Указания к выполнению заданий

Содержание заданий

При изучении дисциплины "Теория автоматического управления" рабочей программой дисциплины предусмотрен значительный объём самостоятельной работы студентов. Одной из составляющих самостоятельной работы является выполнение индивидуальных заданий по дисциплине. Эти задания выполняются в третьем семестре изучения "Теории автоматического управления", когда основной объём учебного материала уже пройден.

При выполнении индивидуальных заданий у студента вырабатываются практические навыки анализа и синтеза систем автоматического управления при проектировании таких систем. Эти навыки необходимы в последующем для выполнения расчётов систем автоматического управления в курсовом проектировании по дисциплине "Автоматизация технологических процессов и производств", а также в дипломном проектировании.

Выполнение индивидуальных заданий предусматривает обязательное использование таких программных продуктов, как "MATLAB" и "CLASSIC" для выполнения расчётов автоматических систем. Общие приёмы работы с этими системами рассматриваются на практических занятиях. Более подробно работа с этими программными продуктами изучается студентом самостоятельно.

Студенту выдаётся вариант задания, содержащий исходные данные для расчёта системы автоматического управления. В исходных данных указываются состав системы автоматического управления и известные параметры входящих в систему элементов. Исходные данные для вариантов задания приведены в табл. 1 и 2 приложения.

На основании полученного варианта исходных данных студент должен выполнить следующие задания.

Задание 1. Используя программу для анализа и синтеза линейных систем автоматического регулирования Classic, выбрать регулятор и определить его настройки с применением логарифмических частотных характеристик. Оценить качество синтезированной системы.

Задание 2. Выполнить моделирование синтезированной системы в среде Matlab с использованием пакета Simulink. Получить переходный процесс и проверить совпадение результатов с результатами предыдущего исследования. Настройки регулятора в этом исследовании принимаются такими, какими они были получены в первом задании.

Задание 3. Выбрать регулятор и определить его настройки с использованием средств линейного анализа пакета Simulink и построения логарифмических частотных характеристик системы. Оценить качество полученной системы. Сравнить полученные результаты с результатами синтеза системы в программе Classic.

Задание 4. Для системы, полученной в ходе выполнения задания 3, выполнить синтез корректирующего звена, улучшающего быстродействие системы на 50 %. Задание выполняется с использованием пакета SISO системы MATLAB. Оценить качество системы.

Задание 5. Для системы, полученной в ходе выполнения задания 4, заменить аналоговый регулятор на цифровой (программируемый контроллер) и исследовать влияние на работу системы периода квантования сигнала по времени. Определить критическое значение периода квантования сигнала, при достижении которого система становится неустойчивой. Исследование выполняется в среде Simulink системы MATLAB.

Форма отчётности

По каждому заданию студент составляет индивидуальный отчёт, который оформляется в соответствии с требованиями к учебной документации студентов. Отчет защищается студентом на очередном практическом занятии. Оценка выполненного задания и его защиты входит в рейтинговую оценку работы студента при изучении дисциплины "Теория автоматического управления".

Отчет должен содержать следующие материалы:

· цель работы и использованные при ее выполнении технические и программные средства;

· содержание задания;

· исходные данные для выполнения задания;

· описание хода выполнения задания и полученных результатов;

· функциональные схемы, структурные схемы, математические модели и их описания;

· описание интерфейса используемой программы с указанием конкретных параметров и настроек, применённых при исследовании;

· обсуждение полученных результатов и заключение по работе.

При оценке работы студента учитываются качество оформления отчета, полнота и достоверность приводимых в отчете сведений, правильность полученных результатов и их адекватная оценка студентом, а также степень овладения студентом программными средствами, использованными при выполнении задания.

ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ПРОГРАММЫ CLASSIC

Работа с программой Classic

Запуск программы. Для запуска программы необходимо передать на выполнение файл CLASSIC\MAIN\Classic.bad. На экран выводится заставка программы. При нажатии клавиши F1 будет выведена справка по программе. При нажатии любой другой клавиши на экране появляется меню и можно приступать к работе с программой (рис. 1).

