Построение моделей автоматических систем с использованием программного комплекса "МВТУ"

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Программный комплекс «МВТУ» предназначен для исследования динамики и проектирования самых разнообразных систем и устройств. По своим возможностям он является альтернативой аналогичным зарубежным программным продуктам Simulink, VisSim и др. Удобный редактор структурных схем, обширная библиотека типовых блоков и встроенный язык программирования позволяют реализовывать модели практически любой степени сложности, обеспечивая при этом наглядность их представления. ПК «МВТУ» успешно применяется для проектирования систем автоматического управления, следящих приводов и роботов-манипуляторов, ядерных и тепловых энергетических установок, а также для решения нестационарных краевых задач (теплопроводность, гидродинамика и др.). Широко используется в учебном процессе, позволяя моделировать различные явления в физике, электротехнике, в динамике машин и механизмов, в астрономии и т.д. Может функционировать в многокомпьютерных моделирующих комплексах, в том числе и в режиме удаленного доступа к технологическим и информационным ресурсам.

ПК «МВТУ» реализует следующие режимы работы:

· МОДЕЛИРОВАНИЕ, обеспечивающий:

o моделирование процессов в непрерывных, дискретных и гибридных динамических системах, в том числе и при наличии обмена данными с внешними программами и устройствами;

o редактирование параметров модели в режиме «on-line»;

o расчет в реальном времени или в режиме масштабирования модельного времени;

o рестарт, архивацию и воспроизведение результатов моделирования;

o статистическую обработку сигналов, основанную на быстром преобразовании Фурье.

· ОПТИМИЗАЦИЯ, позволяющий решать задачи:

o минимизации (максимизации) заданных показателей качества;

o нахождения оптимальных параметров проектируемой системы в многокритериальной постановке при наличии ограничений на показатели качества и оптимизируемые параметры.

· АНАЛИЗ, обеспечивающий:

o расчет и построение частотных характеристик и годографов;

o расчет передаточных функций, их полюсов и нулей;

o реализацию метода D-разбиения на плоскости одного комплексного параметра.

· СИНТЕЗ, позволяющий конструировать регуляторы:

o по заданным желаемым частотным характеристикам;

o по заданному расположению доминирующих полюсов.

· КОНТРОЛЬ И УПРАВЛЕНИЕ, позволяющий создавать виртуальные аналоги:

o пультов управления с измерительными приборами и управляющими устройствами;

o мнемосхем с мультимедийными и анимационными эффектами.

К достоинствам ПК «МВТУ» относятся:

· открытость за счет встроенного языка и реализации нескольких механизмов обмена данными с внешними программами;

· простота построения сложных моделей благодаря использованию вложенных структур, векторизации сигналов и алгоритмов типовых блоков, удобным средствам задания параметров и уравнений;

· эффективные численные методы;

· большое число обучающих и демонстрационных примеров с подробными комментариями.

Для отечественных пользователей удобство работы с ПК «МВТУ» обусловлено также русскоязычным интерфейсом и наличием обширной документации на русском языке.

Но среди всех этих плюсов, имеется и один существенный минус - методические материалы по некоторым из блоков являются недостаточно полными для понимания, а в дальнейшем и для использования в процессе работы, либо какая-либо справка по ним отсутствует как таковая. Блок «Язык программирования» - яркий пример неопределенности в ПК МВТУ, а также это свойственно новым блокам, появляющимся при обновлении версий ПК МВТУ. В ходе выполнения данной работы будут представлены некоторые материалы по работе с такими составляющими ПК МВТУ как блоки анимации, блок «Язык программирования» и блок «Панель приборов».

1. Постановка задачи

Формулировка задания

Разработка модели САУ в пакете МВТУ с использованием элементов анимации, управления и программирования.

программный алгоритм типовой

Рис. 1

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Порядок выполнения задания:

1. Ввод глобальных данных (объявление глобальных переменных, которые будут использоваться в системе для динамического управления процессом моделирования системы с блока «Панель приборов». Данный пункт не обязательно выполнять первым по списку).

2. Создание блока, ответсвенного за задающее воздействие u(t)(на схеме представлен макроблоком «ЗАДАЮЩЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ»).

3. Создание блока, ответсвенного за возмущающее воздействие f(t) (на схеме представлен макроблоком «ВОЗМУЩАЮЩЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ»).

4. Создание блока устройства управления - УУ(на схеме представлен макроблоком «РЕГУЛЯТОР»).

