Моделювання електромеханічних й електромагнітних пристроїв і систем

Мета вивчення дисципліни – вивчення сучасних методів моделювання процесів в електромеханічних системах і пристроях, систем автоматизованого електроприво-ду при вирішенні практичних задач аналізу та синтезу в галузі електромеханіки; методів розв’язування практичних задач, які виникають при створенні електромаг-нітних та електромеханічних пристроїв за допомогою спеціалізованого програмно-го забезпечення; опановувати нові методи та прикладне програмне забезпечення моделювання в електроінженерії.

Практичне значення та використання отриманих знань – здатність використову-вати основні методи моделювання при дослідженні процесів, які відбуваються в електромеханічних системах і в електромагнітних пристроях, в системах автомати-зованого електроприводу при вирішенні практичних задач аналізу та синтезу; для підвищення енергетичної ефективності процесів перетворення електричної енергії в механічну енергію і навпаки, для підвищення надійності та збільшення терміну експлуатації енергетичного, електротехнічного та електромеханічного обладнання.

Тематика та види навчальних занять

Для денної форми здобуття освіти

Лекційні заняття
Лекція №1. «Вступ до курсу. Огляд MATLAB та середовища Simulink».
Лекція №2. «Основи програмування в MATLAB».
Лекція №3. «Математичне моделювання лінійних систем».
Лекція №4. «Динамічний аналіз систем».
Лекція №5. «Основи електромагнетизму та рівняння Максвелла».
Лекція №6. «Чисельні методи для електромагнітних полів».
Лекція №7. «Моделювання статичних магнітних полів».
Лекція №8. «Моделювання електромагнітних пристроїв у Simscape».
Лекція №9. «Вступ до електромеханічних систем».
Лекція №10. «Моделювання двигунів постійного струму (ДПС)».
Лекція №11. «Моделювання асинхронних двигунів».
Лекція №12. «Моделювання синхронних двигунів».
Лекція №13. «Системи вимірювання та зворотного зв'язку».
Лекція №14. «Основи систем керування. ПІД-регулятори».
Лекція №15. «Підсумковий проект / Приклади реальних застосувань».

Лабораторні роботи
Лабораторна робота №1. «Вступ до середовища MATLAB та Simulink».
Мета заняття: ознайомитися з інтерфейсом програмного забезпечення MATLAB та Simulink, навчитися створювати прості скрипти та базові моделі електричних кіл.

Лабораторна робота №2 «Моделювання магнітних кіл та електромагнітів».
Мета заняття: застосувати принципи моделювання магнітних кіл, використовуючи аналогію з електричними колами, та промоделювати роботу простого електромаг-ніту.

Лабораторна робота №3 «Моделювання двигуна постійного струму».
Мета заняття: створити математичну модель двигуна постійного струму на основі диференціальних рівнянь та дослідити його статичні та динамічні характеристики.

Лабораторна робота №4 «Керування швидкістю двигуна постійного струму за до-помогою ПІД-регулятора».
Мета заняття: інтегрувати систему зворотного зв'язку та застосувати ПІД-регулятор для стабілізації швидкості двигуна постійного струму.

Лабораторна робота №5 «Моделювання асинхронного двигуна».
Мета заняття: ознайомитися з більш складною моделлю асинхронного двигуна, використовуючи готові бібліотечні блоки Simscape Electrical.

Лабораторна робота №6 «Частотне керування асинхронним двигуном».
Мета заняття: реалізувати систему векторного або скалярного частотного керуван-ня асинхронним двигуном для регулювання швидкості.

Лабораторна робота №7 «Підсумковий проєкт: Моделювання системи електротра-нспорту».
Мета заняття: застосувати всі отримані навички для моделювання комплексної електромеханічної системи – спрощеної моделі електромобіля.

Для заочної форми здобуття освіти

Лекційні заняття
Установча лекція №1. «Вступ до курсу. Огляд MATLAB та середовища Simulink».

Установча лекція №2. «Основи програмування в MATLAB».

Лабораторні роботи
Лабораторна робота №1. «Вступ до середовища MATLAB та Simulink».
Мета заняття: ознайомитися з інтерфейсом програмного забезпечення MATLAB та Simulink, навчитися створювати прості скрипти та базові моделі електричних кіл.

Консультації здійснюються впродовж семестру згідно встановленого розкладу.

