключатель Q2. 26 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №6 Ток возбуждения EI регулируется реостатом R3 с сопротивлением 3R и измеряется амперметром PA2. Нагружается ДПТ электромагнитным тормозом YB. Нагрузка регулируется током YI обмотки возбу- ждения FY1-FY2, которая подключается к источнику постоянного напряжения YU автоматическим вы- ключателем QF3 через выключатель Q3 и регулиро- вочные реостаты R4 и R5 с суммарным сопротивлени- ем 54 RRRYd += , а сила тока контролируется по ам- перметру PА3. Момент вращения ДПТ lM измеряет- ся стрелочным указателем PM на электромагнитном тормозе. Частота вращения якоря ДПТ n определяет- ся с помощью индикатора BR и отсчетного прибора PF. Величину n можно пересчитать в угловую ско- рость 30 nπ=Ω , с которой удобнее оперировать в про- цессе расчетов состояния ДПТ. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДПТ Представленные величины описывают состояние и процессы в исследовательской системе (рис.1) и являются в общем случае изменяющимися. Однако для "виртуальной материализации" этой системы не- обходимо задать целый ряд конкретных ее парамет- ров и, прежде всего, параметров исследуемого ДПТ. К основным относятся номинальные параметры ДПТ: NP – мощность; NU , aNI – напряжение и ток якоря; Nn – частота вращения (об/мин); Nη – КПД, ENI – ток возбуждения. Это можно дополнить номи- нальными угловой скоростью 30 N N nπ=Ω (1) и моментом вращения ДПТ N N N P M Ω = . (2) Кроме номинальных параметров необходимы следующие величины: aR – сопротивление обмоток якорной цепи (якоря A1-A2 и дополнительных полю- сов B1-B2), bdU – падение напряжения на один ще- точный контакт, EU – напряжение и ER – сопротив- ление обмотки возбуждения ДПТ, YU – напряжение и YR – сопротивление обмотки возбуждения электро- магнитного тормоза, nommecP – механические потери мощности при номинальной частоте вращения; nadmagP – сумма магнитных и добавочных потерь мощности при номинальных частоте вращения и токе возбуждения. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДПТ В СОСТАВЕ ВИРТУАЛЬНОГО СТЕНДА Для описания множества возможных состояний виртуального стенда необходим четкий алгоритм рас- чета всех величин в зависимости от устанавливаемых значений регулируемых параметров. Для построения такого алгоритма необходима математическая модель ДПТ, которую построим на основе следующей систе- мы уравнений, базирующихся на классических пред- ставлениях о ДПТ [5,6]: баланс напряжений в якорной цепи baadaa dUIRREU ⋅+⋅++= 2)( ; (3) ЭДС в обмотке якоря aEa cE Φ⋅Ω⋅= , (4) электромагнитный момент aaEem IcM Φ= , (5) где aΦ – полезный магнитный поток в якоре. Конструктивную постоянную ДПТ Ec опреде- лим, подставив (4) в (3) и используя номинальные значения величин NΩ=Ω , nomaa Φ=Φ и aNa II = : nomaN baNaN E dUIRU c Φ⋅Ω ⋅−−= 2 . В установившемся состоянии в ДПТ имеет место баланс моментов llem dMMM += , (6) где выделена внутренняя потеря момента в ДПТ Ω + = admagmec l PP dM . (7) куда входят потери мощности, выражения для кото- рых построены на основе проектных данных ДПТ [6]: сумма магнитных и добавочных потерь 231 ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ Φ Φ ⋅⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ Ω Ω= nomo a , N nadmagadmag PP (8) и механические потери 2 21 Ω+Ω= mecmecmec ppP , (9) где 299201 ,p mec = Вт/рад; 00222902 ,p mec = Вт/рад2. Тормозной момент электромагнитного тормоза можно условно выразить зависимостью Ω= 2 YMll IkM , (10) где Mlk – конструктивный коэффициент эффективно- сти этого тормоза. Ток в цепи якоря из (3) с подстановкой (4) ada aEb a RR cdUU I + ΩΦ−⋅−= 2 , (11) что позволяет на основе (5) получить формулу элек- тромагнитного момента ada aEb aEem RR cdUU cM + ΩΦ−⋅−Φ= 2 . (12) Тогда из уравнения (6) с учетом (10) имеем lYMl ada aEb aE