Презентация на тему "Моделирование систем автоматического управления"

Содержание

• 
  Слайд 1

  ТЕМА 1

  1 Моделирование систем автоматического управления Проф. Григорьев В.А. 2. Методы моделирования и их применение при синтезе и анализе сложных систем 3. Пример моделирования САУ программным методом Версия 2016 Введение 1. Классификация методов моделирования Тверь

• 
  Слайд 2

  1. Моделирование систем автоматического правления

  Введение Сложность современных объектов проектирования,особенно систем автоматического управления (САУ), постоянное ужесточение требований к проектам, чрезвычайно высокая цена ошибочных проектных решений входят в противоречие с традиционными инструментами и технологиями проектирования. Выходом из положения является разработка и внедрение нового набора инструментов инструментария проектировщика-системы автоматизации проектирования. Умение применять инструменты основывается на понимании того, каким образом строится система моделирования, ее структура и отдельные подсистемы, и на знании математических моделей, методов и алгоритмов, которые положены в основу подсистем системы моделирования. 2

• 
  Слайд 3

  Общие понятия и определения

  Важнейшими требованиями к любой модели являются ее адекватность изучаемому объекту в рамках конкретной задачи и реализуемость имеющимися средствами. В теории эффективности и информатике моделью объекта (системы, операции) называется материальная или идеальная (мысленно представимая) система, создаваемая и/или используемая при решении конкретной задачи с целью получения новых знаний об объекте-оригинале, адекватная ему с точки зрения изучаемых свойств и более простая, чем оригинал, в остальных аспектах . 3

• 
  Слайд 4

  1. Классификация методов моделирования

  4

• 
  Слайд 5
  
• 
  Слайд 6
  
• 
  Слайд 7
  

  2. Методы моделирования и ихприменение при синтезе и анализе сложных систем

  • Объекты считаются подобными, если характеристики процессов, происходящих в каком-либо из них, отличаются от соответствующих характеристик другого объекта вполне определенными и постоянными в течение данного процесса коэффициентами. Модель изучаемого явления (объекта) при этом может быть иной физической природы, отличной то природы оригинала. • Подмоделированиемкакого-либообъекта,(явления,системы),обычно понимаетсявоспроизведение и исследование другого объекта, подобного оригиналу в форме, удобной для исследования, и перенос полученных сведений на моделируемый объект. 7

• 
  Слайд 8
  

  Существуют различные методы моделирования:геометрическое и физическое моделирование, моделирование путем прямых аналогий, математическое моделирование на аналоговых и цифровых вычислительных машинах (АВМ и ЦВМ), полунатурное моделирование. Каждый из этих методов имеет свои достоинства и недостатки. Применение того или иного метода определяется вкаждом конкретном случае в зависимости от исследуемой системы и условий ее работы. При этом необходимо иметь набор правил и условий, выполнение которых обеспечивает требуемую точность изучения заданного объекта по его модели. 8

• 
  Слайд 9

  Эти правила и условия формулируются в теории подобия

  9 В состав САПР САУ вводятся: моделирование на ЭВМ (АВМ и ЦВМ)иполунатурноемоделирование. В последнем случае с помощьюсредств САПР осуществляется не тольковоспроизведение и исследование объекта, но иуправление процессами полунатурного моделирования. При математическом моделировании, моделировании на ЭВМ, в качестве объекта моделирования, оригинала, выступают исходные уравнения, представляющие ММ объекта, в качестве модели - процессы, протекающие в соответствии с этими уравнениями и воспроизводимые на ЭВМ в виде «машинных решений» либо аппаратно (АВМ), либо путем реализации программ (ЦВМ).

• 
  Слайд 10

  Математическое моделирование САУ на АВМ и ЦВМ

  Математическое моделирование САУ осуществляется на АВМ и ЦВМ,поэтому часто такие способы называют аналоговым и цифровым моделированием. АВМ применяются в САПР САУ как консольные, терминальные, устройства на рабочих местах разработчиков и испытателей. Управление АВМ осуществляется через терминальные станции центральным процессором в соответствии с общей идеологией построения САПР САУ. 10

