Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Разработка алгоритма и программы расчета электрической цепи

Введение

подпрограмма алгоритм электрический цепь

В настоящее время скорость и качество выполнение технологических процессов тесно связано с применением электронной техники, преимущественно электронных вычислительных машин. Поэтому при подготовке высококвалифицированных специалистов отдельное время должно отводиться на изучение ЭВМ. Инженер должен не только уметь работать на ЭВМ, но и знать основы программирования на алгоритмических языках, уметь применять эти навыки при решении различных задач, моделировании энергетических процессов и т.д.

Задачей курсового проекта является углубление знаний студента в области Фортрана, а также приобретения навыков алгоритмизации и моделирования различных процессов. Это позволит студентам применять средства вычислительной техники в дальнейшем, а также, с помощью навыков алгоритмизации, позволит упростить свою работу.

1. Постановка задачи

Требуется составить программу, позволяющую:

а) сопоставить изменение токов в любых частях схемы, вычисленные мгновенные значения использовать для вычисления действующих значений соответствующих токов;

б) сопоставить изменение напряжения на зажимах схемы U_АД и напряжений на любых конденсаторе (U_Cx) и индуктивности (U_Lx) исследуемой цепи, вычисленные мгновенные значения использовать для вычисления действующих значений соответствующих напряжений;

в) исследовать влияние изменения произвольного параметра Q от значения Q1 до Q2 на действующие значения токов и напряжений на элементах из пункта б.

Закон изменения напряжения на зажимах схемы AD:

.

Данные для расчёта варианта №46 представлены в таблице 1.1. Исходная расчётная схема имеет вид, представленный на рисунке 1.1.

Таблица 1.1. Исходные данные

Рисунок 1.1. Расчётная схема электрической цепи (вариант 46)

Рисунок 1.2. Расчётная схема электрической цепи (вариант 33)

Данные для расчёта варианта №33 представлены в таблице 1.2. Исходная расчётная схема имеет вид, представленный на рисунке 1.2.

Таблица 1.2. Исходные данные

2. Методика расчета электрической цепи

Индуктивное сопротивление катушек индуктивности L₁:

Индуктивное сопротивление катушек индуктивности L₂:

Индуктивное сопротивление катушек индуктивности L₃:

Емкостное сопротивление конденсаторов С₁:

Емкостное сопротивление конденсаторов С₂:

Емкостное сопротивление конденсаторов С₃:

Емкостное сопротивление конденсаторов С₄:

Рассчитываем сопротивление отдельных участков схемы.

Сопротивления 1-7 ветвиУ

Сопротивление участка EС:

Сопротивление участка BE:

Полное сопротивление цепи AD:

Максимальное значение тока всей схемы:

Максимальное значение тока в седьмой ветви схемы:

Так как через последовательно подключенные элементы протекает один и тот же ток, то амплитудное значение напряжения на участке AC:

Значения амплитудных токов в ветвях 2-7 рассчитываются с помощь закона Ома в виде:

Амплитудное значение напряжения на конденсаторе C₁:

Амплитудное значение напряжения на катушке L₁:

Находим углы сдвига в неразветвленной части цепи и ее ветвях. Для нахождения этих углов определяется вещественная (Re) и мнимая (Im) части комплексного сопротивления искомого участка. В зависимости от этих величин углы сдвига фаз между током и напряжением в ветвях равны:

Закон изменения тока в электрической цепи и ее ветвях имеет вид:

Законы изменения напряжения на конденсаторе C₁ и катушке L₁:

Действующие значения токов в цепи и ее ветвях находим по формуле:

Действующие значения напряжений в цепи и ее ветвях находим по формуле:

2.1 Использование библиотеки стандартных подпрограмм

Для реализации вывода всех графиков в программе была применена подпрограмма GRAFIK

Стандартная подпрограмма GRAFIK имеет девять параметров:

V, W, X, Y, Z, R - массивы значений исследуемых функций;

N - размерность массивов;

K - количество позиций для вывода графиков (если вывод осуществляется на широкую печать (АЦПУ), то K128, если на принтер, то K80);

NU - номер логического устройства для вывода графиков.

Вызов этой подпрограммы осуществляется следующим оператором: CALL GRAFIK (V, W, X, Y, Z, R, N).

3. Описание алгоритма

3.1 Алгоритм главной программы

Описание переменных.

Ввод исходных данных (численных значений элементов электрической цепи и др.) из файла ZADANIE2.DAT для 46 варианта и ZADANIE1.DAT для 33 варианта.

Описание массивов и переменных.

Присвоение и расчет констант (р, фазовая частота, период).

Расчет комплексных сопротивлений элементов, ветвей и цепи.

Расчет токов и напряжений.