dMIk RR cdUU c +Ω= + ΩΦ−⋅−Φ 22 и таким образом получается установившаяся угловая скорость вращения 222 )( )()2( aEadaYMl adalbaE cRRIk RRdMdUUc Φ⋅++⋅⋅ +⋅−⋅−⋅Φ⋅=Ω . (13) Очевидно, что для реалистичного взаимодейст- вия величин, представленных в уравнениях, необхо- дима функциональная зависимость магнитного потока aΦ , учитывающая насыщение магнитопровода. В ее ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №6 27 основу положим зависимость магнитного потока от тока возбуждения )( Eo IΦ в режиме холостого хода, которая задается реальной кривой намагничивания и представлена на рис.2, где обозначены точки nomoΦ – поток в режиме холостого хода при номинальном то- ке возбуждения ENI ; EsI и soΦ – значения тока и потока в точке начала насыщения магнитопровода. oΦ nomoΦ oΦ soΦ 0 EI EI ENIEsI Рис. 2. Кривая намагничивания ДПТ в режиме холостого хода Для расчетно-программного использования функции )( Eo IΦ ее можно аппроксимировать анали- тически полином вида ∑ = =Φ K k k Eko Iv 1 . (14) Для вычисления магнитного потока aΦ в режи- ме нагрузки примем модель, основанную на семейст- ве его зависимостей )( oaa ,I ΦΦ , частично проиллю- стрированных на рис.3. Здесь исходное значение маг- нитного потока oΦ при 0=aI для каждой из множе- ства прямолинейных зависимостей )( aa IΦ определя- ется по рис.2 или на основе полинома (14). aΦ nomoΦ oΦ soΦ 0 aI aI aNI nomod Φ⋅Φ nomak )( oak Φ 0=ak aΦ aΦ aΦ Рис. 3. Семейство зависимостей магнитного потока в режиме нагрузки ДПТ С увеличением тока aI поток aΦ уменьшается ввиду известного действия реакции якоря [5], но при этом с уменьшением oΦ уменьшается и наклон ли- ний )( aa IΦ , а при soΦ реакцией якоря пренебрега- ем, то есть линия )( aa IΦ становится параллельной оси абсцисс. Фактически имеем сложную зависимость )]([ Eoaa I,I ΦΦ , которую представим аналитически двумя ступенями линеаризации. Сначала использует- ся локальная линейная зависимость aaoa Ik ⋅−Φ=Φ , (15) но сюда вводится изменяющийся линейно коэффици- ент учета реакции якоря nomos nomoso nomaa k k kk Φ⋅− Φ⋅−Φ = Φ Φ )1( , (16) где oΦ – магнитный поток при текущем токе возбу- ждения и 0=aI ; nomo so sk Φ Φ =Φ – коэффициент уров- ня начала насыщения магнитопровода; aN nomo noma I dk Φ Φ= – значение коэффициента ak при номинальном токе возбуждения, обеспечивающее заданное относительное изменение потока aΦ от nomoΦ на Φd при росте тока якоря от нуля (холо- стой ход) до номинального aNI (при отсутствии ста- билизирующей обмотки возбуждения можно принять 050,d =Φ о.е., при ее наличии – 020,d =Φ о.е.). Магнитный поток nomoΦ в режиме холостого хода при номинальном токе возбуждения ENE II = определяется по полиному (14), номинальный маг- нитный поток nomaΦ – по (15) при nomaa kk = , nomoo Φ=Φ и aNa II = . Если soo Φ≤Φ , то прини- мается 0=ak . РЕГУЛИРОВОЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ Номинальный ток возбуждения достигается при 03 =R , то есть E E EN R U I = . (17) Верхний предел maxR3 сопротивления реостата 3R в цепи обмотки возбуждения выбираются из ус- ловия, что ток возбуждения регулируется от ENI до ENIE Ik min , где minIEk − коэффициент допустимого снижения тока возбуждения (например, 40,k minIE = ). Тогда из соотношения на основании закона Ома max3 min RR U Ik E E ENIE + = с учетом (17) в итоге min min max3 )1( IE IEE k kR R −⋅= . (18) В цепи обмотки якоря верхний предел суммарно- го сопротивления реостатов maxadR определим по условиям пуска и регулирования частоты вращения. Пусковой ток якоря из (11) при 0=Ω и при но- минальном напряжении ограничим условием 28 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №6 aNIa ada bN a Ik RR dUU I ⋅≤ + ⋅−= 1 max 1 2 , (19) где aN a Ia I I k 1 1 = − допустимая кратность пускового тока, например 21 =Iak . После преобразований получаем из (19) a