5. Создание блока объекта управления - ОУ(на схеме представлен макроблоком «ОБЪЕКТ»).

6. Создание блока для динамического управления УУ(даёт возможность изменять параметры процесса моделирования во время самого процесса моделирования(во время расчёта данных). На схеме представлен блоком «РЕГУЛЯТОРЫ»).

7. Создание блока для динамического управления u(t) и f(t)(даёт возможность изменять параметры процесса моделирования во время самого процесса моделирования(во время расчёта данных). На схеме представлен блоком «ВОЗДЕЙСТВИЯ»).

8. Создание блока анимации(визуализация процесса моделирования. На схеме представлен блоком «Анимация»(шкала в красной рамке)).

9. Сборка конечной схемы(объединение всех созданных ранее блоков в одну систему).

10. Установка пароля на объект управления(защита информации).

11. Проверка работоспособности модели системы(примеры работы собранной схемы).

2. Выполнение поставленной задачи

Ввод глобальных данных.

1. Перемещаем курсор на свободное место в схемном окне и выполняем однократный щелчок правой клавиши «мыши»: откроется дополнительное командное меню схемного окна, в котором выбираем опцию ВНЕШНИЕ СИГНАЛЫ.

Рис. 2

Откроется следующее окно:

Рис. 3

Нажимаем на красную стрелку, появится поле для 1 сигнала. Забиваем ИМЯ СИГНАЛА (U_вкл) и ЗНАЧЕНИЕ ПО УМОЛЧАНИЮ (1):

Рис. 4

Так получилась переменная отвечающая за ВКЛ/ВЫКЛ сигнала ступеньки ЗАДАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ. Далее вновь нажимаем на красную стрелку и вводим следующую переменную.

Так получаются следующие сигналы:

· Sin_вкл (отвечает за ВКЛ/ВЫКЛ сигнала синусоиды ЗАДАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ),

· Reg_1 (отвечает за ВКЛ/ВЫКЛ РЕГУЛЯТОРА 1),

· Reg_2 (отвечает за ВКЛ/ВЫКЛ РЕГУЛЯТОРА 2),

· K_reg1 (отвечает за значение КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ РЕГУЛЯТОРА 1),

· K_reg21 (отвечает за значение КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ первого блока РЕГУЛЯТОРА 2),

· K_reg22 (отвечает за значение КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ второго блока РЕГУЛЯТОРА 2),

· T_reg1 (отвечает за значение ПОСТОЯННОЙ ВРЕМЕНИ РЕГУЛЯТОРА 1),

· znach_U (отвечает за значение амплитуды сигнала ступеньки ЗАДАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ),

· znachampl_Sin (отвечает за значение амплитуды сигнала синусоиды ЗАДАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ),

· znachchast_Sin (отвечает за значение частоты сигнала синусоиды ЗАДАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ),

· znach_F (отвечает за значение амплитуды сигнала ступеньки ВОЗМУЩАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ),

· F_вкл (отвечает за ВКЛ/ВЫКЛ сигнала ступеньки ВОЗМУЩАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ),

· Sinf_вкл (отвечает за ВКЛ/ВЫКЛ сигнала синусоиды ВОЗМУЩАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ),

· Sinf_amp (отвечает за значение амплитуды сигнала синусоиды ВОЗМУЩАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ),

· Sinf_ch (отвечает за значение частоты сигнала синусоиды ВОЗМУЩАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ).

В итоге должно получиться следующее:

Рис. 5

Нажимаем на кнопку ДА внизу панели и на этом ввод данных закончен.

Как получился Макроблок «Задающее воздействие»

1. Переносим из библиотеки СУБСТРУКТУРЫ блок МАКРОБЛОК.

2. Двойным нажатием входим внутрь этого блока. Переносим из библиотеки ИСТОЧНИКИ два блока СТУПЕНЬКА и СИНУСОИДА. Из библиотеки ОПЕРАЦИИ переносим два блока ПЕРЕМНОЖИТЕЛЬ и один блок СУММАТОР. Внутри сумматора меняем -1 на 1. Из библиотеки СУБСТРУКТУРЫ переносим два блока ЧТЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ГЛОБАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ и один блок ПОРТ ВЫХОДА. Все блоки соединяем между собой следующим способом:

Рис. 6

3. Двойным нажатием левой кнопки мыши заходим внутрь первого (верхнего) блока ЧТЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ГЛОБАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ, откроется окно в котором из СПИСКА - ИСТОЧНИКА выбираем U_вкл и нажимаем на стрелку. После чего нажимаем ДА.

