Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
8
Моделирование в системе System View
Для исследования динамических режимов в системах автоматического управления, представленных структурными схемами, может быть использована система САПР System View (SV). Система позволяет на уровне структурных моделей производить расчеты и получать результаты в виде таблиц динамических характерис тик, графиков и комплексных показателей качества. Даны конк ретные рекомендации для расчета спроектированной системы автоматического управления.
Структурная схема набирается в рабочем поле в основном окне пакета (рис.1) с помощью блоков SV, которые для удобства работы объединены в четыре библиотеки, блоки суммирования и перемножения выполнены отдельно. Назначение кнопок Панели инструментов Основного окна показано на рис.1.
Рис.1. Основное окно System View
Библиотеки элементов расположены в левой части рабочего окна SV. Библиотеки содержат в своём составе разнообразные виды элементов. Графически элементы представляются в виде прямоугольника с вхо дами и выходом. В верхнем левом углу записывается порядковый номер элемента в структурной схеме, в центре в виде рисунка – класс элемента. Новая система появляется после того, как бывает нажата кнопка Новая система.
Схема набирается методом перетаскивания. Входные воздействия набираются из Библиотеки элементов внешнего воздействия, суммирующие элементы из библиотеки Суммирующий элемент, линейные операторы из Библиотеки линейных операторов, нелинейные функции из Библиотеки нелинейных функций и, наконец, выходные величины из Библиотеки элементов анализа.
Удалить элемент можно с помощью кнопки Удалить. Для этого надо нажать кнопку, после чего появится курсор в виде квадратика, затем надо щёлкнуть по удаляемому объекту.
Для соединения используется кнопка Соединить. После нажатия этой кнопки, появляется курсор в виде прямоугольника. Этим прямоугольником надо щёлкнуть по первоначальному объекту и по конечному. Для того чтобы изменить направление соединения слева направо на обратное, надо воспользоваться кнопкой Замена (далее действовать так же, как в предыдущем случае).
Выбор элементов производится щелчком дважды по объекту. Появляется диалоговое окно.
Для моделирования задающего воздействия необходимо воспользоваться элементом Step Function (ступенчатая функция) из Библиотеки элементов внешних воздействий (рис.2). Этот элемент не имеет входов.
Рис.2. Библиотека элементов внешнего воздействия
Для определения формы ступенчатой функции (двойной щелчок по картинке элемента или кнопка Parameters) имеется три параметра (рис.3):
1) Amplitude (V) – амплитуда выходного сигнала в вольтах (от максимального до минимального значения);
2) Start time (sec) – начальное время в секундах;
3) Offset (V) – смещение относительно нулевого уровня в вольтах.
Окончание набора параметров заканчивается нажатием на кнопку ОК.
Рис.3. Выбор параметров элементов Step Function
Для моделирования усилительных, интегрирующих и инерционных звеньев необходимо воспользоваться элементами Библиотеки линейных операторов (рис.4).
Рис.4 . Библиотека линейных операторов
Усилительное звено моделируется с помощью элемента Gain. Этот элемент имеет вход, выход и один параметр - Gain (коэффициент усиления), который может быть задан как в виде безразмерной величины, так и в децибелах (при моделировании в лабораторной работе рекомендуется использовать безразмерный коэффициент, он устанавливается по умолчанию). Для задания отрицательного коэффициента усиления перед числовым значением ставится знак «минус». Для моделирования усилителя с единичным отрицательным коэффициентом рекомендуется использовать элемент Negate. Он также представляет собой усилитель, коэффициент усиления которого задан равным минус единице и не может быть изменён.
Инерционные звенья моделируются элементом Linear Sys. Это один из наиболее мощных элементов SV (рис.4). Он позволяет моделировать и рассчитывать различные звенья ТАР по их лапласовым изображениям. С его помощью можно получить и усилительные, и интегрирующие звенья, хотя лучше пользоваться стандартными моделями для этих звеньев. При выборе элемента Linear Sys из библиотеки (двойной щелчок по картинке элемента или щелчок по кнопке Parameters ) появляется окно определения типа элемента (рис.5), где нужно выбрать кнопку Laplase (по Лапласу). В результате появляется окно задания передаточной функции (рис.6). В этом окне в поле заготовки передаточной функции записываются постоянная времени и коэффициент усиления элемента. Можно посмотреть АЧХ и ФЧХ блока, если нажать кнопку Bode Plot (рис.7).