В меню, присутствующем в верхней части экрана, активен первый пункт. Для раскрытия этого пункта следует нажать клавишу Enter.

Если строка меню отсутствует на экране, то ее всегда можно вызвать нажатием клавиши F10. При этом будет вызвано контекстное меню, т.е. меню, содержащее пункты, которые могут выполняться на данном этапе работы с программой. Поэтому вид меню и его пункты могут быть различными на разных этапах работы с программой. Для выхода из текущего режима работы программы следует нажимать клавишу Esc.

Меню содержит следующие пункты:

Файл/модель – работа с файлами, содержащими модели;

Звено – работа со структурными звеньями модели, размещение звеньев на схеме системы, задание их передаточных функций и параметров;

Связи – проведение связей между структурными звеньями при вводе структурной схемы системы;

Расчеты – построение частотных, фазовых и переходных характеристик исследуемой системы;

Назначить/отменить – определение входов/выходов системы и варьируемых звеньев системы (звеньев с настраиваемыми параметрами, которые используются в качестве корректирующих звеньев);

Масштаб – изменение масштаба изображения.

Перемещение по пунктам меню осуществляется клавишами управления курсором. При выделении пункта меню и нажатии клавиши Enterпункт меню раскрывается.В момент запуска программы доступен только первый пункт меню.

Выбор способа ввода структуры.
Первый пункт меню позволяет выбрать способ ввода структуры исследуемой системы (рис. 2).

Для первоначального ввода структуры следует выбрать пункт меню Ввод/Редактирование. Для выбора пункта он выделяется путем перемещения на него маркера (с помощью клавиш управления курсором) и нажимается клавиша Enter. Можно выбрать требуемый пункт меню вводом с клавиатуры буквы, которая выделена в названии пункта, и последующим нажатием клавиши Enter. После этого открывается экран ввода структуры исследуемой системы (рис. 3).

Экран разделен на два окна. Верхнее окно служит для размещения структурной схемы системы, нижнее – для ввода передаточных функций и названий звеньев, входящих в структурную схему. Переход между окнами осуществляется клавишей Tab.

Размещение структурных звеньев на схеме. В верхнем правом углу верхнего экрана имеется изображение структурного звена. Это изображение можно перемещать по экрану клавишами перемещения курсора. Поместив изображение звена в нужное место, следует нажать клавишу Enterи зафиксироватьположение звена на схеме.После этого можно разместить подобным же образом все последующие звенья структурной схемы.

Каждое структурное звено имеет на входе сумматор входных сигналов, отдельные сумматоры в структурной схеме не используются. Если необходимо осуществить вычитание сигнала, то этот сигнал следует инвертировать. Для инвертирования используется дополнительное звено с передаточной функцией .

Используя описанные средства, следует ввести структурную схему исследуемой системы и задать параметры передаточных функций структурных звеньев.

Возможные операции при размещении и редактировании звеньев предусмотрены пунктом меню Звено (рис. 4). Например, при необходимости можно изменить ориентацию звена (поменять местами вход и выход звена), выделив его курсором и выбрав пункт Изменить ориентацию (или нажав клавишу пробела Space).

Задание передаточных функций звеньев.Для каждого звена необходимо задать его передаточную функцию. Для этого нужное звено необходимо выделить курсором и нажать клавишу Tab.Активным становится нижнее окно. Передаточная функция задается коэффициентами членов многочлена в числителе и знаменателе дроби при "s" в соответствующей степени.Первый член многочлена содержит . Для перехода к члену многочлена с более высокой степенью s следует нажимать клавишуPageUp, для перехода к члену с меньшей степенью s – клавишу PageDown. Окончание ввода числителя или знаменателя дроби, в виде которой записывается передаточная функция звена, подтверждается нажатием клавиши Enter.