aNIa bN ad R Ik dUU R − ⋅ ⋅−= 1 max 2 . (20) Для реостатного регулирования зададим условие, что при NUU = , nomaa Φ=Φ и NMnomem MkM = возможно снижение Ω до нуля, где можно принять кратность момента на валу, например, 50,kMnom = . Тогда из формулы (11) aE aadab c IRRdUU Φ ⋅+−⋅−=Ω )(2 (21) и с подстановкой aI из (5) и указанных величин a NMnom nomaEbN ad R Mk cdUU R − ⋅ Φ⋅⋅⋅− = )2( max . (22) Из (20) и (21) надо выбрать большее значение и это сопротивление maxadR распределить так, чтобы 1R давало основную часть регулирования, а 2R − более тонкую регулировку. Напряжение U , подаваемое на якорную цепь ДПТ, должно регулироваться автотрансформатором Т в пределах от нуля до NU, ⋅11 с допустимым запасом. Тормозной момент (10) может регулироваться изменением тока возбуждения YI посредством изме- нением сопротивления YdR реостатами грубой 4R и точной 5R регулировки. Наибольший ток YI при 0=YdR примем как номинальный: Y Y YN R U I = . Для определения приемлемого коэффициента эффективности тормоза Mlk зададим условие: при токе YNI и минимальной угловой скорости вращения Nk Ω=Ω Ω min (23) обеспечивается момент сопротивления NMlml MkM = , (24) где minΩk , Mlmk − коэффициенты минимальной кратности угловой скорости и максимальной кратно- сти момента нагрузки (например, 1,0min =Ωk и 2=Mlmk ). Тогда из (10) подстановкой (23) и (24) и YNY II = получается искомый коэффициент NYN NMlm Ml Ik Mk k Ω = Ω 2 min . (25) Наибольшее значение сопротивления YdR при минимальном токе max min YdY Y Y RR U I + = определим из условия, что при NΩ=Ω момент вращения можно довести до NMll MkM min= , (26) где minMlk − коэффициент минимальной кратности момента нагрузки (например, 05,0min =Mlk ). С учетом отмеченного, из (10) получается иско- мое сопротивление предельной регулировки Y NMl NMl YYd R Mk k UR −Ω= min max . (27) Естественно, что при разомкнутом ключе Q3 (рис.1) YI и lM должны быть нулевыми. АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК ДПТ С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ Алгоритм на основе представленной математи- ческой модели ДПТ должен отрабатывать любое его состояние при выставленных значениях напряжения U , сопротивлений якорной цепи adR и цепи обмотки возбуждения 3R и при изменяющемся моменте на- грузки lM (10) – регулировкой тока возбуждения 54 RRR U I Y Y Y ++ = (28) электромагнитного тормоза сопротивлением YdR . По сопротивлению реостата 3R определяется ток возбуждения ДПТ 3RR U I E E E + = и по (14) вычисля- ются соответствующий магнитный поток холостого хода oΦ и коэффициент учета реакции якоря ak (16). Току YI (28) соответствует тормозной момент lM (10), для которого должны установиться баланс моментов (6) и угловая скорость Ω (13). Найти эту величину можно при известных значениях магнитно- го потока aΦ (15) и тока якоря aI (11), а также надо знать ldM (6), для чего в (8) и (9) необходимы также aΦ и Ω . В такой ситуации задачу определения Ω по формуле (13) надо решать итерационным путем. Для первого шага зададим приближенно aNa I,I ⋅= 50 и определим aΦ по (15), Ω по (21), admagP (8), mecP (9) и ldM по (7). После этого мож- но начать основной итерационный цикл. Определяем Ω по (13) (это будет kΩ , где k − номер текущей итерации), а затем ток якоря aI по (11), магнитный поток aΦ (15) и ldM по совокупно- сти формул (7)−(9). Теперь можно вновь определить Ω (13) (это будет итерационное значение 1+Ωk ). Итерационный цикл можно контролировать по относительному изменению N kkabs d Ω Ω−Ω =Ω + )( 1 . (29) Если заданная точность maxΩ≤Ω dd не достиг- нута, то надо повторить итерационный цикл ( maxΩd − допустимое относительное рассогласование, напри- мер, 001,0max =Ωd ). Опыт расчетов показал, что обычно достаточно 2−3 итераций. ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №6 29 Если условие maxΩ≤Ω dd выполнилось, то можно переходить к досчету и выдаче следующих необходимых результатов: частота вращения якоря Ω⋅= π Ω= 5499 30 ,n ; (30) ток якоря aI по (11), магнитный поток aΦ (16), ldM по (7)-(9), aE (4), emM (5); электромагнитная мощность aaemem IEMP =Ω= ; (31) полезная − выходная мощность admagmecemoemout PPPPPP −−=−= ; (32) вращающий момент на валу Ω=−= out leml PdMMM ; (33) потребляемая мощность ДПТ EEain IUIUP ⋅+⋅= ; (34) коэффициент полезного действия in out P P=η ; (35) напряжение непосредственно на зажимах якоря baaaaada dUIREIRUU 2++=−= . (36) РАСЧЕТНЫЙ ВАРИАНТ ДПТ Для практической реализации виртуального стенда и для тестовых расчетов за основу взят ДПТ, рассчитанный в [6] с параметрами (обозначения даны выше): 7500=NP Вт; NU =220 В; Nn =1500 об/мин; 8660,N =η ; =aNI 37,7 А; aR =0,31 Ом; =ENI 1,73 А; EU =220 В; ER =127 Ом; bdU =1 В; 4127,P nadmag = Вт; 102=nommecP Вт, NΩ =157,1 рад/с; =NM 47,75 Н·м. Заданы также упоминавшиеся выше значения от- носительных величин и коэффициентов: Φd , minIEk , sk Φ , 1Iak , Mnomk , minΩk , Mlmk , minMlk , maxΩd , а также рассчитаны по уже известным формулам 9,164=Ec рад-1; 1913 =maxR Ом; 12max =adR Ом; 190max =YdR Ом; 5101121 −⋅= ,kan Вб/А; 24320,kMl = Н·м·с/А2. Кривая намагничивания была аппроксимирована двумя полиномами вида (14) и воспроизведена на рис.4. Их действие разграничено значением тока воз- буждения =EI 1 А. До этой точки имеет место поли- ном при К=5 с коэффициентами v1=0,0064557; v2=0,006353; v3=-0,021614; v4=0,024371; v5=-0,009190, за этой точкой – при К=5 с коэффициентами v1=0,105465; v2=-0,549699; v3=1,252823; v4=-1,525404; v5=1,077150; v6=-0,444009; v7=0,099399; v8=-0,009355. Тогда по (14) и (15) значения магнитного потока nomoΦ =8,4 мВб; nomaΦ =8,0 мВб; =Φ so 3,4 мВб. В итоге на основе сформулированной математиче- ской модели и по представленному алгоритму был про- веден целый ряд тестовых расчетов, которые подтверди- ли их работоспособность и эффективность. На рис. 5 показан один из примеров рабочих характеристик ДПТ, где представленные величины даны в безразмерной форме с очевидными их базовыми значениями. Рис.4. Магнитная характеристика ДПТ aN a I I,50 η N in P P Nn n N out P P N l M M 0 40,20, 60, 80, 01, 21, 41, 20, 40, 60, 80, 01, 21, Рис.5. Рабочие характеристики ДПТ ВИРТУАЛЬНЫЙ СТЕНД С ДПТ Практической реализация виртуального стенда с ДПТ выполнена на основе принципиальной электри- ческой схемы, представленной на рис.1. Виртуальный ДПТ в процессе сборки этого стенда показан на рис.6. Рис. 6. Виртуальный ДПТ с электромагнитным тормозом Общий вид готового стенда представлен на рис. 7 одним из фиксированных "снимков" лаборатории на экране компьютера. Здесь видны приборная панель, регулировочные реостаты и монитор, на экране кото- рого дублируются в цифровой форме значения изме- ряемых величин. Таких фиксированных снимков можно сделать множество, как и в реальной лабора- тории. Помещение ВЭМЛ, виртуальный стенд, иссле- дуемое устройство ТАД и прочее оборудование 30 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №6 внешне представлены полноцветной динамической графической трёхмерной моделью, которая, с помо- щью специальных программных модулей (интеракто- ров) может быть полностью управляема [3,8]. Рис. 7. Общий вид виртуального стенда с ДПТ По ВЭМЛ можно перемещаться (в темпе движе- ния человека) посредством зарезервированных кла- виш на клавиатуре в совокупности с курсором на эк- ране компьютера и "мыши". Можно подойти в любую точку помещения, к самим стендам и на воображае- мом уровне досягаемости рукою включать и выклю- чать аппаратуру, регулировать напряжение, изменять положения переключателей, ползунков реостатов и осуществлять прочие действия - вплоть до перемеще- ния предметов. Так на рис.8 показан