Рис.5. Окно определения типа элемента
Рис.6. Окно задания передаточной функции элемента
Элементы с типовыми нелинейностями объединены в Библиотеке нелинейных функций (рис.8). Здесь можно найти нелинейные элементы: «зону нечувствительности», «зону ограничения», функции Sine и Tangent, полиномиальную функцию.
Усилитель с ограничением и момент сопротивления реактивного характера в модели реализует ся при помощи нелинейного элемента Limit – «зона ограничения». Элемент Limit имеет два параметра:
1) Input Max (V) – максимальное значение входного сигнала в вольтах;
2) Output Max (V) – максимальное значение выходного сигнала в вольтах.
Для моделирования усилителя с ограничением необходимо последовательно соединить элементы Gain и Limit. При определении параметров элемента Limit значения Input Max и Output Max должны быть одинаковыми – при этом его коэффициент усиления будет равен единице. Элемент Gain задаёт требуемый коэффициент усиления.
Момент сопротивления реактивного характера моделируется элементом Limit. На его вход необходимо подать скорость двигателя, значение параметра Input Max выбрать равным нулю, а Output Max равным величине момента сопротивления со знаком «минус».
При моделировании ПИ регулятора можно использовать элемент Linear Sys или PID из библиотеки линейных операторов. При использовании элемента Linear Sys методика такая же, как и при определении инерционного звена.
Элемент PID специально предназначен для моделирования пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулятора. Он имеет три параметра:
1) Proportional Gain – коэффициент усиления пропорциональной составляющей;
2) Integrator Gain – коэффициент усиления интегральной составляющей;
3) Derivative Gain - коэффициент усиления дифференциальной составляющей.
Для его применения необходимо выделить эти составляющие в передаточной функции регулятора. Для моделирования И-регулятора можно применить элемент Integrator.
Для моделирования петли гистерезиса надо применить элемент Hycteresis. Он имеет три параметра. Их надо набрать в диалоговом поле (рис.9).
Рис.9. Диалоговое поле Hysteresis
Для просмотра и анализа результатов моделирования в System View имеются специальные элементы, которые объединены в Библиотеке элементов анализа. Чтобы осуществить вывод на экран или окно анализа какой-либо выходной сигнал, достаточно присоединить в этой точке модели один из элементов данной библиотеки. Наиболее удобно использовать элемент System View (типовой системный вывод). Он обеспечивает одновременный вывод результатов на экран и передачу их в окно анализа (рис.10).
В результате схема принимает следующий вид:
Важным вопросом является правильный выбор шага интегрирования. Задание шага интегрирования, а так же начального и конечного времени переходного процесса осуществляется в SV в окне задания системного времени (рис.11). Наиболее важными являются следующие четыре параметра:
1) Start time – начальное время переходного процесса в секундах (рекомендуется ноль);
2) Stop time – конечное время переходного процесса в секундах (определяется исходя из динамических свойств моделируемой системы);
3) Sample rate – шаг интегрирования в герцах (рекомендуется выбирать в три-четыре раза больше максимальной частоты в системе);
4) Time spacing – шаг интегрирования в секундах (определяется значением обратным Sample rate автоматически).
Рис.11. Окно задания времени расчёта
Для запуска модели нужно нажать кнопку Пуск. На экране появится диалоговое окно (рис.12).
Надо нажать кнопку Run System. На экране возникнет следующая картина
6. Вывод результатов
Можно увидеть увеличенные результаты, нажав кнопку Вызов окна анализа (рис.13).
В результате можно посмотреть ЛЧХ и ФЧХ системы. Для этого надо выбрать Частотные характеристики системы. В итоге появится диалоговое окно (рис.14).
АЧХ и ФЧХ системы появляются в окне (рис.15).
6. Моделирование системы при синусоидальном (SIN)-входе
При подаче на вход SIN-входа из Библиотеки элементов внешнего воздействия выбирается сигнал Sin. Этот сигнал имеет три параметра:
Рис.16. Параметры SIN-сигнала
Система выглядит следующим образом (на примере лабораторной работы):
Результаты будут следующими:
Окончательные значения АЧХ, ФЧХ, ЛАЧХ рассчитываются по формулам
, 2(ω)-1(ω) , L(ω)=lg A(ω).