Системы автоматического регулирования с применением микроэвм (анализ и синтез систем) (стр. 11 )

Этап 2 – определение параметров интегрирования. На основе анализа числовых значений параметров передаточных функций САР выбирают метод и задают параметры интегрирования (точность, шаг и время интегрирования), а также определяют интервал точек вывода результатов моделирования (выдачи данных).

ПК "МВТУ" реализует несколько методов интегрирования. При моделировании САР рекомендуется использовать методы Рунге-Кутта или адаптивные.

Точность интегрирования задают (исходя из условий сходимости численного решения задачи) десятичным числом: например 0,001 (0,1%).

Шаг интегрирования задают двумя значениями: максимальный и минимальный шаг интегрирования. При этом значение максимального шага интегрирования для непрерывной системы принимают в 5-10 раз меньше, чем наименьшая постоянная времени исходной САР. Значение минимального шага интегрирования принимают в 10-100 раз меньше, чем значение максимального шага интегрирования. При моделировании дискретных систем шаг интегрирования принимают не больше, чем T/2, если моделирование проводится с постоянным шагом интегрирования его принимают кратным периоду квантования. При моделировании непрерывно-дискретных САР необходимо учитывать оба требования, приведенные выше. Если в процессе моделирования не обеспечивается заданная точность интегрирования, то минимальный шаг интегрирования уменьшают до значений, при которых будет достигнута заданная точность.

Время интегрирования ориентировочно задают на один-два порядка больше, чем самая большая постоянная времени исходной САР. В процессе моделирования время интегрирования уточняют. Оно должно быть не меньше времени регулирования (рис. 4.5).

Рис. 4.5 – К выбору времени интегрирования: а – время интегрирования взято недостаточным (переходный процесс за время интегрирования tИ еще не затух); б – время интегрирования взято достаточным (переходный процесс практически затух и время интегрирования tИ≈tР – времени регулирования)

Интервал выдачи данных (шаг вывода результатов) ориентировочно принимают равным максимальному шагу интегрирования, или больше его. В процессе моделирования интервал выдачи данных можно изменять и уточнять, исходя из требований к качеству изображения графика переходного процесса.

После подготовки исходных данных с помощью соответствующих процедур их вводят в компьютер и выполняют процесс моделирования САР. В результате моделирования получают график переходного процесса, на основе анализа которого достигают требуемых целей.

В качестве примера рассмотрим подготовку исходных данных для моделирования переходных процессов САР угловой скорости электродвигателя постоянного тока, представленную на рис. 2.13.

Согласно поэтапной методике, приведенной в п. 4.3, и руководствуясь рекомендациями (п. 3.1) принимаем период квантования Т=0,25 с. С учетом периода квантования в исходную САР с микроЭВМ (рис. 2.13) вводим звено запаздывания с передаточной функцией е–Т/2р. В результате получим структурную схему непрерывной модели (рис. 4.6).

Рис. 4.6 – Структурная схема непрерывной модели цифровой САР угловой скорости двигателя постоянного тока

Порядок составления структурной схемы моделирования САР в среде ПК "МВТУ" (рис. 4.7) следующий:

–  каждое звено исходной структурной схемы (рис. 4.6) заменяем соответствующим блоком из общетехнической библиотеки ПК "МВТУ";

–  для формирования задающего U0 и возмущающего МС воздействия используем блок "Ступенчатое воздействие" из библиотеки "Источники входных сигналов";

–  для отображения текущих результатов моделирования в виде временных зависимостей используем блок "Временной график" из библиотеки "Данные".

Выбираем метод и задаемся параметрами интегрирования:

–  метод интегрирования Рунге-Кутта 45 классический;

–  исходя из наименьшей постоянной времени ТВ=0,1 с и периода квантования Т=0,25 с, принимаем первоначальное значение максимального шага интегрирования 0,01 с; первоначальное значение минимального шага интегрирования 0,001 с;

–  исходя из наибольшей постоянной времени ТД=1 с, принимаем первоначальное значение времени интегрирования 10 с;

–  точность интегрирования 0,001;

–  интервал выдачи данных принимаем равным максимальному шагу интегрирования 0,01 с.

Рис. 4.7 – Структурная схема моделирования САР

5.4.2  Ввод исходных данных в компьютер

Ввод структурной схемы (рис. 4.7), подготовленных числовых данных в компьютер и непосредственно процесс моделирования выполняется после запуска программного комплекса (п. п. 4.2.1), поэтапно в последовательности, рассмотренной в п. п. 4.2.6.

Этап 1 – заполнение Схемного Окна необходимыми типовыми блоками.

