Лабораторна робота 3 Тема: Моделювання систем управління в пакеті Simulink
Мета роботи: освоєння методів моделювання лінійних систем в пакеті Simulink, отримання практичних навичків при моделюванні лінійних систем.
Забезпечення заняття:
Комп'ютер із встановленою програмою MATLAB
Інструкція до лабораторної роботи
Методичні вказівки
1. Основні положення
Пакет Simulink призначений для моделювання систем. Вся модель будується з блоків, що мають входи і виходи. Існує бібліотека стандартних блоків, крім того, можна створювати свої власні блоки будь-якої складності. Існують дві групи спеціальних пристроїв – джерела сигналів (Sources) і пристрою виведення (Sinks).
Блоки мають назви. Для того, щоб змінити назву, треба клацнути по ньому ЛКМ і відредагувати текст1.
Кожний блок має свої властивості, що настроюються. Для їх зміни треба двічі клацнути на блоці і змінити потрібні значення в діалоговому вікні.
Для того, щоб повернути блок на 90 градусів, треба виділити його і натискувати клавіші Ctrl+R. Комбінація Ctrl+І дозволяє виконати дзеркальне віддзеркалення входів і виходів.
Верхнє меню Format призначено для зміни оформлення виділеного блоку. Також для цієї цілі можна використовувати контекстне меню ПКМ – Format. Для виділеного блоку можна змінити колір тексту і ліній (Foreground color), колір фону (Background color), вивести тінь (Show drop shadow), перемістити назву на іншу сторону (Flip name).
Для виділення одного блоку або сполучної лінії треба клацнути ЛКМ по потрібному елементу. Для того, щоб виділити декілька блоків, треба «обвести» їх при тому, що натискувати ЛКМ. Клавіша Delete видаляють виділену частину. Щоб скопіювати блок (або виділену частину), треба перетягнути його при натискуючій правій кнопці миші (ПКМ).
Блоки з'єднуються лініями зв'язку, по яких розповсюджуються сигнали. Для того, щоб з'єднати блоки, треба клацнути ЛКМ по джерелу сигналу і потім, при натискуючій клавіші Ctrl, по блоку-приймачу. Можна також протягнути мишкою лінію зв'язку між потрібним виходом і входом.
Щоб подати один сигнал на два блоки (зробити «розвилку»), треба спочатку створити одну лінію звичайним способом. Щоб провести другу лінію, слід натискувати праву кнопку миші на лінії в точці розвилки і протягнути лінію до другого блоку.
Модель можна скопіювати в буфер обміну у вигляді растрового малюнка. Для цього у вікні моделі треба вибрати у верхньому меню пункт Edit – Copy model to clipboard. Заздалегідь краще зменшити розміри вікна до мінімальних, щоб не було білих полів.
на панелі інструментів. Ця ж кнопка дозволяє зупинити моделювання при необхідності.
Параметри моделювання (метод інтеграції, обробка помилок) встановлюються за допомогою вікна Simulation – Parameters. Найважливіші параметри – цей час моделювання (Stop time) і метод чисельної інтеграції рівнянь (Solver options).
В роботі розглядається система управління судном по курсу. Її структурна схема показана на рисунку 1.
Рисунок 1 - Структурна схема системи стабілізації судна на курсі
Лінійна математична модель, що описує рискання судна, має вигляд
де
– кут рискання (кут відхилення від
заданого курсу), – кутова швидкість
обертання навкруги вертикальної осі,
– кут повороту вертикального керма
щодо положення рівноваги, – постійна
часу, – постійний коефіцієнт, що має
розмірність рад/сек. Передавальна
функція від кута повороту керма до кута
рискання запишеться у вигляді
.
Привід (рульова машина) приблизно моделюється як інтегруюча ланка, охоплена одиничним негативним зворотним зв'язком, так що його передавальна функція рівна
.
Для вимірювання кута рискання використовується гірокомпас, математична модель якого записується у вигляді аперіодичної ланки першого порядку з передавальною функцією2
.
Досліджуються перехідні процеси в системі при використовуванні Пд-регулятора
,
і Під-регулятора
.