После ввода знаменателя передаточной функции и нажатия клавиши Enter курсор перемещается в поле ввода названия звена, в котором можно ввести латинскими буквами выбранное название звена (не обязательно). Для возврата в окно структурной схемы следует нажать клавишу Tab.

Проведение связей между звеньями. Все звенья структурной схемы следует соединить между собой в соответствии со структурной схемой. Для задания связей между звеньями используется пункт меню Связи (рис. 5).

Для проведения связи звено-источник выделяется курсором и выбирается пункт меню Провести связь (или нажимается клавиша F5). После этого клавишами управления курсором проводится линия связи к входу звена-приемника.

Примечание. Большинство операций при работе с программой можно выполнять либо через соответствующие пункты меню, либо с помощью "горячих клавиш", которые указаны в пунктах меню. Последнее существенно ускоряет процесс работы с программой.

Назначение входов/выходов системы. Для структурной схемы необходимо указать входной сигнал и выходной сигнал. При расчетах входной сигнал будет использован в качестве задающего или возмущающего воздействия. Для выходного сигнала будет построен переходный процесс. Частотные характеристики системы также строятся с учетом назначенных входов и выходов.

Для назначения входов и выходов системы используется пункт меню Назначить/Отменить (рис. 6).

При назначении звена в качестве входного или выходного его следует пометить курсором, а затем выбрать нужный пункт меню Назначить/Отменить. На структурной схеме входное и выходное звенья будут помечены соответствующим образом. Внешний сигнал (задающее воздействие или возмущение) будет приложен к входу звена, назначенного входным. Выходной сигнал звена, назначенного выходом, будет рассматриваться как выходной сигнал системы.

Результат ввода структуры.
В результате выполненных действий вводится графическое изображение структурной схемы исследуемой модели с описанием каждого звена передаточной функцией (рис. 7).

В качестве примера на рис. 7 изображена структурная схемы системы автоматического регулирования скорости вращения вала электродвигателя, в которой имеются следующие звенья: TG – тахогенератор, PR – пропорциональный регулятор, TPM − тиристорный регулятор мощности, Objekt – управляемый электродвигатель, OS – отрицательная единичная обратная связь. В нижнем окне показана передаточная функция электродвигателя.

Исходная структура системы регулирования скорости электродвигателя для сравнения показана на рис. 8. Подобная структура получается в результате описания системы на основе имеющихся исходных данных.

Сохранение модели. Введенную модель со всеми ее параметрами можно сохранить в файле. Для этого следует выбрать пункт меню Файл/модель (рис. 2) и раскрыть его. В раскрывающемся меню выбирается пункт Запись в файл, поле чего программа запрашивает имя файла. При указании имени файла можно указать и каталог для его размещения. После ввода необходимой информации и нажатия клавиши Enter модель записывается в файл на диске. В дальнейшем ее

можно загружать в программу, используя пункт Чтение из файла падающего меню пункта Файл/модель основного меню(рис. 2).

Анализ модели. Для анализа модели системы автоматического регулирования следует выбрать пункт Расчеты основного меню (рис. 9). В падающем меню этого пункта выбираем пункт Анализ. Программа выполняет расчет характеристик модели и выдает результаты расчета на экран в виде графиков (рис. 10). Для вызова меню на экран необходимо нажать клавишу F10.

Выводятся четыре графика: график расположения нулей и полюсов передаточной функции системы на комплексной плоскости; графики логарифмических частотных характеристик системы; график переходного процесса в системе при подаче на ее вход единичного скачка и график амплитудно-фазовой частотной характеристики системы.

Каждый график можно анализировать отдельно. Для этого его необходимо выбрать, используя пункт меню Графики (рис. 11).

Выбрав, например, пункт Переходный процесс падающего меню, получим изображение переходного процесса во весь экран (рис. 12).