Рис. 7

4. Аналогично выбираем и для второго (нижнего) блока:

Рис. 8

5. Двойным нажатием левой кнопки мыши заходим внутрь блока СТУПЕНЬКА, откроется окно, в котором мы вместо 1 вводим znach_U. После чего нажимаем ДА.

Рис. 9

6. Аналогично вводим значения АМПЛИТУДЫ и ЧАСТОТЫ в блоке СИНУСОИДА.

Рис. 10

7. Выходим из МАКРОБЛОКА нажатием на зеленую стрелку на панели:

Рис. 11

8. Нажимаем правой кнопкой мыши на МАКРОБЛОК и выбираем СВОЙСТВА

Рис. 12

Откроется следующая панель, в которой выбираем раздел ОБЩИЕ:

Рис. 13

И в окошке забиваем название блока (ЗАДАЮЩЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ).

Нажимаем кнопку ДА внизу панели и наш блок готов:

Рис. 14

Как получился Макроблок «Возмущающее воздействие»

1. Аналогичным образом, как и Макроблок ЗАДАЮЩЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ. Только для него в блоки забиваются свои данные, описанные выше. Схема:

Рис. 15

Как получился Макроблок «Регулятор»

1. Переносим из библиотеки СУБСТРУКТУРЫ блок МАКРОБЛОК.

2. Двойным нажатием входим внутрь это блока. Из библиотеки ДИНАМИЧЕСКИЕ переносим блок W=K/(TS+1). Это первый регулятор. Двойным нажатием заходим внутрь этого блока и забиваем данные (K_reg1, T_reg1). И нажимаем ДА.

Рис. 16

3. Переносим из библиотеки СУБСТРУКТУРЫ блок МАКРОБЛОК. Заходим внутрь него. Переносим из библиотеки ДИНАМИЧЕСКИЕ блок ИНТЕГРАТОР, из библиотеки ФУНКЦИИ блок УСИЛИТЕЛЬ, из библиотеки ОПЕРАЦИИ блок СУММАТОР, и из библиотеки СУБСТРУКТУРЫ два блока: ПОРТ ВХОДА и ПОРТ ВЫХОДА. Заходим внутрь ИНТЕГРАТОРА и забиваем данные (K_reg21).

Рис. 17

Аналогично забиваем данные в УСИЛИТЕЛЬ (K_reg22).

Рис. 18

Затем соединяем все блоки следующим образом:

Рис. 19

И выходим из МАКРОБЛОКА. Это получился второй регулятор.

4. Для создания программного регулятора переносим из библиотеки СУБСТРУКТУРЫ блок МАКРОБЛОК. Заходим внутрь него. Переносим из библиотеки ДИНАМИЧЕСКИЕ блок ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ и из библиотеки СУБСТРУКТУРЫ два блока: ПОРТ ВХОДА и ПОРТ ВЫХОДА. Собираем следующую схему:

Рис. 20

Заходим внутрь блока ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ и прописываем следующий код, который будет являть собой программное управление системой в ходе её моделирования:

input s; //Входная величина

if s < 30 then c = 15 else c = -15; //если s<30, то с=15, иначе c=-15

a = a + c; //приравнивание величины a к сумме двух величин а и с

if a > 50 then a = a - 100; //если а>50, то a=a-100

if time > 4 then a = a + 15; //если время > 4, то а=а+15

if time > 7 then a = a + 50; //если время > 7, то а=а+50

output a; //Выходная величина

5. Из библиотеки ОПЕРАЦИИ переносим пять блоков: три ПЕРЕМНОЖИТЕЛЯ, один СУММАТОР и один СРАВНИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО. Внутри сумматора меняем -1 на 1. Из библиотеки СУБСТРУКТУРЫ переносим шесть блоков: два ПОРТ ВХОДА, один ПОРТ ВЫХОДА, и три ЧТЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ГЛОБАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ. В блоки ЧТЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ГЛОБАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ забиваем данные (Reg_1-для верхнего, Reg_2-для среднего и Reg_3-для нижнего) как описывалось выше. И собираем схему следующим образом:

Рис. 21

6. Выходим из МАКРОБЛОКА.

Как получился Макроблок «Объект»

1. Переносим из библиотеки СУБСТРУКТУРЫ блок МАКРОБЛОК.

2. Заходим внутрь и собираем схему объекта.

