芻議繼電控制系統仿真技術

摘 要：繼電控制系統因其控制裝置相對簡單、控制動作可靠等優勢廣泛應用于電器控制領域，是一種較早采用的控制系統。為更好地對繼電控制系統進行設計、維護，保障繼電控制系統的正常運行，對繼電控制系統的功能分析工作必不可少。繼電控制系統仿真技術是提高繼電控制系統穩定性的重要途徑，可極大提高研究人員的工作效率，對繼電控制系統的發展具有劃時代的意義。

關鍵詞：繼電控制系統；仿真技術

一、系統仿真技術的定義

系統是指內部聯系緊密并按某種規律緊密結合、與其他事物相對獨立的整體，它能夠實現某一特定功能，展現某種特性。為了更好地對系統進行分析、研究和設計，對系統試驗測試主要采取兩種方案：一種是直接對真實系統進行測試，但這種方案往往因為諸多原因不能施行；另外一種是構造模型，按照真實系統設計并進行試驗，這種方法簡單有效，這種方法即系統仿真技術[1]。系統仿真技術就是指為分析研究問題，構建真實系統模型并對模型進行試驗、分析并作出結論的過程，是一種間接研究方法。

系統仿真主要分類有以下幾種：

（1）按模型分類。物理仿真。根據真實系統的物理特性構造物理模型，對物理模型進行試驗。數學仿真。根據真實系統的數學關系構造數學模型，對數學模型進行試驗。這種仿真經濟、簡單，計算機的發展為其提供了有力的支持。由于數學仿真必須在計算機上完成，因此數學仿真又稱計算機仿真。物理-數學仿真。在系統研究過程中，結合數學模型和物理模型，參考實物進行的試驗。試驗中系統的某一部分被寫成數學模型并放到計算機上，另一部分就是進行物理模型構造（或對實物直接采用），并將他們組合成系統進行的試驗。（2） 按仿真時鐘和實際時鐘的比例關系分類。仿真時鐘控制系統動態模型的時間標尺，實際時鐘控制實際系統的時間標尺，兩者可以不同。實時仿真要求仿真時鐘與實際時鐘保持一致。欠實時仿真是指仿真時鐘慢于實際時鐘。超實時仿真是指仿真時鐘快于實際時鐘。（3） 按系統模型的特性分類。根據系統狀態量隨時間連續變化的系統構建的數學模型為連續系統仿真。這種技術是在計算機上進行的，其特點是可以通過一組方程式進行描述。對只在某一時間點由于隨機事件的發生而變化的系統狀態建立的數學模型為離散事件仿真。這種系統狀態量取決于不確定因素的數量。事件量之間的狀態量是保持不變的，即離散變化。數學方程很難對這類系統的數學模型進行描述，流程圖、網絡圖是常見的描述方法[2]。

二、系統仿真技術的流程

系統仿真技術是一種試驗性、研究性的技術，其實質就是結合情況建立仿真模型并進行仿真試驗，被直接應用于系統研究。仿真技術研究流程一般為以下三步：

第一，通過研究目的、系統先驗知識和試驗觀察數據對系統進行分析，確定系統組成要素及其狀態變量、參數之間的數學邏輯關系，從而建立研究對象的數學邏輯模型。這一階段我們稱之為建模技術。第二，根據仿真目的、計算機類型及原始數學邏輯模型的形式，把原始數學邏輯模型轉變成適合于計算機處理的仿真模型，這是仿真技術流程的重中之重，。這一階段我們稱之為建模方法學。 第三，試驗流程被設計好了以后，裝載模型并使之在計算機上運轉，在此過程中記錄模型運行中各變量變化的情況，分析運行結果，對模型進行驗證，最后得出結論。這一階段稱之為仿真試驗設計。

三、繼電控制系統仿真技術的關鍵點

仿真事件的傳播是實現繼電控制系統的必要條件，繼電控制系統仿真的兩個關鍵點：（1） 對繼電控制控制系統的各種聯系進行有效獲取；（2） 對繼電控制系統的事件進行仿真；通過對各種聯系的分析發現，獲取繼電控制系統的電氣信息相當困難，與之相關的努力也從未停止，在繼電控制系統中，事件的產生取決于電氣聯系，事件之間的相互聯系取決于非電氣聯系。仿真面臨的第一個問題是如何為事件時序確立合適的仿真模型。控制系統的仿真研究內容的主要是通過數學模型的建立及計算，編寫程序預算語句進而求解各個階段變量的變化情況，進而求得系統輸出所需的中間變量數據以及曲線等等，達到控制系統性能指標的分析和設計的目的。主要步驟為：建立繼電控制線路的數學模型，獲得參數值；建立系統的控制過程的數學模型；最后為仿真試驗的進行。

結語：繼電控制系統仿真技術的研究工作已經進行了很長一段時間，隨著科學技術的不斷發展，采用多種技術、運用多種控制方式，特別是結合計算機自動控制技術的方法已經成為繼電控制系統仿真技術的發展新趨勢，多種技術相結合帶來的便利為它的發展帶來了更多的便利，但相比于國外，我們的發展尚有不足之處，繼電控制系統的仿真技術仍需要長期不懈的努力。

參考文獻：

[1] 余欣，賴瑞勛，江恩惠等.系統仿真技術在“數字黃河”工程建設中的應用[J].人民黃河，2010.04.001.

[2] 羅小麗，姜勝利，周惠芳等.繼電控制系統的工作過程分析方法的改進[J].通信電源技術，2013.04.021.