Для анализа переходного процесса можно изменять масштаб графика, пределы изменения величин по осям графика, удваивать число точек графика, снимать отсчеты значений в отдельных точках и др. Все эти действия выполняются с использованием пунктов меню или "горячих клавиш".

Основные понятия и правила работы

"Исходная система" − система (модель), не содержащая звена, назначенного варьируемым, либо с варьируемым звеном при номинальных (начальных) значениях его параметров.

"Текущая система" − система, в которой значения параметров варьируемого звена отличаются от номинальных (начальных).

"Текущее звено" − звено, на котором установлен указатель (мигающий маркер) звена.

Перемещение указателя звена клавишами: Home, End, PgUp, PgDn, Left(Right, Up, Down)-Arrows.

Перемещение стрелки при проведении связей: Left(Right, Up, Down)-Arrows.

При редактировании числовых значений или строк текста можно использовать следующие клавиши: Ins, Del, Left(Right)-Arrows, Home, End, Backspace.

Принятые сокращения:

- ПФ − передаточная функция;

- АФХ − амплитудно-фазовая характеристика;

- ЛАЧХ − логарифмическая амплитудная частотная характеристика;

- ФЧХ − фазочастотная характеристика.

Режимы работы программы

Режим "ФАЙЛ/МОДЕЛЬ" выполняет:

- чтение модели из файла;

- запись введенной (отредактированной) модели в файл;

- переход в режим ввода/редактирования моделей.

При чтении модели необходимо вместо символа "*" задать конкретное имя файла *.mdl. Имя может быть введено непосредственно с клавиатуры (в этом случае следует забить символ "*" - [Backspace]) либо выбором из каталога ([Enter] - переход в каталог моделей *.mdl, поиск требуемого файла перемещением маркера, фиксация файла - [Enter]).

Запись в файл введенной или отредактированной модели производится либо с присвоением нового имени и образованием нового файла модели (ввод имени с клавиатуры начинается забиванием символа "*" - [Backspace]), либо в существующий файл с удалением ранее записанной модели. При этом имя может быть назначено выбором с помощью курсора и фиксацией в каталоге перемещением маркера.

Режим "ВВОД/РЕДАКТИРОВАНИЕ" модели.

В этом режиме можно вводить структуру модели и задавать передаточные функции звеньев. В данном режиме экран разделен на два окна: окно "СТРУКТУРА" и окно "ОПЕРАТОР" (ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ).

Работа с окном "СТРУКТУРА"модели. При вводе/редактировании структуры модели выбираются (фиксируются) положения звеньев и связей между ними, а также могут быть назначены входное, выходное и варьируемое звенья.

Порядок выполнения действий при формировании структуры − произвольный: можно расположить все звенья и соединить их либо проводить связи одновременно с добавлением новых звеньев.

Для расположения звена необходимо переместить мигающее звено-маркер на требуемое место и зафиксировать его положение [Enter]. Предусмотрено изменение ориентации звена на противоположное (вход - справа, выход - слева).

Редактирование структуры допускает удаление отдельной связи либо звена с входящими и выходящими из него связями.

Предусмотрена возможность автоматического упрощения (сворачивания) структур методом эквивалентных преобразований (с демонстрацией процесса сворачивания). Для вызова процедуры необходимо попасть в подменю "Расчеты" и выбрать пункт "Упрощение моделей".

Преобразование (упрощение) структур основано на поэтапном выделении пар звеньев, классификации их соединения по одному из трех типов − последовательное, параллельное или с обратной связью, и замене одним звеном с эквивалентным оператором.

Перенос точек съема и суммирования сигналов не производится.

Не подлежат сворачиванию звенья, объявленные входными и выходными, а также звено, назначенное варьируемым. При сворачивании графическое расположение остающихся звеньев и связей сохраняется.