6 Індивідуальна робота

Для денної форми здобуття освіти

Розрахунково-графічна робота
Мета розрахунково-графічної роботи: набуття практичних навичок у розробці математичних моделей електромеханічних систем, у проєктуванні систем автома-тичного керування на базі ПІД-регуляторів у середовищі MATLAB/Simulink, а та-кож у дослідженні та в аналізі перехідних процесів.
Здобувач освіти отримує завдання на першому в семестрі практичному занятті.
Пояснювальна записка містить 30-35 сторінок. Кількість розділів – 8. Графічна ча-стина – немає.
Змістовна послідовність виконання розрахунково-графічної роботи:
1. Розробка математичної моделі двигуна постійного струму».
2. Реалізація моделі в Simulink.
3. Дослідження роботи двигуна постійного струму без навантаження та з наванта-женням.
4. Розробка системи автоматичного регулювання швидкості валу двигуна постій-ного струму.
5. Налаштування ПІД-регулятора .
6. Дослідження роботи системи автоматичного регулювання швидкості валу дви-гуна постійного струму у динамічних режимах.
7. Аналіз результатів моделювання роботи системи автоматичного регулювання швидкості валу двигуна постійного струму у динамічних режимах.
Захист розрахунково-графічної роботи – на останньому навчальному тижні семе-стру.

Для заочної форми здобуття освіти

Розрахунково-графічна робота
Мета розрахунково-графічної роботи: набуття практичних навичок у розробці математичних моделей електромеханічних систем, у проєктуванні систем автома-тичного керування на базі ПІД-регуляторів у середовищі MATLAB/Simulink, а та-кож у дослідженні та в аналізі перехідних процесів.
Здобувач освіти отримує завдання на першому в семестрі практичному занятті.
Пояснювальна записка містить 30-35 сторінок. Кількість розділів – 8. Графічна ча-стина – немає.
Змістовна послідовність виконання розрахунково-графічної роботи:
1. Розробка математичної моделі двигуна постійного струму».
2. Реалізація моделі в Simulink.
3. Дослідження роботи двигуна постійного струму без навантаження та з наванта-женням.
4. Розробка системи автоматичного регулювання швидкості валу двигуна постій-ного струму.
5. Налаштування ПІД-регулятора .
6. Дослідження роботи системи автоматичного регулювання швидкості валу дви-гуна постійного струму у динамічних режимах.
7. Аналіз результатів моделювання роботи системи автоматичного регулювання швидкості валу двигуна постійного струму у динамічних режимах.
Захист розрахунково-графічної роботи – під час залікової сесії.

Контрольна робота
Завдання для виконання контрольної роботи здобувач отримує на установчій лекції.
Робота містить 20 тестових теоретичних питань, та 3 задачі.
Обсяг відповіді на 20 тестових теоретичних питань не менше 2 сторінок ма-шинописного тексту. Обсяг відповіді на 3 задачі має бути не менше, ніж 5 сторінок машинописного тексту. 
Термін надання виконаної контрольної роботи на перевірку – не пізніше, ніж за місяць до початку сесії.

7 Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання 

Для денної форми здобуття освіти
Поточний контроль полягає у виконанні
1) 7 поточних завдань за тематикою лабораторних робіт, кожне з яких оцінюється у 5 балів. 
2) розрахунково-графічної роботи. Бездоганне виконання оцінюються  у 10 балів. Захист роботи – 5 балів.
3) двох модульних контрольних робіт. Модульні контрольні роботи складаються з теоретичної і практичної частин та проводяться у формі комп’ютерного тестуван-ня. Бездоганне виконання кожної модульної контрольної роботи становить 25 ба-лів.
Підсумковий контроль – залік. Максимальна оцінка, яку може отримати здобувач освіти – 100 балів. Для отримання заліку достатньо 60 балів.

Для заочної форми здобуття освіти
Поточний контроль полягає у виконанні
1) виконання практичного завдання за тематикою практичних занять, яке оціню-ється у 20 балів. 
2) розрахунково-графічної роботи. Бездоганне виконання розрахунково-графічної роботи оцінюються  у 20 балів. Захист роботи – 10 балів.
3) контрольної роботи. Контрольна робота складається з теоретичної і практичної частин. Бездоганне виконання та захист контрольної роботи становить 50 балів.
Підсумковий контроль – залік. Максимальна оцінка, яку може отримати здобувач освіти – 100 балів. Для отримання заліку достатньо 60 балів.