2 Описання програмного комплексу «мвту»

Програмний комплекс «Моделювання в технологічних приладах» (МВТУ) – сучасне середовище інтелектуальної САПР (Системи Автоматизованого Проектування), призначений для детального дослідження і аналізу нестаціонарних процесів в системах автоматичного управління, в слідкуючих приводах і роботах, в будь-яких технічних системах, описання динаміки яких може бути виконане за допомогою методів структурного моделювання.

«МВТУ» може бути використаний для моделювання нестаціонарних процесів в фізиці, в електротехніці, в динаміці машин і механізмів, в астрономії і т.д., а також для розв’язування нестаціонарних крайових задач (теплопровідність, гідродинаміка і інші). Може функціонувати в багато комп’ютерних моделюючих комплексах, в тому числі і в системах віддаленого доступу до технологічних і інформаційних ресурсів.

Програмний комплекс «МВТУ» розроблений в Росії і відповідно русифікований. Даний програмний комплекс є альтернативою таких програмних продуктів, як Simulink, MATRIX, VisSim і т.д. Інформація про авторів наведена на рис.1 у вигляді екранної копії заставки під час запуску даного програмного комплексу.

7

З а у в а ж е н н я. Навчальна версія даного програмного комплексу завантажується із сайту розробника безкоштовно.

Рисунок 1. Інформація про авторів ПК «МВТУ»

Програмний комплекс «МВТУ» реалізує 5 таких основних режимів роботи:

4.1. МОДЕЛЮВАННЯ, забезпечує:

4.1.1 Моделювання нестаціонарних процесів в безперервних, дискретних і гібридних технічних системах, в тому числі і при наявності обміну даними (синхронний або асинхронний) із зовнішніми програмами і приладами;

4.1.2 Редагування параметрів структурної схеми і розрахунок в режимі «on-line»;

4.1.3 Розрахунок в реальному часі або в режимі масштабування модельного часу;

4.1.4 Рестарт, архівацію і відтворення результатів моделювання;

4.1.5 Виконувати статичне оброблення сигналів (в тому числі і зовнішніх), основану на швидкому перетворені Фур’є .

4.2. ОПТИМІЗАЦІЯ, дозволяє вирішувати задачі:

4.2.1 Параметрична оптимізація САУ і ідентифікація досліджуваних даних;

8

4.2.2 Синтез оптимальних регуляторів і оптимального управління в багатокритеріальній постановці при наявності обмежень на значення динамічних змінних, керуючої дії, параметрів елементів системи автоматичного управління,

функціоналів якості.

4.3. АНАЛІЗ, забезпечує:

4.3.1 Розрахунок амплітудно-фазових частотних характеристик для будь-якої лінійної і більшості нелінійних систем (ЛАХ, ФЧХ, різноманітні годографи і інші);

4.3.2 Розрахунок коефіцієнтів, полюсів і нулів передаточних функцій.

4.4. СИНТЕЗ, дозволяє:

4.4.1 Реалізувати синтез регуляторів по заданим частотним характеристикам;

4.4.2 Реалізувати синтез регуляторів по заданому розміщені корнів характеристичного рівняння (полюсів передаточних функцій).

4.5. КОНТРОЛЬ І УПРАВЛІННЯ, дозволяє:

4.5.1 Створювати віртуальні аналоги пультів управління із вимірювальними приладами і управляючими пристроями, які застосовуються до задач оперативного контролю і управління робочими процесами в технічних системах;

4.5.2 Створювати віртуальні аналоги мнемосхем із мультимедійними ефектами (враховуючи анімаційні ефекти) для застосування до задач оперативного контролю і управління технологічними процесами.

В зв’язку тим, що лабораторна робота виконується в режимі МОДЕЛЮВАННЯ, розглянемо більш детально особливості цього режиму.

Принцип моделювання в ПК «МВТУ» – це створення і дослідження віртуального аналога реальної системи – моделі. Модель функціонує у відповідності з тими самими рівняннями, що і змодельована система. Під час

моделювання не обов’язково записувати дані рівняння в явному вигляді - це виконає програма. Модель складається користувачем в спеціальному вікні прог-

9

рами шляхом з’єднання окремих віртуальних блоків, що відповідають елементам реальної системи.