Работа с окном "ОПЕРАТОР" звена (передаточная функция). Передаточная функция вводится (редактируется) заданием (изменением) коэффициентов при соответствующих степенях полиномов числителя и знаменателя. Переход на следующую степень аргумента полинома − [PgUp], на предыдущую − [PgDn].

Нумерация звена (присваивается при вводе модели) может быть при необходимости изменена. Предусмотрено задание "имени" звена латинским или установленным шрифтами.

Режим "АНАЛИЗ"

· Расчет в корневой, временной и частотной областях характеристик систем или их звеньев;

· Исследование влияния вариаций операторов звеньев на свойства системы.

· Результаты анализа отображаются в четырех окнах.

· Левое верхнее: комплексная плоскость с расположенными на ней нулями и полюсами передаточной функции.

· Правое верхнее: переходная характеристика.

· Левое нижнее: логарифмическая амплитудная и фазовая частотные характеристики.

· Правое нижнее: амплитудно-фазовая частотная характеристика.

Для подробного изучения характеристик осуществляется переход в любое из четырех окон с отображением графиков на полный экран.

Предусмотрена возможность быстрого редактирования оператора звена, назначенного варьируемым. При этом производится расчет и одновременный вывод графиков характеристик исходной (номинальной) и текущей систем.

Режим "АНАЛИЗ" ГРАФИКИ

Предусмотрены следующие манипуляции над графиками.

· Оцифровка значений точек графика перемещением маркера.

· Изменение масштабов по осям. Возможно непосредственное задание границ диапазонов [Ins] или выделение фрагмента перемещением маркера.

· Наложение сетки на плоскость графика.

· Удвоение числа точек графика (для временных и частотных характеристик).

Режим "ЧАСТОТНЫЙ СИНТЕЗ"

Назначение: Синтез динамики систем в комплексно-частотной области. Осуществляется путем манипуляций над ЛЧХ системы и варьируемого (корректирующего) звена с использованием информации о нулях и полюсах ПФ.

На графике представлены:

- ЛАЧХ исходной разомкнутой системы (эквивалентной одноконтурной разомкнутой системы с единичной отрицательной обратной связью);

- ЛАЧХ и ФЧХ текущей системы, отличающейся от исходной из-за звена коррекции;

- ЛАЧХ варьируемого звена.

Маркер текущей частоты может переключаться на частотные характеристики текущей системы или варьируемого звена.

На оси частот помечаются модули корней с указанием типа (нули и полюсы, действительные и комплексные, левые и правые) текущей системы или варьируемого звена.

Перед началом синтеза в режиме редактирования модели целесообразно корректирующему (назначенному варьируемым) звену приписать следующие начальные операторы:

- для последовательной коррекции W(s) = k = 1 / 1;

- для обратной связи или параллельной коррекции W(s) = k = 0 / 1.

В этом случае перед началом синтеза частотные характеристики исходной и текущей систем будут совпадать.

Манипулирование частотной характеристикой текущей системы или варьируемого звена осуществляется деформированием ЛАЧХ с целью придания им желаемого вида. Это достигается последовательным введением в исходную (текущую) ПФ новых действительных отрицательных нулей и полюсов или компенсацией существующих, для чего предусмотрена специальная процедура.

При каждой манипуляции с ЛАЧХ текущей системы вычисляется соответствующий оператор варьируемого звена, а при любом действии над ЛАЧХ варьируемого звена вычисляется ПФ текущей скорректированной системы.

Предусмотрена возможность исключения с задаваемой точностью из ПФ диполей − близких нулей и полюсов.

Режим "ОПТИМИЗАЦИЯ"

Назначение:

- численная оптимизация коэффициентов ПФ варьируемого звена с целью минимизации функционала от переходной характеристики;

- исследование поверхности отклика − зависимости функционала от варьируемых параметров.

При вхождении в режим оптимизации информация на экране представляется в четырех окнах.

· Левое верхнее: форма функционала и значения весовых коэффициентов ПФ.

