close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1 laba(1)

код для вставкиСкачать
 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1
Тема. Основи моделювання елементів САК
(з використанням пакету прикладних програм MATLAB/ Simulink)
Мета роботи.
1. Ознайомитися з роботою пакету прикладних програм MATLAB/ Simulink.
2. Навчитися складати простіші елементи та блоки САК зварюванням за допомогою програм MATLAB/ Simulink.
3. Дослідити характеристики та параметри типових ланок САК зварюванням.
1. Короткі теоретичні відомості
Теоретичні відомості наведені у додатку 1.
2. Порядок виконання роботи
Робота виконується у комп'ютерному класі бригадами по 3-5 студентів. Вихідні дані кожен студент отримує від викладача особисто.
Порядок роботи:
1. Скласти схему (варіант схеми задається викладачем).
2. Ввести вхідні дані (варіант даних задається кожному студентові бригади окремо).
3. Отримати графік при незмінних параметрах вхідного сигналу.
4. Довільно змінити параметри вхідного сигналу та отримати новий графік.
5. Повторити дослід за п. 4.
6. Оформити робочий лист (Додаток 2).
7. Скласти звіт по роботі.
Оформлення звіту.
Звіт повинен містити:
1. Назву роботи, її мету.
2. Короткі теоретичні відомості про пакет програм MATLAB/ Simulink.
3. Ілюстрації схем моделей ланок САК.
4. Вихідні (початкові) дані дослідів.
5. Осцилограми та результати вимірювання вихідних сигналів.
6. Висновки по роботі.
Контрольні питання.
Назвіть основні бібліотеки пакету прикладних програм MATLAB/ Simulink.
1. Які реєструючі прилади використовуються для спостереження за процесами при моделюванні у середовищі MATLAB?
2. Як можна змінити масштаб графіків, що відображаються на екрані віртуального осцилографа?
3. Як моделюється робота типових ланок САК:інтегрування, диференціювання, множення, ділення сигналів тощо?
4. Як виконуються вимірювання амплітуди та частоти синусоїдальних сигналів?
Джерела інформації.
1. Рябенький В.М., Драган С.В., Солобуто Л.В. Основи моделювання систем і процесів в електротехніці. Навч. посібник/ Під. ред. В.М. Рябенького. - Львів: Новий світ-2000, 2008.- 385 с.
2. Мартынов Н.Н. Введение в MATLAB 6. - М.: КУДИЦ - ОБРАЗ, 2002. - 321. с.
Додатки
Додаток 1. Короткі теоретичні відомості (файл Л 1.pdf).
1.3.1 ЗАПУСК SIMULINK
Для запуска Simulink можно или нажать на панели инстру
ментов кнопку * или набрать в командной строке Simulink. На экране откроются 2 окна (рис. а):
Первое окно - untitled является рабочим пространством Simulink - окно, где создается рабочая модель из типовых звеньев:
Второе окно - Library: simulink (библиотека Simulink) держит библиотеку блоков Simulink:
1.3.2. СОЗДАНИЕ НОВОЙ МОДЕЛИ
Новая модель создается
1. При первом открытии Simulink.
2. Из меню File Окна библиотек выбрать пункт New подпункт Model.
2. СОЗДАНИЕ ПРОСТОЙ МОДЕЛИ
Цель: создание типовой модели, просмотр синусоидального сигнала на осциллографе.
Типовая модель интегрирует синусоидальную волну и отображает результат совместно с самой волной (рис.1).
Напечатайте Simulink в командной строке MatLab или нажмите на панели инструментов кнопку - на экране появится пока ещё пустое окно модели untitled и библиотека блоков Simulink (рис.2).
Подведя указатель мыши к заголовку окна untitled и нажав левую кнопку мыши, Вы можете передвинуть окно новой модели (untitled) на правую часть экрана монитора, таким образом, вы сможете одновременно просматривать его содержимое и содержимое библиотек блоков.
В типовой модели используются блоки из следующих библиотек:
• Source library - источники (Sine Wave - блок синусоиды)
• Sinks library - приемники (Scope - блок осциллограф)
• Linear library - линейные элементы (integrator - интегрирующее звено)
• Connections library - библиотека подключений ( Mux - блок)
Откройте библиотеку Source (источники) чтобы выбрать синусоиду (SineWave). Для открытия библиотеки просто необходимо два раза щелкнуть мышью на значке этой библиотеки.
Simulink отобразит на экране окно, которое содержит в себе все блоки данной библиотеки.
Например, в библиотеке источников (Sources) все блоки - это источники сигнала (рис.З).
