Lab_3.doc

I.  Przebieg ćwiczenia

W trakcie ćwiczenia zostaną zrealizowane następujące punkty:

·         „Upgrade” pliku obliczeniowego dla określenia wpływu prądu na wyniki dotyczące indukcyjności cewki.

·         Prezentacja wyników w programie Matlab i ich analiza graficzna.

·         Wykonanie modelu elektromagnesu w programie SIMULINK (przy założeniu liniowości obwodu magnetycznego).

·         Określenie dopuszczalności zastosowania takiego modelu na podstawie wyników obliczeń polowych.

1.       Obliczenia z udziałem LUA

1.1.              Plik skryptowy z ćwiczenia 2 należy rozszerzyć do postaci przedstawionej poniżej. Pozwoli to na uzyskanie wyników w funkcji prądu i położenia, co umożliwi w późniejszym czasie wykonanie modelu elektromagnesu w programie SIMULINK (nakładka MATLAB’a) w formie schematu blokowego.

-- Obliczenia dla modelu elektromagnesu

open("EM.fem")

mi_saveas("temp.fem")

handle = openfile("wyniki_n.dat","w")              -- otwarcie pliku

dz=0.05                            -- przesunięcie o 0.05 cala w każdym kroku

n_loc=21              -- liczba położeń

for krok=0, n_loc-1, 1 do

              mi_seteditmode("group")

              -- wybieramy zworę

              mi_selectgroup(1)

              if (krok>0) then

                            mi_movetranslate(0,dz)             

              end

              I_max=2                                          -- prad maksymalny

              n_prad=10                            -- liczba prądów

              di=I_max/n_prad                            -- przyrost prądu

              for tok=1 , n_prad , 1 do

                            curr=tok*di                                                        -- wartość prądu

                            mi_modifycircprop("Cewka",1,curr)              -- zmiana prądu cewki

                            mi_analyze()

                            mi_loadsolution()

                            -- Wyznaczenie sily dzialajacej na zworę

                            mo_groupselectblock(1)

                            sila_p=mo_blockintegral(19)

                            mo_clearblock()

                            -- Wyznaczenie sily dzialajacej na cewke - met.sily Lorenza

                            mo_groupselectblock(2)

                            sila_l=mo_blockintegral(12)

                            mo_clearblock()

                            -- Wyznaczenie parametrów cewki

                            prad,napiecie,strumien=mo_getcircuitproperties("Cewka")

                            -- Wpisanie wynikow do pliku

                            przes=krok*dz

                            write(handle,przes,"    ",prad,"    ",strumien,"    ",sila_p,"   ",sila_l,"   ","\n")

                            mo_close()

              end

end

closefile(handle)

-- koniec skrypu LUA

1.2.              Skopiowanie go do katalogu w którym znajduje się model „EM.fem” pod nazwą „obliczenia.lua”

1.3.              Sprawdzenie pliku „EM.fem” który powinien posiadać warunek ABC (ćw.1) zadany na brzegu.

1.4.              Zredukować szczelinę między rdzeniem a zworą do 0,05 cala.

1.5.              Wczytanie pliku „obliczenia.lua” do programu przy użyciu opcji „Open Lua Script”  z menu „File”

1.6.              W wyniku wykonania powyższego skryptu w katalogu aktualnym powstanie plik tekstowy „wyniki_n.dat” zawierający wszystkie dane niezbędne do opisu elektromagnesu.

2.      
Skrypty MATLAB’A

2.1.              Wybierz z Programów w menu Start program MATLAB. Otwiera to okno programu z pustym oknem komend (Command Window), wykazem zmiennych w przestrzeni roboczej (Workspace) oraz historą (Command History). Pozwala ono na wprowadzanie komend, wyświetlanie wyników etc.

2.2.              W rzeczywistości okno komend służy głównie do wyświetlania wartości zmiennych etc. W celu realizacji obliczeń wykorzystujemy skrypty, Są one plikami tekstowymi w których wpisujemy komendy i instrukcje MATLAB’a. Służy do tego specjalny Edytor skryptów który można uruchomić w menu rozwijalnym funkcją New/M-file lub ikoną w pasku narzędzi

2.3.              W celu wykorzystania programu MATLAB do obróbki danych otrzymanych uprzednio z programu FEMM należy utworzyć następujący plik w edytorze. Należy podkreślić iż w każdej chwili w trakcie wpisywania można wykonać już utworzoną część pliku korzystając z komendy Debug / Run z menu rozwijalnego. Przed wykonaniem jej po raz pierwszy należy upewnić się czy znajdujemy się we właściwym katalogu w którym jest plik „wyniki_n.dat”. Plik najlepiej od razu zapisać pod nazwą „FEMM.m” gdzie rozszerzenie *.m jest standardowym.

% Wczytanie i prezentacja wyników z FEMM

load -ascii 'wyniki_n.dat'     % Wczytanie wyników z FEMM'a do macierzy "wyniki_n"

wyn_femm=wyniki_n;             % Przepisanie wyników do innej macierzy

% Definicja pomocniczych parametrów

n_prad=10;

n_loc=21;

prad=linspace(0.2,2,n_prad);    %  linespace(i_min,i_max,n_i) - tworzy wektor                                                                                     % prądów jak w FEMM

loc=linspace(0.05,1,n_loc);   %  linespace(x_min,x_max,n_p) - tworzy wektor położeń                                                                       % jak w FEMM

loc=loc*0.0254;              % w [m]

[XX,II]=meshgrid(loc,prad);    % Utworzenie macierzy opisującej punkty dla których

% wyznaczono siłe i strumień

Sila=zeros(size(II));         % Utworzenie macierzy dla wartości siły i strumienia

Strumien=Sila;                  % (na razie wypełnione 0-rami)

% Teraz trzeba to przepisać ...

  wiersz=0;

  for x=1:n_loc,        % po położeniu

    for i=1:n_prad,     % po prądzie

      wiersz=wiersz+1;      % numer wiersza w macierzy "wyn_femm"

       Strumien(i,x)=wyn_femm(wiersz,3);  % Wartość strumienia w 3-ciej kolumnie

       Sila(i,x)=wyn_femm(wiersz,4);    % Wartość siły w 4-ciej kolumnie

    end

  end

% Wydruk wyników

figure;

mesh(II,XX,Sila)

    xlabel('PRAD i [A]');

    ylabel('POLOZENIE x [m]');

    zlabel('SILA [N]');

    title(['SILA']);

figure;

mesh(II,XX,Strumien)

figure;

% Wyznaczenie wartości indukcyjności

Ind=Strumien./II;

mesh(II,XX,Ind)

2.4.              Korzystając z przykładu proszę uzupełnić rysunki przedstawiające strumień i indukcyjność o opis.

2.5.              Określiś zakres pracy w którym można przyjąć założenie o liniowości obwodu magnetycznego.

3.       Praca własna

3.1.              Przygotować układ równań opisujących elektromagnes przy założeniu że zwora jest zamocowana na sprężynie o stałej sprężystości K i położeniu martwym x0 z tłumikiem o tłumieniu B (Rys.1) oraz że pomijamy zjawisko nasycenia obwodu magnetycznego.

Rys.1 Elektromagnes

3.2.              Obliczyć parametry różniczkowe , elektromagnesu korzystając z funkcji „gradie...