вид с открытыми оператором, работающим в ВЭМЛ, решетками, за- щищающими коллектор и блок питания ДПТ. Рис. 8. Элементы стенда, открытые для их осмотра Изменяя состояние графической модели на экра- не монитора, пользователь изменяет состояние систе- мы математических моделей. Под этой системой сле- дует понимать связанные через специальные proxy- функции программные модули, которые отвечают за моделирование физических процессов (наблюдаемых и только регистрируемых), поведения объектов вир- туального мира, откликов на действия пользователя (в том числе и такие, которые являются запрещенными или опасными при работе с реальными объектами). Так, например, при токовых перегрузках возникает искрение на коллекторе, а в критических ситуациях – даже "круговой огонь". При прикосновении к элемен- там, находящимся под напряжением, имитируются звуковые и зрительные эффекты, которые испытывает человек при токовом ударе. Все моделируемые процессы в ВЭМЛ сопровож- даются воспроизведением характерными для работы ДПТ звуками, по тональности которых можно оцени- вать правильность его работы. Предусмотрено все для полного объема "экспе- риментальных" исследований различных параметров и характеристик электротехнических устройств в раз- нообразных режимах. В том числе можно снять лю- бые рабочие и регулировочные характеристики, в том числе и уже показанные на рис.5. Встраиваются в ВЭМЛ и средства развлечения: при работе можно включить находящийся в ней плеер и прослушивать выбранные мелодии, можно полюбо- ваться рыбками, плавающими в аквариуме, видом за окном и т.д. В итоге можно констатировать, что внедрение ВЭМЛ в учебный процесс и исследовательскую дея- тельность открывает перед ее пользователями новые – еще неизведанные перспективы. А сами разработан- ные математическая модель и алгоритм могут быть использованы не только в ВЭМЛ, но и для других целей исследовательского и учебного характера. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Милых В.И., Майстренко А.М. Концепция электрома- шинной виртуальной лаборатории и первые этапы ее во- площения // Электромашиностроение и электрооборудова- ние.– Киев: "Техника", 2006.-Вип.66.-С.217-218. 2. Byrne C. Virtual Reality and Education. // University of Washington, Human Interface Technology Laboratory of the Washington Technology Center, Seattle, WA. Technical Publi- cation 2002. -R-93-6. 3. Милых В.И., Майстренко А.М. Виртуальная реальность и принципы разработки виртуальной лаборатории трансфор- маторов и электрических машин.// Електротехніка і електромеханіка.-2007.-№2.-С.74-81. 4. Мілих В.І., Майстренко О.М. Результати розробки базо- вого комплексу віртуальної електромашинної лабораторії // Електроінформ.-Львів.-2007.-№4.-С.21-23. 5. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978.- 832 с. 6. Копылов И.П., Горяинов Ф.А., Клоков Б.К. и др. Проек- тирование электрических машин. / Под ред. И.П.Копылова - М.: Энергия, 1980.- 496 с. Поступила 17.08.2009 Милых Владимир Иванович, д.т.н., проф., Майстренко Алексей Михайлович Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт" Украина, 61002, Харьков, ул. Фрунзе, 21, НТУ "ХПИ", кафедра "Электрические машины" тел. (057) 707-65-14; e-mail: mvikpi@kpi.kharkov.ua; сайт: http://users.kpi.kharkov.ua/kem/ V.I .Milykh, A.M. Maistrenko A direct current motor mathematical model for a research virtual bench and its practical realization A direct current motor mathematical model and its realization algorithm for a research virtual bench are considered. A princi- pal schematic and a graphical model of the research bench are given, performance characteristics of the motor placed in the virtual laboratory are obtained. Key words – virtual reality, virtual reality hardware, electric machine, direct current motor, mathematical model, virtual laboratory, virtual reality toolkit