• 
  Слайд 11

  Имитационное моделирование

  Вматематическом моделировании выделяют имитационное моделирование, под которым понимается воспроизведение процессов, объектов, явлений с имитацией случайными величинами и случайными процессами звеньев оригинала. Имитационное моделирование рассматривают так же, как управляемый эксперимент, производимый на ЭВМ. В таком эксперименте определенные математическими модели объекта моделирования взаимодействуют с имитирующими возмущающими воздействиями. Возмущающие воздействия могут быть детерминированными или формироваться генераторами случайных величин. Это взаимодействие проводится по определенным в эксперименте правилам, а результаты моделирования подвергаются статистической обработке. 11

• 
  Слайд 12

  Полунатурное моделирование

  Под полунатурным моделированием(моделированием с реальной аппаратурой) понимают исследование элементов реальной аппаратуры совместно с моделью остальной части системы, реализованной на ЭВМ. Применение такого метода моделирования становится необходимым в тех случаях, когда не удается описать работу некоторых элементов системы математически. 12

• 
  Слайд 13

  Математическое моделирование

  Математическое моделированиединамики САУ позволяет значительно уменьшить объемы макетных испытаний и осуществить: решениетаких проектных задач, как анализ функционирования САУ, их устройств и элементов; исследованиевлияния изменения параметров и возмущающих воздействий на стабильность характеристик САУ, выборструктурной схемы САУ по задаваемым проектировщиком критериям; 13

• 
  Слайд 14
  

  оценки устойчивости, динамических и статических ошибок для различных значений параметров выбранной структурной схемы и возмущающих воздействии. Основное требование к подсистеме моделирования САПР САУ - создание более эффективного по отношению к макетированию инструмента для решения перечисленных проектных задач. 14

• 
  Слайд 15

  3. Пример моделирования САУ программным методом.

  Рассмотрим пример моделирования САУ, структурная схема которой имеет вид: 15 Ru P Py - УУ ОУ

• 
  Слайд 16
  

  16 - задающее воздействие; - сигнал ошибки и его производная; - управляющее воздействие; - управляемая координата; - координатное возмущение; - параметрические возмущения; - оператор УУ; - оператор ОУ; ГДЕ:

• 
  Слайд 17
  

  Пусть в устройстве управления УУ формируется управляющее воздействие U(t) вида: 17 Пропорциональная , Интегральная Дифференциальная

• 
  Слайд 18
  

  18 Объект управления – инерционное звено первого порядка с самовыравниванием и запаздыванием (ИНТ) Знать: моделирование дифференциальной и интегральной составляющих P K1 K2/P K3P возмущение - коэффициент усиления пропорциональной составляющей - коэффициент усиления интегральной составляющей - коэффициент усиления дифференциальной составляющей Р Р

• 
  Слайд 19
  

  19 Моделирование инерционного объекта. Пусть необходимо оценить динамику системы управления при воздействии единичных координатных возмущений f(t) иys(t)(оценка режима стабилизации и управления по заданию). Уравнение Эйлера где y1 - производная hT Р

• 
  Слайд 20
  

  20 Моделирование звена запаздывания предыстория Введем одномерный массив YR [N1] размерностью N1 элементов. где - шаг моделирования 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Y=YR(J)

• 
  Слайд 21
  

  21 Запись предыстории процесса при нулевых начальных условиях YR(i) = 0 начало YX=0, IT=0, j=1, T0, TK, HT, K, T, ТАУ, K1, K2, K3, YS, F , Х1=0, Y, N1 = [ТАУ/НТ] i = 1 i ≤ N1 C1 = K / T C2 = -1 / T Зануление массива для формирования Запаздывания или + i=i+1 Размерность массива ВВОД ИСХОДНЫХ ДАННЫХ +

• 
  Слайд 22
  

  22 T = T O X1 = Ys-Y X2 = (X1-XP)/HT IT =IT+ (X1+XP)/2*HT U =K1* X1+K2* IT+K3* X2 XT=F+U Y1 = C1* XT+C2* YX YX = YX+Y1* HT ХР=Х1 ошибка Х2-производная интеграл Управляющее воздействие Метод ЭЙЛЕРА Предыдущее значение ошибки

• 
  Слайд 23
  

  23 Y = YR(j) YR(j)=YX J=J+1 J> N1 J= 1 T = T + HT T ≤TK КОНЕЦ + + печать Сброс счётчика загрузки массива запаздывания Моделирование запаздывания