· Правое верхнее: фрагмент структуры, включающий варьируемое (оптимизируемое) звено и его исходную ПФ.

· Левое и правое нижние окна: коэффициенты числителя и знаменателя ПФ варьируемого звена и их начальные значения.

Функционал имеет аддитивную форму, составленную из интегральных квадратичных оценок переходной составляющей процесса и его производных. Предусмотрена возможность включения в функционал установившейся ошибки. Конкретный вид функционала назначается заданием весовых коэффициентов.

Каждый из коэффициентов ПФ варьируемого звена может быть назначен варьируемым; при этом в нижнем окне у соответствующего коэффициента появляется числовая ось и автоматически задается диапазон его изменения − по три декады в обе стороны от начального значения (границы могут быть впоследствии изменены), а также выводится текущее значение коэффициента, в начальный момент равное исходному.

Изменение текущих значений варьируемых коэффициентов с клавиатуры производится перемещением маркера по числовой оси заданием новых числовых значений.

При запуске процедуры поиска минимума функционала в правом верхнем окне вместо фрагмента структуры появляются стартовое (начальное) и меняющееся текущее значение оптимизируемого функционала, число выполненных шагов (итераций) поиска. Одновременно с этим в нижних окнах на числовых осях отображается процесс изменения текущих значений варьируемых параметров.

Стартовые значения параметров определяются их текущими значениями к моменту запуска процедуры оптимизации.

Запуск процедуры численной оптимизации возможен, если система находится в устойчивой области при стартовых (текущих) значениях варьируемых параметров.

Из режима оптимизации может быть проведен анализ с одновременным отображением характеристик исходной и текущей (оптимальной) систем.

По окончании анализа осуществляется возврат в режим оптимизации.

Режим "ОПТИМИЗАЦИЯ"

Процедура "СЕЧЕНИЯ" (по одному варьируемому параметру).

Строится график зависимости функционала от одного варьируемого параметра. На графике помечаются точки, соответствующие глобальному минимуму, начальному и текущему значениям функционала. Текущее значение варьируемого параметра может быть изменено перемещением с клавиатуры маркера по числовой оси.

Из процедуры "СЕЧЕНИЯ" могут быть вызваны режимы численной оптимизации или анализа. Для значений параметра, при которых система неустойчива, функционал не вычисляется и точки на графике не отображаются.

Подсистема "ОПТИМИЗАЦИЯ"

Процедура "СЕЧЕНИЯ" (по двум варьируемым параметрам).

В трехмерном пространстве строится поверхность отклика, отображающая зависимость функционала от двух варьируемых параметров. На поверхности помечаются точки, соответствующие глобальному минимуму, начальным и текущим значениям параметров.

Текущие значения варьируемых параметров могут быть изменены перемещением с клавиатуры маркера по числовым осям.

Из процедуры "СЕЧЕНИЯ" могут быть вызваны режимы численной оптимизации или анализа.

Для получения наиболее выгодного ракурса предусмотрена процедура вращения поверхности вокруг осей.

При значениях варьируемых параметров, где система неустойчива, значения функционала не вычисляются и поверхность не строится.

Клавиши управления программой:

F1 – помощь контекстная,

Shift-F1 – общая справка,

F3 – загрузка новой модели из файла,

F4 – запись модели в файл,

F5 – режим проведения связей между звеньями,

F6 – назначение варьируемого звена,

F7 – назначение входа для структуры,

F8 – назначение выхода для структуры,

F9 – расчет системы (анализ),

F10 – вызов меню,

Alt-F9 – частотный синтез,

Shift-F9 – оптимизация,

Ctrl-F7 – отменить вход,

Ctrl-F8 – отменить выход,

Ctrl-F6 – отменить варьируемое звено.

ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

Назначение пакета Simulink

В состав расширенных версий системы MATLAB входит пакет мо­делирования динамических систем − Simulink. С Simulink орга­нично связан целый ряд других пакетов, дополняющих его и расширяющих функциональные возможности пакета. Пакет Simulink является ядром интерактивного программного ком­плекса, предназначенного для математического моделированияли­нейных и нелинейных динамических систем и устройств, представ­ленных своей функциональной блок-схемой (структурной схемой), именуемой S-модельюили просто моделью. При этом возможны различные варианты моделирования: во временной области, в частотной области, с событийным управлением, на основе спектральных преобразований Фурье, с использованием метода Монте-Карло и т. д.

Для построения функциональной блок-схемы моделируемых уст­ройств Simulink имеет обширную библиотекублочных компонентов и удобный редактор блок-схем. Он основан на графическом интер­фейсе пользователя и по существу является типичным средством ви­зуального программирования. Используя палитры компонентов(на­боры) блок-схем, пользователь с помощью мыши переносит нужные компоненты с палитр на рабочий стол пакета Simulink и соединяет линиями входы и выходы блоков. Таким образом, создается блок-схема системы или устройства.

Simulink составляет и решает сложные системы алгебраических и дифференциальных уравнений, описывающих заданную функцио­нальную схему (модель), обеспечивая удобный и наглядный визу­альный контроль за поведением созданного пользователем вирту­ального устройства. Вам достаточно уточнить (если нужно) вид анализа и запустить Simulink в режиме симуляции(откуда и назва­ние пакета — Simulink) созданной модели системы или устройства.

Средства визуализации результатов моделирования в пакете Simu­link очень наглядны. Simulink практически мгновенно меняет математическое описание модели по мере ввода ее новых блоков даже в том случае, когда этот процесс сопровождается сменой порядка системы урав­нений и ведет к существенному качественному изменению поведе­ния системы.

Основы работы с Simulink

Постановка задачи. Решение любой проблемы в системе Simulink должно начинаться с постановки задачи. Чем глубже продумана постановка, тем больше вероятность успешного решения задачи. В ходе постановки нужно оценить, насколько суть задачи отвечает возможностям пакета Simulink и какие компоненты последнего могут использоваться для построения модели. В результате определяются требования к блок-схеме модели и составляется сама модель. Эту модель необходимо реализовать в среде Simulink.

Создание модели устройства (системы).Создание модели начинается с активизации кнопки Simulink на панели инструментов окна MATLB. При этом откроется окно броузера библиотеки компонентов. В окне броузера библиотеки надо нажать кнопку New (она первая в панели инструментов и имеет пиктограмму в виде чистого листа). Появится пустое окно редактирования модели. В этом окне и создается необходимая модель.

Следующий этап − выбор источника сигнала. Тут есть две возможности: выбор нужного компонента прямо из дерева компонентов броузера библиотеки или выбор его из открытого окна нужного подраздела библиотеки. При использовании броузера библиотеки необходимо вначале удобно разместить окно броузера и окно редактирования модели на экране дисплея. Целесообразно располагать окна рядом.

Активизировав мышью прямоугольник со знаком «плюс» перед оглавлением основной библиотеки Simulink, можно открыть ветвь с этим разделом. В нем надо аналогичным образом открыть подраздел источников Sources. Затем, активизировав в нем необходимый компонент (например, Sine Wave − синусоидальный источник), надо мышью (при нажатой левой кнопке) просто перетащить его в окно редактирования модели.

Обратите внимание на то, что активизация позиции того или иного компонента на соответствующей ветви дерева компонентов ведет к появлению графического отображения компонента в окне контроля, имеющемся в правом нижнем углу окна броузера библиотеки. В данном примере это отображение будет представлено синусоидой на фоне координатных осей. Можно просматривать содержимое той или иной ветви в поисках нужного компонента или вывести окно со всеми компонентами соответствующей ветви.