Віртуальні блоки умовно представляються на робочім просторі вікна моделі

прямокутниками, тобто їх бачить дослідник: вони мають входи і (або) виходи і функціонують у відповідності з визначеними рівняннями, алгоритм розв’язання яких реалізується в цифровому вигляді. Під функціонуванням віртуального блоку розуміється те, що він реагує на віртуальні впливи (функції часу), які подаються іншими блоками на його вхід, визначаючі зміну величини вихідного сигналу.

Взаємодія між блоками умовно відображається на робочому просторі вікна моделі у вигляді з’єднувальних ліній. З’єднувальні лінії в ПК «МВТУ», як і блоки, є одно направленими, передають віртуальний вплив лише в одному напрямку. Іншими словами, наступні блоки і ланки не впливають на роботу попередніх.

Сигнал, діючий в моделі можна спостерігати і реєструвати віртуальними індикаторами. Для цього програма створює спеціальні вікна з часовими, частотними графіками, фазовими портретами і інші.

Параметри і характеристики блоків, як і структуру схеми моделі, дослідник може змінювати. Програма надає можливість розраховувати різноманітні характеристики побудованих моделей, зокрема амплітудно-частотну характеристику, аналізуючи які, можна глибоко вивчити властивості моделі, а відповідно, і модельованої реальної системи.

Модель ПК «МВТУ» може бути збережена у вигляді окремого файлу, і при необхідності, відкрита знову.

Програмний комплекс «МВТУ» використовує розвинутий графічний інтерфейс,який дозволяє головну частину створення моделі виконувати за допомогою миші, а параметри елементів ввести з клавіатури. Інтерфейс ПК «МВТУ» складається із головної панелі (головного вікна), на якому розміщені

10

пункти меню і ряд кнопок управління, які приймають натискання кнопок миші, і сукупності вікон, в яких будується модель і спостерігаються результати її роботи.

Головна панель – головне вікно програми, яке з’являється у верхній частині екрана після запуску ПК «МВТУ» (рис. 2).

Рисунок 2. Головна панель ПК «МВТУ»

Верхня частина головного вікна – панель управління. Вона містить меню і кнопки управління і налаштування. Нижня частина головного вікна це так названа Палітра блоків – структурований набір вкладок, який містить зразки моделей різноманітних елементів, які можуть бути винесені у вікно моделі (схемне вікно).

Розглянемо три важливих наборів елементарних блоків: генератори, індикатори і моделі лінійних елементів, які дозволяють будувати моделі лінійних систем і об’єктів і будуть детальніше розглянуті в подальшому.

З а у в а ж е н н я. В зв’язку з тим, що ПК «МВТУ» русифікований, всі коментарі до роботи з ним (назви вкладок, блоків, режимів тощо) в подальшому наводяться мовою оригінала.

Генератори сигналів знаходяться у вкладці Источники головної панелі. Важливими джерелами сигналу є генератори ступінчатого і синусоїдального сигналу. Кнопка зі стрілочкою Вправо дозволяє переглянути і інші джерела сигналів.

Елементи лінійних систем – це блоки, моделюючі елементи лінійних систем і об’єктів різної складності, які розташовані у вкладці Динамические.

11

Індикатори і регістратори: важливі регістратори – віртуальні осцилографи (блок Временной график).

З’єднувальні лінії дозволяють відобразити взаємодію між окремими елемен-

тами реальної системи. В ПК «МВТУ» з’єднувальні лінії одно направленні: вони передають віртуальні сигнали з виході блоків на їх входи. Це означає, що в модельованих системах наступні блоки не повинні впливати на роботу попередніх блоків. Дану вимогу необхідно виконувати при складані функціональної системи модельованої системи, належним чином виділяючи її функціональні елементи. Лінії проводяться від одного блоку моделі до другого за допомогою миші.

Розглянемо лише головні процедури роботи, вивчення яких є обов’язковою умовою для самостійної роботи в режимі МОДЕЛЮВАННЯ.

Команди і опції виконуються або за допомогою командних кнопок, призначення яких наведено у відповідному розділі.

