Математическое моделирование и проектирование систем автоматики
..pdf
быть получена с помощью инструментальных средств программного пакта «Workbench».
Рис. 59. Схема модели последовательного регистра в пакете «Workbench»
На этой схеме последовательный регистр состоит из четырех D триггеров. Двоичный сигнал для этого регистра формируется в первом разряде сигнала генератора цифровых сигналов. Этот сигнал потактово подается на D вход первого триггера этого регистра. Восьмой разряд сигнала с этого генератора является тактовым для всех триггеров регистра. На седьмом разряде этого сигнала формируется команда разрешения считывания информации из регистра в параллельном коде. Эта команда одновременно подается на все ключи И, при этом считываемый сигнал поразрядно подается на соответствующие входы анализатора цифровых сигналов и на светодиоды Y1, Y2, Y3, Y4. За каждый тактовый импульс меняется содержание выходного сигнала генератора цифровых сигналов, в результате чего меняется состояние каждого D триггера последовательного регистра. Состояние этих триггеров регистрируется состоянием светодиодов Q1, Q2, Q3, Q4.
Регистрация выходной информации последовательного регистра в последовательном коде осуществляется потактово через состояние светодиода Y4, а также через состояние уровня сигнала на восьмом канале анализатора цифровых сигналов.
131
Пакеты прикладных программ, реализующих объектномодульные анимационные модели, предусматривают инструментальные средства для контроля как точности, так и правильности соединения соответствующих входных и выходных каналов этих модулей. Дело в том, что анимационные модули могут иметь как дискретные, так и аналоговые каналы. При этом посылка дискретного сигнала на аналоговый вход модуля категорически недопустима, как недопустимо смешение в одной команде различных типов переменных при составлении программ для ЭВМ.
Как правило, каналы дискретного и аналогового типов в схемах анимационных моделей имеют различную окраску или структуру соединительных линий. Примером этому может быть структура анимационной модели, составленной в программном пакете «Zelio-Soft2», представленная на рис. 60.
В этой анимационной модели происходит последовательное включение в работу одного из двух технологических объектов LCD. Продолжительность времени работы каждого из этих объектов определяется числом импульсов, по истечению которых на выходе счетчика COUNT появляется выходной сигнал, включающий в работу один из объектов LCD. Сигналы на входе этого счетчика формируются генератором секундных импульсов, а на его выходе появляется единичный сигнал только тогда, когда число секундных импульсов, поданных на его вход, превышает заданное их число. Число заданных импульсов срабатывания счетчика постоянно меняется. Это число потактово формируется программатором CAM в форме восьмиразрядного двоичного слова, пять младших разрядов которого подаются с выхода программатора на вход цифроаналогового преобразователя CNR. Выходной аналоговый сигнал этого преобразователя подается на вход задания числа импульсов счетчика. Одновременно этот же выходной сигнал подается на вход ввода задания аналогового параметра на триггере «Шмитта».
132
Рис. 60. Структура анимационной модели импульсного управления объектами
На другой вход этого триггера подается аналоговый сигнал текущего состояния счетчика, который сравнивается с аналоговым сигналом, поступающим с программатора. В случае равенства текущего значения сигнала счетчика и сигнала заданного на этом триггере программатором последний формирует дискретный сигнал высокого уровня, который обнуляет счетчик и программатор.
Вструктуре этого примера участвуют сигналы различного типа, смешение которых недопустимо, поэтому для каждого из них существуют свои линии связи. Линия связи аналогового сигнала обозначена двойной серой линией, в то время как дискретные сигналы передаются по сплошной линии связи, цвет которой меняется в зависимости от уровня передаваемого сигнала (красный для состояния ON и голубой для состояния
OFF).
Вболее сложных объектно-модульных программах анимационного моделирования используются программные пакеты, в которых предоставляется возможность формирования подпрограмм, структурно объединенных между собой по заданной логической схеме. При этом каждая из этих подпрограмм может быть составлена на любом вышеописанном алгоритмическом языке. Пример такой программы представлен на рис. 61.
133
Рис. 61. Структура фрагмента рабочей программы анимационной модели управления огнями светофора
Она составлена в программном пакете «CodeSys» для моделирования работы светофора. В ее состав входят три подпрограммных блока. Блок Perecluch является основным для этой модели. Он имеет вход Start и два выхода Transform1 и Transform2. Входной сигнал на вход Start этот блок получает с пусковой кнопки IN, а его выходные сигналы подаются на смежные блоки SVET1(transform) и SVET2(transform). Оба эти блока структурно одинаковы, но имеют разную рабочую логику, так как один из них управляет огнями светофора при одном направлении переключения огней, а другой блок управляет этими огнями в обратном направлении их переключения. Поэтому каждый из этих блоков имеет свою специфику программирования, хотя у них одна и та же структура Transform.
Структура блока Transform включает в себя входной параметр STATUS и три выходных параметра: ZEL, JEL, KRAS. Логика переключения огней светофора (параметров ZEL, JEL и KRAS) определяется состоянием параметра STATUS, которое формируется в блоке Perecluch.
134
Таким образом, анимационные модели могут состоять из отдельных подпрограммных блоков с одинаковой структурой, но с различной логикой исполнения заданного алгоритма, при этом параметры одного блока могут быть переданы в другие блоки по соответствующим линиям связи.
135
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Амиров Ю.Д. Основы конструирования. М., 1991.