Если задержать на пиктограмме компонента указатель мыши, то появится всплывающая подсказка, в которой будут указаны параметры компонента по умолчанию. Полезно сразу установить нужные параметры источника сигнала. Для этого сверните панели библиотек и дважды щелкните на только что введенном блоке. Появится окно установки параметров сигнала. После задания параметров нажмите кнопки Apply (Применить) и Close (Закрыть) − заданные вами параметры будут сохранены.

Теперь надо выбрать раздел используемых в модели преобразовательных элементов. В появившемся окне элементов надо выбрать требуемый блок и перетащить его в нужное место окна модели, разместив справа от источника сигнала.

Установив указатель мыши на введенный блок и дважды щелкнув ее левой кнопкой, можно вывести окно установки параметров блока и задать необходимые параметры.

Аналогичным образом надо выбрать и ввести блок устройства, используемого в модели для наблюдения сигналов. Затем необходимо соединить блоки между собой в соответствии с последовательностью преобразования сигналов в модели. Для этого, установив указатель мыши на выход источника и нажав левую кнопку мыши, добейтесь, чтобы указатель превратился в крестик из тонких линий. Это означает, что редактор блок-схем готов к проведению отрезка соединительной линии.

Отрезок линии проводится при нажатой левой кнопке мыши перемещением указателя до точки входа блока, являющегося приемником сигнала. Отпустив левую кнопку мыши, вы получите соединительную линию между блоками.

На этом подготовка модели заданной задачи заканчивается. Впрочем, полезно выполнить еще одно действие − разместить под моделью пояснительную надпись. Для этого достаточно установить указатель мыши на свободное место окна модели и дважды щелкнуть левой кнопкой. Должно появиться прямоугольное окно с курсором ввода − мигающей вертикальной чертой. Надпись вводится как обычно, с применением средств строчного редактирования. По завершении ввода надписи надо установить указатель мыши вне поля надписи и щелкнуть левой кнопкой мыши. Блок с надписью затем можно выделить и перетащить в нужное место − под блок-схему созданной модели.

Запуск модели. Следующий этап моделирования − запуск модели. Можно выполнить его сразу, но, скорее всего, полученный результат окажется неудачным. Та же картина наблюдается на практике, когда к малоизвестному исследуемому устройству впервые подключается осциллограф. Нужна некоторая предварительная настройка модели и осциллографа, в частности: выбор просматриваемого интервала времени, установка масштаба регистрируемой величины и т. д. По умолчанию интервал времени задан равным 1 с, что далеко не всегда годится для конкретной модели.

Для настройки запуска модели надо исполнить команду Parameters в меню Simulation пакета Simulink. В появившемся окне на вкладке Solver надо уточнить временной интервал моделирования, например, сделав его равным 0,2 с. Вы можете также выбрать метод изменения независимой переменной и метод решения дифференциальных уравнений при моделировании, а также погрешности вычислений. Как правило, однако, вполне удовлетворительны установки этих параметров по умолчанию.

Теперь можно запустить модель. Для этого надо нажать кнопку пуска (треугольник) на панели инструментов или исполнить команду Start в меню Simulation. По завершении процесса моделирования активизация объекта-осциллографа выводит окно, в котором виден результат моделирования. Это окно при использовании блока Scope очень напоминает экран реального осциллографа.

Если на экране осциллографа наблюдается что-то непонятное, значит, он не настроен. Можно задать автоматическую настройку, нажав кнопку панели инструментов блока осциллографа с изображением бинокля. При этом автоматически выбираются масштабы просмотра по вертикали и горизонтали. Для «ручной» настройки осциллографа можно активизировать кнопку Properties (Свойства) на панели инструментов его окна. Панель инструментов окна осциллографа имеет еще ряд кнопок вполне очевидного назначения − для изменения масштаба изображения, его печати и т. д. Пользователь может легко разобраться с их действием.

Чем сложнее модель, тем больше усилий придется затратить на то, чтобы добиться ее правильной «работы». Моделирование сложных моделей на обычном персональном компьютере может занимать многие часы и д