Переместите курсор на кнопку Новый и сделайте однократный щелчок левой клавишей "мыши" – откроется чистое Схемное Окно. Переместите курсор на "закладку" Источники входных воздействий и щелкните 1 раз левой клавишей "мыши" – Вы инициализировали соответствующую библиотеку типовых блоков. Переместите курсор на блок Ступенчатое воздействие (подпись Ступенька) и сделайте однократный щелчок левой клавишей "мыши" – фон блока в "Линейке" изменился. Это означает, что блок можно "переносить" в Схемное Окно. Переместите курсор в верхний левый угол Схемного Окна и щелкните 1 раз левой клавишей "мыши" – в поле Схемного Окна появился переносимый блок. Повторите вышеописанные действия и перенесите еще один блок Ступенчатое воздействие.

Переместите курсор на "закладку" Операции математические и выполните однократный щелчок левой клавишей "мыши" – Вы инициализировали соответствующую типовую библиотеку. Переместите курсор на блок Сравнивающее устройство и сделайте однократный щелчок – фон блока изменился. Переместите курсор в поле Схемного Окна на место, где Вы желали бы расположить сравнивающее устройство и щелкните 1 раз левой клавишей "мыши" – перенос блока Сравнивающее устройство в Схемное Окно выполнен. Повторите вышеописанные действия и перенесите на свободное место в Схемном Окне и блок Сумматор, необходимый для суммирования выходных сигналов объекта регулирования. Таким же образом перенесите три блока Усилитель.

Переместите курсор на "закладку" Динамические звенья, инициализируйте ее, перенесите четыре блока Апериодические звенья первого порядка и один блок Идеальное запаздывающее звено в Схемное Окно по вышеописанной процедуре приблизительно на желаемые места. Переместите курсор на "закладку" Данные, инициализируйте эту библиотеку типовых блоков, перенесите блок Временной график в Схемное Окно примерно на желаемое место.

В результате проведенных операций Схемное окно подобный рис. 4.8.

Рис. 4.8 – Схемное Окно, заполненное типовыми блоками

Этап 2 – проведение линий связи на структурной схеме (рис. 4.8).

Придайте требуемую ориентацию блоку Усилитель (воспринимающего органа) по расположению выходного и входного порта (на структурной схеме САР блок сориентирован справа–налево). Ориентация блоков может быть любая – это не имеет принципиального значения. Для поворота портов блока на 90 градусов против часовой стрелки нажмите на клавиатуре клавишу Shift и, не отпуская ее, сделайте щелчок левой клавишей "мыши" по блоку. Повторите эту процедуру еще 1 раз: ориентация блока станет справа–налево и т. д.

Установите курсор на блок Сумматор, нажмите на левую клавишу "мыши" и, не отпуская ее, "перетащите" этот блок так, чтобы было удобно соединить его левый входной порт (в дальнейшем просто вход) с выходным портом блока Апериодическое звено первого порядка. Упростить процедуру проведения линий связи можно, включив опцию Сетка в Схемном Окне. Для этого щелкните по кнопке Сетка на дополнительной панели инструментов, расположенной в верхней части Схемного Окна.

Далее, переместите курсор на выходной порт блока Задающее воздействие, сделайте щелчок левой клавишей "мыши" и, отпустив клавишу, "протяните" линию связи к левому входному порту Сравнивающего устройства. Если требуется сделать поворот в проводимой линии связи, выполните щелчок левой клавишей "мыши" и продолжайте проведение линии связи в новом направлении. Снова сделайте однократный щелчок левой клавишей – на верхнем входе появится типичная входная стрелка. Если Вы сделали щелчок левой клавишей раньше, чем проводимая связь вошла "в притяжение" входного порта, дотяните линию связи до соответствующего входного порта и сделайте щелчок левой клавишей "мыши".

Если Вы желаете прервать процедуру проведения линии связи (например, по причине внешнего вида – "некрасивая"), нажмите клавишу Shift и, не отпуская ее, сделайте щелчок левой клавишей "мыши" – линия оборвется. Далее можно удалить эту линию: выделите ее (щелчок левой клавишей "мыши" по линии) и затем удалите линию с помощью командной кнопки Вырезать (пиктограмма "ножницы"). Таким же образом удаляются предварительно выделенные блоки.

С использованием аналогичных процедур уточните расположение блоков в цепи структурной схемы, используя процедуру "перетаскивания" блоков в Схемном Окне, и проведите линии связи.

Переместите блок Временной график, сделайте "ответвление" от линии связи между блоками Сумматор и Усилитель, продлите "ответвление" от линии связи до входа в блок Временной график (см. рис. 4.7). Для этого переместите курсор на линию связи, нажмите на клавиатуре клавишу Ctrl и, не отпуская ее, сделайте щелчок левой клавишей "мыши" (на линии связи появится темная точка); отпустив обе клавиши, проведите линию связи к входу блока Временной график и сделайте щелчок левой клавишей "мыши".