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143252
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	2074-272X
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T18:34:11Z
publishDate	2009
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
record_format	dspace
spelling	Милых, В.И. Майстренко, А.М. 2018-10-27T14:15:18Z 2018-10-27T14:15:18Z 2009 Математическая модель двигателя постоянного тока для исследовательского виртуального стенда и ее практическая реализация / В.И. Милых, А.М. Майстренко // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 6. — С. 25-30. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143252 621.313 Представлены математическая модель двигателя постоянного тока и алгоритм ее реализации применительно к виртуальному исследовательскому стенду этого двигателя. Показаны схема и графическая модель стенда, а также рабочие характеристики двигателя, полученные в виртуальной лаборатории, в которой он расположен. Представлені математична модель двигуна постійного струму і алгоритм її реалізації стосовно віртуального дослідницького стенду цього двигуна. Подані схема і графічна модель стенду, а також робочі характеристики двигуна, отримані у віртуальній лабораторії, в якій він розташований. A direct current motor mathematical model and its realization algorithm for a research virtual bench are considered. A principal schematic and a graphical model of the research bench are given, performance characteristics of the motor placed in the virtual laboratory are obtained. ru Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Електричні машини та апарати Математическая модель двигателя постоянного тока для исследовательского виртуального стенда и ее практическая реализация A direct current motor mathematical model for a research virtual bench and its practical realization Article published earlier
spellingShingle	Математическая модель двигателя постоянного тока для исследовательского виртуального стенда и ее практическая реализация Милых, В.И. Майстренко, А.М. Електричні машини та апарати
title	Математическая модель двигателя постоянного тока для исследовательского виртуального стенда и ее практическая реализация
title_alt	A direct current motor mathematical model for a research virtual bench and its practical realization
title_full	Математическая модель двигателя постоянного тока для исследовательского виртуального стенда и ее практическая реализация
title_fullStr	Математическая модель двигателя постоянного тока для исследовательского виртуального стенда и ее практическая реализация
title_full_unstemmed	Математическая модель двигателя постоянного тока для исследовательского виртуального стенда и ее практическая реализация
title_short	Математическая модель двигателя постоянного тока для исследовательского виртуального стенда и ее практическая реализация
title_sort	математическая модель двигателя постоянного тока для исследовательского виртуального стенда и ее практическая реализация
topic	Електричні машини та апарати
topic_facet	Електричні машини та апарати
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143252
work_keys_str_mv	AT milyhvi matematičeskaâmodelʹdvigatelâpostoânnogotokadlâissledovatelʹskogovirtualʹnogostendaieepraktičeskaârealizaciâ AT maistrenkoam matematičeskaâmodelʹdvigatelâpostoânnogotokadlâissledovatelʹskogovirtualʹnogostendaieepraktičeskaârealizaciâ AT milyhvi adirectcurrentmotormathematicalmodelforaresearchvirtualbenchanditspracticalrealization AT maistrenkoam adirectcurrentmotormathematicalmodelforaresearchvirtualbenchanditspracticalrealization

Математическая модель двигателя постоянного тока для исследовательского виртуального стенда и ее практическая реализация

Репозитарії

Схожі ресурси