Вы можете добавлять блоки к вашей модели путем копирования их из библиотеки или из другой ранее созданной модели. Для данного упражнения вам необходимо скопировать блок синусоиды (Sine Wave). Чтобы это сделать, наведите на него курсор, а затем нажмите и удерживайте в таком положении кнопку мыши. Заметьте, как Simulink прорисовывает контур вокруг блока и отображает его название (рис. 4) Теперь просто перетащите блок в окно модели. По мере того, как вы его передвигаете, контур блока и его название передвигаются вместе с ним (рис. 5):
Когда указатель в окне модели окажется в том месте, куда вы хотите поместить блок, отпустите кнопку мыши. Таким образом, копия блока синусоиды (Sine Wave) находится теперь в окне модели (рис. 6).
Точно также скопируйте остальные блоки типовой схемы - примера в окно модели. Вы можете также передвигать эти блоки с одного места на другое в переделах окна модели, действуя также как и при копировании блока. На небольшое расстояние блок можно передвинуть, выделив его и нажав нужную направляющую клавишу (со стрелкой).
После того, как все блоки будут скопированы в окно модели, сама модель должна выглядеть примерно так (рис. 7):
Если вы внимательно рассмотрите значки блоков, то увидите угловую скобку с правой стороны блока синусоиды (Sine Wave) и три таких скобки на левой стороне Mux - блока. Символ > , направленный наружу из блока это выходной порт. Если символ > направлен к блоку, то это входной порт (рис. 8). Сигнал переходит из выходного порта одного блока во входной порт другого через соединительную линию. Когда блоки соединены, символы портов исчезают:
Output purl
Вы могли заметить, что Mux-блок имеет три входных порта, тогда как входных сигналов только два. Чтобы изменить количество портов ввода, откройте диалоговое окно Mux - блока путем двойного щелчка на блоке при помощи мыши. Измените Number of inputs (число входов) значение параметра на 2, затем щелкните на кнопке Close (закрыть) (рис.9). Simulink сразу же отрегулирует количество входных портов:
Теперь настало время соединить блоки. Соединяйте блок синусоиды (Sine Wave) с верхним входным портом блока Mux: расположите указатель мыши на выходном порте с правой стороны блока синусоиды (Sine Wave). Обратите внимание, чтобы форма курсора изменилась на крестик (рис. 10):
Нажмите кнопку мыши и, удерживая ее, подведите курсор к верхнему входному порту блока Mux. Заметьте, что линия становится пунктирной, пока кнопка мыши нажата, и что когда курсор приблизится к блоку Mux, его форма изменится на двойной крестик (рис. 11).
Теперь отпустите кнопку мыши. Блоки соединены. Вы так же можете соединить линию с блоком, отпустив кнопку мыши в тот момент, когда указатель находится внутри значка блока. Если вы поступите таким образом, то линия соединится с входным портом, ближайшим к курсору (рис. 12):
Если вы снова посмотрите на типовую модель на рисунке 1, вы заметите, что одна из линий соединяет линию к входному порту другого блока. Эта, так называемая отходящая линия, соединяет выход синусоиды с интегрирующим звеном и пропускает тот же самый сигнал, который проходит из блока синусоиды в Mux-блок.
Рисование отходящей линии немного отличается от рисования, которое вы только что сделали. Чтобы соединиться с существующей линией, проделайте следующие операции:
1. Сначала поместите указатель на линию между синусоидой (Sine Wave) и Mux-блоком (рис. 13).
2. Нажмите и удерживайте так клавишу Ctrl (Control) на клавиатуре. При этом нажмите левую кнопку мыши, затем перетащите ее указатель к входному порту интегрирующего звена (integrator) или на само это звено (рис. 14). 3. Отпустите кнопку мыши и кнопку Ctrl. Simulink нарисует линию между начальной точкой и входным портом интегрирующего звена (см. рис.15). Этого же эффекта можно было добиться и другим способом - после шага 1, описанного выше, можно нажать правую кнопку мыши и перетаскивать её указатель к входному порту интегрирующего звена до тех пор, пока указатель не примет форму двойного крестика, как на рис. 14.
4. Теперь необходимо соединить выходной порт интегрирующего звена (Integrator) с нижним входным портом Mux- блока. Проделайте эту операцию также, как это было описано выше для блока синусоиды (Sine Wave) и Mux-блока.
5. Точно таким же образом соедините выходной порт Mux- блока с входным портом осциллографа (Scope).
На этом создание связей между блоками заканчивается. Когда вы все это сделаете, ваша модель должна выглядеть примерно так (рис. 16): Теперь откройте блок осциллографа, чтобы просмотреть выходной сигнал созданной вами выходной модели. Окно осциллографа лучше расположить так, чтобы оно не перекрывалось (и, в свою очередь, само не находилось над) какими-либо другими окнами - так удобнее следить за процессом моделирования.