2.Проектирование и конструирование / Р. Гельмерих [и
др.]. М., 1990.
3.Дитрих Я. Проектирование и конструирование. М., 1981.
4.Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем. М., 1986.
5.Машинная графика / И. Гардан [и др.]. М., 1987.
6.Джамшиди М. Автоматизированное проектирование систем управления. М., 1989.
7.Численные методы в инженерных исследованиях / В.Е. Краекевич [и др.]. М., 1986.
136
Оглавление |
|
Введение................................................................................................... |
3 |
1. Основы проектирования технических объектов......................... |
4 |
1.1. Понятие о техническом объекте................................................... |
4 |
1.2. Свойства технического объекта................................................... |
6 |
1.3. Принципы конструирования технических объектов................. |
7 |
1.4. Стадии воплощения замысла конструктора в конкретные |
|
технические объекты.................................................................... |
9 |
1.5. Классификация технических объектов (изделий) .................... |
13 |
1.5.1. Классификация изделий как объектов проектирования .. |
13 |
1.5.2. Классификация изделий как объектов производства........ |
15 |
1.5.3. Конструкторско-технологическое кодирование |
|
изделий.................................................................................. |
17 |
1.6. Требования к конструированию изделий.................................. |
18 |
1.7. Технические противоречия технических объектов.................. |
20 |
1.7.1. Классификация технических противоречий...................... |
20 |
1.8. Технические решения при создании технических объектов.. |
22 |
1.9. Техническое творчество и его стадии........................................ |
24 |
1.10. Основы изобретательской деятельности................................. |
26 |
1.11. Стандартизация технических решений (изделий) .................. |
28 |
1.12. Классификационная характеристика |
|
видов проектирования................................................................ |
32 |
1.12.1. Характеристика традиционного (ручного) |
|
проектирования .................................................................... |
32 |
1.12.2. Характеристика автоматизированного |
|
проектирования .................................................................... |
35 |
1.12.3. Структура САПР................................................................. |
37 |
1.12.3.1. Структура технических средств САПР...................... |
38 |
1.12.3.2. Структура программных средств САПР.................... |
40 |
1.12.3.3. Информационное обеспечение САПР....................... |
49 |
2. Моделирование рабочих процессов систем автоматики.......... |
52 |
2.1. Виды моделей процессов систем автоматики........................... |
52 |
2.1.1. Физическое моделирование рабочих процессов |
|
технических объектов.......................................................... |
52 |
2.1.2. Математическое моделирование рабочих процессов |
|
технических объектов.......................................................... |
53 |
137
2.2. Аналоговые математические модели......................................... |
53 |
2.2.1. Прямые и непрямые аналоговые модели............................ |
55 |
2.2.2. Примеры аналоговых моделей динамических звеньев |
|
элементов автоматики.......................................................... |
60 |
2.3. Цифровые математические модели............................................ |
64 |
2.3.1. Точность решения цифровой математической модели..... |
64 |
2.3.2. Структура вычислителя цифровой |
|
математической модели....................................................... |
66 |
2.3.3. Алгоритм вычисления результата цифровой |
|
математической модели и его свойства.............................. |
67 |
2.3.3.1. Формы представления алгоритма................................. |
67 |
2.3.3.2. Типы алгоритмических структур для вычисления |
|
результата цифровой математической модели............. |
69 |
2.4. Методы решения уравнений цифровой математической |
|
модели.......................................................................................... |
74 |
2.5. Принцип и алгоритм численного определения корней |
|
линейных алгебраических уравнений ....................................... |
77 |
2.6. Принцип и алгоритм численного решения системы |
|
алгебраических уравнений......................................................... |
81 |
2.7. Принцип и алгоритм численного дифференцирования............ |
85 |
2.8. Принцип и алгоритм численного вычисления |
|
определенного интеграла............................................................ |
89 |
2.9. Принцип и алгоритм численного определения корней |
|
дифференциального уравнения.................................................. |
94 |
2.9.1. Принцип приближенного определения корней |
|
дифференциального уравнения методом Тейлора ............ |
94 |
2.9.2. Принцип приближенного определения корней |
|
дифференциального уравнения методом Эйлера.............. |
95 |
2.9.3. Принцип приближенного определения корней |
|
дифференциального уравнения усовершенствованным |
|
методом Эйлера.................................................................... |
96 |
2.9.4. Принцип приближенного определения корней |
|
дифференциального уравнения модифицированным |
|
методом Эйлера.................................................................... |
97 |
2.9.5. Принцип и алгоритм численного определения |
|
корней дифференциального уравнения |
|
по методу Рунге – Кутта...................................................... |
98 |
138 |
|
2.9.6. Решение дифференциальных уравнений |
|
высших порядков по методу Рунге – Кутта..................... |
103 |
3. Анимационные модели систем автоматики.............................. |
105 |
3.1. Принципы организации анимационных моделей................... |
106 |
3.2. Языки программирования анимационных моделей............... |
122 |
3.2.1. Язык Instruction List (IL) .................................................... |
122 |
3.2.2. Язык релейных диаграмм (LD).......................................... |
123 |
3.2.3. Язык функциональных блоковых диаграмм (FBD)......... |
124 |
3.2.4. Язык последовательных функциональных схем (SFC)... |
125 |
3.2.5. Язык непрерывных функциональных схем (CFC)........... |
126 |
3.3. Объектно-модульное моделирование...................................... |
127 |
Список рекомендуемой литературы............................................... |
136 |
139