Рис. 22

3. Выходим из МАКРОБЛОКА и ставим на него пароль «пу0602».

Как получился Блок «РЕГУЛЯТОРЫ».

1. Из библиотеки КОНТРОЛЬ И УПРАВЛЕНИЕ переносим блок ПАНЕЛЬ ПРИБОРОВ.

2. Нажимаем на блоке правой кнопки мыши, откроется панель в которой выбираем СВОЙСТВА.

Рис. 23

Нажимаем на квадратик УПРАВЛЯЕМЫЕ ДАННЫЕ. Откроется панель:

Рис. 24

Нажимаем на Reg_1, а затем на стрелку . Аналогично выбираем Reg_2, K_reg1, K_reg21, K_reg22, T_reg1. Нажимаем ДА.

3. Двойным нажатием заходим внутрь этого блока, появится два окна: ПАНЕЛЬ ИНСТРУМЕНТОВ и РАБОЧАЯ ПАНЕЛЬ.

Рис. 25

4. Переносим из ПАНЕЛИ ИНСТРУМЕНТОВ в РАБОЧУЮ ПАНЕЛЬ ЭЛЕМЕНТ КНОПКА. Нажимаем на ней правой кнопкой и выбираем опцию СВЯЗИ. Из списка выбираем нужный нам сигнал (Reg_1) и нажимаем ДА.

Рис. 26

5. Нажимаем на КНОПКЕ правой кнопкой мыши и выбираем опцию СВОЙСТВА. В графе ЗАГОЛОВОК прописываем имя (ВКЛ/ВЫКЛ).

Рис. 27

6. Аналогично создаются остальные ЭЛЕМЕНТЫ. В итоге получается:

Рис. 28

Элемент является ручкой, с помощью которой можно осуществлять управление некоторыми параметрами схемы.

Элемент является ползунком, с помощью него можно изменять значения постоянной времени регулятора.

7. В таких ЭЛЕМЕНТАХ как РУЧКА и ДВИЖОК можно менять число делений, а так же минимальное и максимальное значения. Делается это в опции СВОЙСТВА в соответствующих строках:

Рис. 29

Как получился Блок «ВОЗДЕЙСТВИЯ»

1. Аналогичным образом, как и Блок РЕГУЛЯТОРЫ.

Рис. 30

Элемент является кнопкой, он включает/выключает определенные элементы схемы, в данном случае: Входные и выходные ступеньку и синусоиду.

Элемент является дискретным регулятором, он изменяет (целочисленно) значение некоторых параметров, в данном случае: Значения входных и выходных ступенек, синусоид, а так же частоту синусоид.

Как получился Блок «АНИМАЦИЯ».

1. Из библиотеки АНИМАЦИЯ переносим блок ПАНЕЛЬ АНИМАЦИИ С ОБМЕНОМ ЧЕРЕЗ ПОРТЫ .

2. Двойным нажатием заходим внутрь этого блока. Появится окно ПАНЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ:

Рис. 31

3. Из ПАНЕЛИ ПРИМИТИВОВ переносим блок ЛИНЕЙНЫЙ ПРИБОР. И щелкая по нему правой кнопкой выбираем повернуть и поворачиваем до вертикали:

Рис. 32

Затем выполняем двойное нажатие по этому блоку и задаем границы перемещения ползунка:

Рис. 33

Появится следующая картина:

Рис. 34

Щелкая по нему правой кнопкой мыши и выбирая СВЯЗИ прописываем следующее и выходим из блока:

Рис. 35

4. Из ПАНЕЛИ ПРИМИТИВОВ переносим блок ПРЯМОУГОЛЬНИК . Заходим внутрь этого блока и задаем значения следующих параметров: высота, ширина, толщина линии и цвет:

Рис. 36

Затем переносим его на требуемое место и получаем:

Рис. 37

Выходим из блока ПАНЕЛЬ АНИМАЦИИ С ОБМЕНОМ ЧЕРЕЗ ПОРТЫ.

Конечная схема.

Собираем схему следующим образом:

Рис. 38

В меню МОДЕЛИРОВАНИЕ заходим в опцию ПАРАМЕТРЫ РАСЧЕТА. Затем в меню СКОРОСТЬ и там ставим галочку в графе РЕЖИМ МАСШТАБИРОВАНИЯ ВРЕМЕНИ. Нажимаем ДА и схема готова к работе.

Рис. 39

Размещено на Allbest.ru