Осталось установить параметры моделирования (процесса) путём выбора пункта Parameters (параметры) из меню Simulation (моделирование). В появившемся диалоговом окне убедитесь, что Stop time (время остановки) установлено на 10 секунд (величина по умолчанию) - рис. 17. Закройте диалоговое окно Simulation parameters с помощью кнопки Close (закрыть). Simulink применит введенные параметры и закроет диалоговое окно.
Выберите команду Start (Пуск) из меню Simulation (моделирование) и посмотрите на кривые со входа осциллографа (рис. 18). Моделирование останавливается, когда истечет время, указанное в диалоговом окне Simulation parameters (параметры моделирования), либо когда вы выберете команду Stop (стоп) из меню Simulation (моделирование).
Параметры собранной модели можно изменять. Например, зададим другую амплитуду синусоидального сигнала, вырабатываемого блоком Sine Wave в нашей собранной модели. Для этого щёлкнем 2 раза мышкой по этому блоку. В появившемся диалоговом окне (см. рис. 18а)
зададим новое значение амплитуды Amplitude: 2 (можно к тому же изменить и частоту Frequency, и фазу Phase). После этого жмём кнопку Close и снова запускаем моделирование командой Start (Пуск) из меню Simulation. Результат смотрим в окне Scope.
Параметры модели можно задавать и в виде вектора. Покажем это на примере интегрирующего звена в нашей модели. Щёлкните 2 раза на значке интегратора, появится диалоговое окно его параметров (рис. 186):
Параметр начального условия (Initial condition) следует задать так, как показано на рис. выше, т.е. вектором [0 1 2 3]. Если теперь запустить процесс и посмотреть на результат в окне Scope (см. рис.18в), то там можно
будет увидеть уже 5 кривых, одна из которых (желтого цвета) является заданным входным синусоидальным сигналом, а остальные 4 кривых - выходные сигналы в соответствии с 4-мя различными заданными нами начальными условиями на интеграторе. В этой простой модели объектом исследования является интегратор (Integrator), задатчиком входного сигнала - генератор синусоиды (Sine Wave), а выходной координатой - сигнал с интегратора.
Чтобы сохранить данную модель, выберите команду Save (сохранить) из меню File (файл) и введите имя файла и его расположение (рис. 19).
Этот файл содержит описание модели. Чтобы завершить работу и Simulink и MatLab, выберите Exit Matlab (выход) из меню File (файл). Вы также можете напечатать quit (выход) в командном окне MatLab (Command Window). Если же вы хотите выйти из программы Simulink, но остаться в MatLab, то просто закройте все окна Simulink. Появится следующее диалоговое окно (рис. 20)
Если вам надо сохранить в памяти созданную модель - нажмите Yes, и на экране появится диалоговое окно как на рис. 19. Если же сохранения не требуется, нажмите No.
6. СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТОЙ МОДЕЛИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ (АС) 1-ГО ПОРЯДКА
Далее необходимо провести исследование следующей модели (рис. 21):
1. Соберите данную модель, используя навыки, полученные ранее при создании простой модели. (Убедитесь, что у блока- сумматора последовательность знаков именно такая, как на рисунке: + и -. По умолчанию, у данного блока стоят оба знака +. Для изменения на требуемое нам значение блока, на неё нужно щёлкнуть 2 раза и задать в соответствующей графе: +-). В данную модель входит новый элемент - ключ (Manual Switch), который находится в библиотеке Nonlinear. Он необходим для ручного переключения линии прохождения сигнала, т.е. в данном случае, щёлкнув 2 раза на ключе, мы можем либо подключить блок Step (задатчик входного сигнала-ступеньки), либо отключить его. В блоке Step необходимо задать Step time (время ступеньки) равным 0. Для этого надо 2 раза щёлкнуть на нём и в открывшемся окне в самой верхней строке Step time задать 0:
Step time: 0:
2. Исследуйте собственные движения системы, для чего отключите блок Step и задайте вектор ненулевых начальных условий на интегрирующем звене (Integrator). Для этого откройте интегратор (2 щелчка мышью на блоке) и задайте в строке Initial condition следующий вектор: [0 1 2] (рис.22) - это означает, что будет промоделировано 3 состояния системы при начальном отклонении её выходной координаты 0, 1,2.
Запустите процесс моделирования, нажав на значок ^ в панели инструментов окна модели. Результаты смотрим на осциллографе (Scope). Зарисуйте на одном графике полученные результаты. Исследуйте влияние коэффициента усиления k в системе (см. рис. 23 - усилитель Gain) на собственные движения системы.
По умолчанию, коэффициент усиления усилителя Gain равен 1, и именно для этого значения были получены предыдущие графики собственных движений. Теперь надо изменить коэффициент усиления этого блока (значение получить у преподавателя). После этого запустите процесс моделирования снова. Перерисуйте полученные в окне Scope графики и по ним сделайте вывод о влиянии коэффициента усиления на собственные движения системы.