Нахождение углов сдвига фаз токов и напряжений с помощью подпрограммы FAZ.

Вычисление мгновенных значений токов и напряжений в ветвях 1-7 и на зажимах исследуемых элементов, формирование массивов мгновенных значений.

Вывод мгновенных значений токов и напряжений в виде таблицы в файл REZULTATY.DAT.

Расчет действующих значений токов и напряжений с помощью подпрограммы T1.

Вывод действующих токов и напряжений в файл REZULTATY.DAT.

Вывод графиков мгновенных значений токов и напряжений с помощью подпрограмм grafik и grafik1 соответственно.

Расчет переменных значений, для определения влияния изменения параметра Q на элементы C₁ и L₁ для 46 варианта и на элементы C₃ и L₂ для 33 варианта.

Расчет мгновенных токов и напряжений на исследуемых элементах.

Вычисление действующих значений токов и напряжений на элементах C₁ и L₁ для 46 варианта и C₃ и L₂ для 33 варианта.

Вывод графиков действующих значений токов и напряжений в зависимости от параметра Q на элементах C₁ и L₁ для 46 варианта и на элементах C₃ и L₂ для 33 варианта, а также на зажимах АД, используя подпрограмму grafik1. Вывод таблицы действующих значений тока и напряжения на элементах в зависимости от влияния параметра Q.

3.2 Алгоритм подпрограммы вычисления определённого интеграла методом прямоугольников

Описание переменных.

Вычисляется H = T/N, где H - шаг интегрирования; T - период;

N - число разбиений периода синусоидальной функции.

Очистка ячеек, где будут накапливаться значения.

Вычисление суммы членов массива M начиная с первого и заканчивая N элементом.

Вычисление значения определённого интеграла по известной формуле.

Конец (возврат в точку вызова).

3.3 Алгоритм подпрограммы вычисления угла сдвига фазы между током и напряжением

Описываем переменные.

Проверяем значения переменных.

Вычисляем угол сдвига фаз исходя из условий.

Конец (возврат в точку вызова).

3.4 Алгоритм подпрограммы вычисления минимального и максимального значения функции

Минимальному и максимальному значению присваиваем первые значения первого массива.

Сравниваем значения массивов с минимум и максимум, и заменяем в случае выполнения условия.

Конец (возврат в точку вызова).

4. Таблица идентификаторов

Обозначения параметров кода программы (приложение А) сведем в таблицу идентификаторов (таблица 2).

Таблица 2. Таблица идентификаторов

5. Анализ результатов

При выполнении отладки программы (приложение А) были выявлены некоторые синтаксические и логические ошибки. Синтаксические ошибки находились на этапе трансляции программы, их исправление заключалось во внесении в программу необходимых изменении и дополнений. Логические ошибки определялись при выполнении проверочных расчетов. Для этого вводились в программу дополнительные операторы, позволяющих находить значения некоторых параметров электрической цепи, которые легко проверяемых по законам Ома и Кирхгофа и другим известным методам расчёта электрических цепей. Для получения значений этих параметров вводилась отладочная печать.

Результаты расчётов представлены в приложении Б.

Для проверки программы был выполнен параллельны расчет поставленной задачи с помощью MathCAD. Небольшое расхождение результата объясняется различным округлением результатов, однако можно утверждать о правильности решения поставленной задачи.

Заключение

При выполнении данной курсовой работы была составлена программа расчета электрической цепи на языке FORTRAN, которая отлажена на ЭВМ, получены результаты расчёта, представленные в виде таблиц и графиков.

В процессе программирования разработана подпрограмма для расчета действующих значений синусоидальных величин токов и напряжений по их мгновенным значениям.

Составленная программа может быть использована для исследования параметров идентичной электрической цепи. Такое ограниченное использование является недостатком данной программы.

В целом выполнение курсовой работы позволило углубить знания по программированию в целом, а в частности на языке FORTRAN.

Список использованных источников

1 Фурунжиев Р.И. Вычислительная техника ? практикум. - М.: Высшая школа, 1985.

2 Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальностей 1-43 01 01 «Электрические станции», 1-53 01 04 «Автоматизация и управление энергетическими процессами» / сост. В.А. Булат, Е.А. Дерюгина, П.И. Климкович. - Минск: БНТУ, 2007.

3 Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. - М.: Высшая школа, 1978.

4 Павловец В.В. Информатика: Программирование на Фортране. - Минск: Асконто, 2006.

5 [Электронный ресурс] / Франц Ульрих Теодор Эпинус /. - Электрон. дан. - Режим доступа http://www.persons-info.com/persons/KHEFNER-ALTENEK_Fridrikh_fon/. - Загл. с экрана. - Яз. рус.

Размещено на Allbest.ru