Формування, редагування структурної схеми проекту (задачі), ввід параметрів блоків, початкових умов, вибір методу і параметрів інтегрування проводяться з використанням, як спеціальних графічних процедур, так і за допомогою команд, або командних кнопок.

Структурну схему досліджуваної задачі рекомендовано попередньо зобразити на папері приблизно в тому ж виді, в якому ви бажаєте бачити її на екрані монітора.

Формування структурної схеми і її параметрів, вибір методу, параметрів інтегрування і т.д. доцільно проводити в наступному порядку:

- використовуючи «Панель» типових блоків заповнити Схемне Вікно необ-

хідними блоками приблизно так само, як вони повинні бути розташовані в структурній схемі;

- використовуючи процедуру «переміщенням» блоків, змінюючи орієнтацію блоків і їх розмірів придайте структурній схемі «осмислений» вигляд;

12

- використовуючи маніпулятор типа «миша», з’єднати блоки лініями зв’язку;

- рухаючись зліва направо і зверху вниз (по блокам в Схемному Вікні) задайте параметри блоків на структурній схемі (коефіцієнти підсилення, сталі

часу, початкові умови і т.д.);

- використовуючи кнопку Параметры расчета, задайте кінцеве значення часу інтегрування, виберіть необхідний метод інтегрування і інші параметри розрахунку;

- збережіть набрану схему (проект) під оригінальним іменем на жорсткому диску (наприклад, proba.mrj);

- запустіть задачу на розрахунок, подивіться дані результати в графічному вікні і проаналізуйте.

Перший етап – ввід структурної схеми (заповнення типовими блоками) – можна розпочинати зразу після запуску програмного комплексу в чистому Схемному Вікні (створіть його однократним натисканням лівої кнопки миші на командну кнопку Новый).

Створивши всі блоки структурної схеми і встановивши їх параметри, перейдіть до важливого другого етапу – проведення з’єднувальних ліній. Для цього перемістіть курсор на вихідний порт блока Вхідний вплив (генератор сигналу), натисніть лівою кнопкою миші і відпустивши клавішу, «протягніть» горизонтальну лінію зв’язку до вхідного (верхнього) порту наступного блоку.

Знову клацніть лівою клавішею миші – на вході блока з’явиться типова вхідна стрілка. Якщо ви виконали натискання лівою клавішею миші раніше, ніж лінія, яку ви проводите, ввійшла «в притягання» вхідного порту, дотягніть лінію зв’язку до відповідного вхідного порту і натисніть лівою клавішею миші.

Якщо необхідно виконати поворот на 90 градусів в лінії зв’язку, клацніть лівою клавішею миші і продовжуйте проведення лінії в новому напрямку.

13

Якщо ви бажаєте перервати процедуру проведення лінії зв’язку (наприклад тому, що «некрасиво»), натисніть клавішу Shift і не відпускаючи її, клацніть лівою

клавішею миші - лінія обірветься. В подальшому можна видалити дану лінію таким чином: виділити її (натиснувши лівою клавішею миші по лінії) і потім видалити за допомогою командної кнопки Вырезать (піктограма «ножиці»).

Якщо виникла потреба виконати відгалуження на одній із ліній зв’язку, перемістіть курсор на дану лінію зв’язку, натисніть на клавішу Ctrl і не відпускаючи, натисніть лівою клавішею миші: з’явиться темна точка. Відпустіть клавіші, проведіть лінію зв’язку вниз (малої довжини). Так ви отримаєте «відгалуження» від існуючої лінії зв’язку.

Якщо вам необхідно змінити напрямок сигналу будь-якого блоку, наприклад, при складанні структурної схеми з'єднання зі зворотнім зв’язком, слід пересунути курсор на цей блок, натиснути на клавіатурі Shift і не відпускаючи її, натисніть один раз ліву клавішу миші – порти блока перевернуться на 90 градусів проти годинникової стрілки. Повторіть таку процедуру ще один раз – орієнтація блока стане справа-наліво.

Подальші коментарі до роботи з ПК «МВТУ» наведені нижче як рекомендації до виконання лабораторної роботи.