3. Исследование переходных процессов.
Подключите блок Step с помощью ручного переключателя Switch, а в интеграторе задайте нулевое начальное условие. При разных значениях коэффициента усиления k (по указанию преподавателя) исследуйте реакцию системы на единичное ступенчатое воздействие. Результаты зафиксировать на одном графике.
ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЁТУ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №1 "МОДЕЛИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ MATLAB. СОЗДАНИЕ ПРОСТОЙ МОДЕЛИ"
Отчёт по лабораторной работе должен содержать:
1. Краткие определения MatLab и Simulink, их функциональные возможности.
2. Рисунок собранной простой модели с указанием всех входящих в неё блоков (название блока, его функция, параметры блока).
3. Кривые с виртуального осциллографа (Scope), соответственно подписанные (обозначить входные, выходные сигналы, соответствующие разным начальным условиям на интеграторе; подписать эти условия).
4. Сформулируйте выводы о проделанной работе и о полученных знаниях.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №1 "МОДЕЛИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ MATLAB. СОЗДАНИЕ ПРОСТОЙ МОДЕЛИ"
1. Что представляет собой пакет программ MatLab, для чего он нужен и что в него входит?
2. Какими возможностями обладает среда Simulink как часть MatLab?
3. Сколько библиотек входит в Simulink? Перечислите использованные в лабораторной работе.
4. В какой библиотеке находится блок-генератор синусоидального сигнала Sine wave? Интегратор?
5. Покажите на каком-либо блоке входной и выходной порт.
6. Как нарисовать отходящую (отводную) линию?
7. Где задаются параметры самого процесса моделирования? Назовите основные из них.
8. Как запустить/остановить процесс? Где можно посмотреть результаты?
9. Как изменить параметры какого-либо блока (например, амплитуду синусоиды Sine wave)?
10. Что достигается при векторном задании параметров?
11. Как сохранить созданную модель?
ПРИЛОЖЕНИЕ
1. Editor/Debugger (Редактор/отладчик)
Редактор (рис. 24) предназначен для написания и отладки программ.
2. Workspace Browser (Просмотр рабочего пространства)
Workspace Browser (рис. 25) позволяет просматривать рабочее пространство MATLAB. Он обеспечивает графический интерфейс для команды whos.
Первая колонка (Name) содержит имена переменных и иконки, соответствующие типам переменных. Вторая колонка (Size) - размерность переменных. Третья колонка (Bytes) - размер переменных в байтах. Четвертая колонка (Class) - типы переменных.
Для использования редактора массивов (Array Editor), дважды щелкните на иконке или выделите иконку массива и нажмите клавишу Открыть (Open).
3. Array Editor (редактор массивов)
Редактор/отладчик (рис. 26) обеспечивает визуальное представление двумерных числовых и символьных массивов.
Для изменения значения элемента, достаточно набрать новое в соответствующей ячейке. Размерность массива меняется при помощи двух полей ввода в левой нижней части экрана. В правой нижней части расположено окно, показывающее текущую выделенную ячейку.
При помощи Path Browser можно посмотреть и изменить пути, по которым Matlab ищет файлы. Все изменения действительны в текущей сессии. Для сохранения выбранных путей для дальнейшего использования нажмите Save Settings (Если Вы работаете в Windows NT и у Вас нет прав доступа к служебным файлам Matlab, то данное действие вызовет ошибку записи).
группа Simulation time
Start time - время начала процесса моделирования;
Stop time - время окончания процесса моделирования;
• группа Solver options
Type - выбор типа численного интегрирования: Vari- able-step - с переменным шагом интегрирования; Fixed- step - с постоянным шагом интегрирования. Как правило, для очень сложных и быстроменяющихся процессов часто приходится использовать Fixed-step, хотя более правильные результаты всё же даёт способ с переменным шагом Variable-step;
ode45 (Dormand-Prince) - в этой вкладке осуществляется выбор численного метода, использующегося причисленном интегрировании для обсчёта всех параметров процесса моделирования. Выбор метода является очень важным обстоятельством, от которого зависит как правильность полученных результатов, так и то, что эти результаты вообще будут получены. Для большинства процессов вполне подходит установленный по умолчанию модифицированный метод Рунге-Кутта ode45 (Dormand- Prince) с переменным шагом.
Max step size - максимальный размер шага численного интегрирования;
Initial step size - начальный размер шага численного интегрирования (имеет смысл для методов с переменным шагом);
Relative tolerance - относительная погрешность;
Absolute tolerance - абсолютная погрешность. Как правило, значения погрешностей приходится менять достаточно редко, а именно, когда не помогают изменения всех остальных параметров. Тем не менее, не стоит забывать об этом достаточно мощном средстве повышения точности вычислений.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
76
Размер файла
1 711 Кб
Теги
laba
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа