Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

SPbGLTU_SimInTech_2020

.pdf
Скачиваний:
12
Добавлен:
03.12.2024
Размер:
10.45 Mб
Скачать

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени С.М.Кирова

Кафедра информационных систем и технологий

Хабаров С.П. Шилкина М.Л.

ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ В СРЕДЕ SIMINTECH

Санкт-Петербург

2019

Рассмотрено и рекомендовано к изданию Институтом леса и природопользования

Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета 16 февраля 2018 г.

С о с т а в и т е л и :

кандидат технических наук, доцент С.П. Хабаров, кандидат технических наук, доцент М.Л. Шилкина

О т в . р е д а к т о р :

кандидат технических наук, профессор А.М. Заяц

Р е ц е н з е н т :

кафедра информационных систем и технологий СПбГЛТУ

Основы моделирования технических систем в среде SimInTech / сост.: С.П. Хабаров, М.Л. Шилкина − СПб.: СПбГЛТУ, 2019. − 130 с

.

Пособие дает представление о компьютерном моделировании автоматических систем, содержит краткое описание среды динамического моделирования технических систем SimInTech, методические указания к лабораторным работам, целевое назначение которых - изучить и освоить методы компьютерного проектирования автоматических систем и построения распределенных моделей таких систем, использующих общесистемную базу данных.

Предназначено для бакалавров направления 09.03.02, обучающихся по специальности «Информационные системы и технологии», а также магистров направления 09.04.02 и студентов других специальностей, связанных с прикладной математикой и информатикой.

Ил. 164. Библиогр. 4 назв.

Темплан 2019 г. Изд. № 18

ВВЕДЕНИЕ

SimInTech — система автоматизированного проектирования логико-динамических систем, описываемых во входо-выходных отношениях, в виде систем обыкновенных дифференциальных уравнений и/или дифференциально-алгебраических уравнений, а также описываемых в виде расчётных («нодализационных») схем для специализированных решателей (расчётных кодов) термогидродинамических и электромеханических процессов.

Название SimInTech является сокращением от перевода на английский язык оригинального названия технологии программного комплекса «МВТУ» (Моделирование в Технических Устройствах, Simulation In Technic). SimInTech предназначена для детального исследования и анализа нестационарных процессов в ядерных и тепловых энергоустановках, в системах автоматического управления, в следящих приводах и роботах, и, вообще говоря, в любых технических системах, описание динамики которых может быть представлено в виде системы дифференциально-алгебраических уравнений и/или реализовано методами структурного моделирования. Основными направлениями использования SimInTech являются создание моделей, проектирование алгоритмов управления [2], их отладка на модели объекта, генерация исходного кода на языке Си для программируемых контроллеров.

Для SimInTech созданы и разрабатываются модули расширения, позволяющие создавать модели на базе специализированных расчетных кодов и интегрировать их в комплексные модели и проекты [1].

Данный программный комплекс может:

использоваться для моделирования нестационарных процессов

вфизике, в электротехнике, в динамике машин и механизмов,

вастрономии и т.д., а также для решения нестационарных краевых задач (теплопроводность, гидродинамика и др.);

функционировать в мультикомпьютерных моделирующих комплексах, в том числе и в системах удаленного доступа к технологическим и информационным ресурсам;

функционировать как САПР при групповой разработке и сопровождении жизненного цикла изделия (проекта) при мо- дельно-ориентированном подходе к проектированию.

Областями применения системы SimInTech являются:

Проектирование автоматических регуляторов.

Проектирование алгоритмов логико-дискретного и функцио- нально-группового управления.

3

Проектное расчетное обоснование алгоритмов автоматизированных систем управления технологическими процессами.

Программно-инструментальное средство разработки и функционирования модели АСУ ТП в составе полномасштабной модели объекта управления.

Косновным функциональным возможностям SimInTech относятся:

Универсальная модульная графическая оболочка, позволяющая реализовать возможность подключения сторонних модулей и создания расчётных схем различного класса, в сочетании с возможностью создания видеокадров для отображения и управления расчётом.

Возможность моделирования систем различного типа в рамках единой оболочки с обменом данными между различными расчётными программами через единую базу сигналов и синхронизацией.

Моделирование и анализ систем управления.

Генерация кода для исполнительной системы.

Возможность удалённой отладки программ, собранных на целевой системе по сгенерированному коду, с выводом данных непосредственно на исходную схему алгоритма.

Программный комплекс SimInTech реализует следующие режимы работы:

Моделирование — режим работы, который обеспечивает:

моделирование нестационарных процессов в непрерывных, дискретных и гибридных технических системах, в том числе и при наличии обмена данными (синхронный или асинхронный) с внешними программами и устройствами;

редактирование параметров структурной схемы и расчета в режиме "on-line";

расчет в реальном времени или в масштабированном модельном времени;

рестарт, архивацию и воспроизведение результатов моделирования.

Оптимизация — позволяет решать задачи:

параметрической оптимизации САУ и идентификации опытных данных;

синтеза оптимальных регуляторов и оптимального управления в многокритериальной постановке при наличии ограничений на значения динамических переменных, управляющих воздей-

4

ствий, параметров элементов системы автоматического управления, функционалов качества.

Анализ — режим работы, который обеспечивает:

расчет амплитудно-фазовых частотных характеристик для любой линейной и большинства нелинейных систем (ЛАХ, ФЧХ, различные годографы и др.);

расчет коэффициентов, полюсов и нулей передаточных функций.

Контроль и управление — этот режим позволяет:

создавать электронные (виртуальные) аналоги измерительных приборов и управляющих устройств — для оперативного контроля и управления переходными процессами в объекте моделирования;

выполнять статистическую обработку сигналов (в том числе и внешних), основанную на быстром преобразовании Фурье.

Генерация кода — данный режим очень важен, так как обеспечивает:

автоматическое создание кода на языке Си или на языке промышленных контроллеров ST по набранным в SimInTech схемам алгоритмов;

сборку расчетного модуля, загрузку его на целевую систему, отладку выполнения модуля (алгоритма) на внешней целевой системе;

автоматизированную организацию межприборного обмена в случае программирования нескольких приборов одновременно.

SimInTech не имеет аналогов среди отечественного ПО. За рубежом его аналогами являются такие программные продукты, как, на-

пример, SimuLink, MATRIX, VisSim, SimulationX.

Версии SimInTech 1.1 соответствует версия ПК «МВТУ» 4.0. Более новая версия SimInTech 1.2, особенно ее графическая часть, использует технологию Direct2D, минимально необходимой операционной системой для которой является Windows 7.

Разработчиком и распространителем системы является ООО «ЗВ Сервис», на сайте которой http://simintech.ru/ представлены подробные данные о системе и большой объем справочной информации.

5

1. ОСНОВЫ РАБОТЫ В SIMINTECH

Лабораторная работа № 1

Целью данной лабораторной работы является:

1.Получить общее представление о системе SimInTech.

2.Познакомиться с основными методами и приемами работы в этой среде.

3.Изучить возможности встроенной в пакет справочной системы.

4.Рассмотреть ряд примеров проектов, включенных в состав пакета.

Среда динамического моделирования технических систем SimInTech является гибким и мощным средством для разработки сложных расчетных моделей. Создание таких моделей требует специального инструмента для подготовки модели и возможности ее разделения на более простые части для удобства коллективной работы. В комплексной модели могут быть объединены расчеты физических процессов, рассчитываемых по различным расчетным кодам (тепло-гидравлическим, электрическим и др.).

1.1. Концепция создания комплексной модели объекта в среде

SimInTech

Одной из основных особенностей использования SimInTech для создания комплексных моделей является идеология использования «Базы данных сигналов» — структурированного списка переменных, обеспечивающих обмен расчетными значениями между расчетными схемами в единой модели.

База данных сигналов SimInTech является объектной и обеспечивает пользователю удобное решение следующих задач:

объединение нескольких расчетных схем в единую модель;

обеспечение возможности векторной обработки сигналов для типовых алгоритмов управления;

объектно-ориентированное проектирование модели технических систем;

автоматизацию создания и обработки переменных в комплексных моделях.

Общий вид концепции применения базы данных сигналов для комплексного моделирования представлен на рис. 1.1.

6

Рис. 1.1. Концепция БЗ сигналов комплексной модели SimInTech

При создании модели с использованием базы данных сигналов возможно разделение сложной комплексной модели на произвольное количество более простых расчетных схем и отладка каждой схемы, сначала автономно, потом в составе комплексной модели.

Использование базы данных сигналов позволяет подключать сторонние расчетные коды для моделирования специализированных физических процессов. База данных сигналов обеспечивает также подключение реальной аппаратуры управления к модели, для тестирования аппаратуры управления на математической модели объекта.

Для создания простых моделей возможности базы данных сигналов могут показаться лишними и обременительными, в подобных случаях достаточно задавать значения глобальных переменных проекта через таблицу сигналов проекта (меню Сервис -> Сигналы). Однако для комплексных моделей (например, комплексная математическая модель динамики ЯЭУ [3]) использование предложенного подхода дает огромное преимущество перед конкурентными моделирующими программными продуктами.

1.2. Первый запуск SimInTech

Перед тем, как приступать к выполнению вводного курса из раздела справочной системы SimInTech «Учебные задания по работе с программным обеспечением SimInTech на примере создания простейшей комплексной модели»справочной системы SimInTech, рассмотрим саму среду динамического моделирования SimInTech. Порядок установки и регистрации

7

описан в «Инструкции по установке и регистрации ПО SimInTech» (доступна для скачивания на сайте www.simintech.ru).

Запуск среды SimInTech осуществляется одним из двух способов:

С помощью ярлыка, появляющегося на рабочем столе после установки SimInTech;

В зависимости от версии операционной системы (применительно к ОС Windows):

Windows XP, 7, 10 — с помощью стартового меню «Пуск»;

Windows 8, 8.1 — с помощью выбора ярлыка на экране приложений.

После запуска приложения на экране появится Главное Окно среды динамического моделирования SimInTech (рис. 1.2)

Рис. 1.2. Главное Окно SimInTech

Данное окно можно поделить на три области:

1 область — Главное Меню;

2 область — Панель инструментов (кнопок);

3 область — Палитра блоков.

Главное меню позволяет производить настройку программы под конкретные нужды пользователя, управлять созданием, редактированием и расчетом сформированных схем, содержит инструменты работы с БД, настройки визуального вида схемного окна и пр.

Существует возможность пользовательской настройки интерфейса программного комплекса в параметрах SimInTech. Для того, чтобы перейти в эти настройки, необходимо в Главном меню выбрать Файл–

>Параметры…(рис. 1.3)

Панель инструментов является настраиваемой областью с набором кнопок, отвечающих за некоторые часто используемые команды.

Отображение групп кнопок пользователь может изменять по своему усмотрению. Для того, чтобы отобразить или скрыть нужные кнопки, необходимо кликом правой кнопки мыши по области меню вызвать выпадающее меню, в котором затем нужно проставить или снять галочки напротив нужных пользователю групп кнопок (рис. 1.4).

Палитра блоков — это набор библиотек блоков, который используется для формирования расчетных схем. Создание расчетных схем с помощью блоков — один из способов разработки расчетных мо-

8

делей. Следует иметь в виду, что изображение блока в палитре и на схеме не всегда совпадают, поэтому поиск нужного блока лучше осуществлять по названию в справочном разделе SimInTech. В палитре блоков в виде дерева также реализован поиск по названию блока.

Рис. 1.3. Расположение меню «Параметры…» и окно «Параметры»

Рис. 1.4. Контекстное меню настройки панелей инструментов

9

Стоит отметить, что набор блоков в Палитре блоков изменяется в зависимости от выбранного типа решателя схемы. Если выбран решатель «Автоматика», то отображается палитра блоков для реализации схем автоматики, а в том случае если выбран решатель «Теплогидравлика», то отображается набор блоков для реализации теплогидравлических моделей. Создать новую расчетную схему можно двумя способами:

выбрать в Главном меню пункт «Файл», далее пункт «Новый проект», а затем из выпадающего списка выбрать нужный тип расчетной схемы;

воспользоваться кнопкой «Новый проект» в группе «Файл» панели инструментов. Затем выбрать нужный тип файла.

Взависимости от установленной конфигурации среды, в SimInTech может отображаться разный набор типов файлов. В базовой версии среды SimInTech доступны следующие типы:

- Схема TPP;

- Схема автоматики;

- Схема теплогидравлики;

- Пакет;

- Пустой проект.

После выполнения одного из вышеупомянутых способов на экране появится новое окно. Для данного окна полностью применим функционал стандартных методов операционной системы при работе с окнами: можно изменять визуальные размеры окна, его расположение на экране, можно сворачивать окно, разворачивать окно на весь экран и пр. При сохранении проекта сохраняются и настройки окна, такие как размеры и расположение на экране.

При открытии окна, когда уже ранее открыто несколько окон, новое окно будет активным для редактирования, остальные же окна автоматически перейдут в пассивный режим. Активировать их можно одиночным кликом левой кнопки мыши по окну, либо вызвав данное окно из строки состояния.

Рассмотрим подробнее области данного окна:

- 1 область — меню окна проекта;

- 2 область — панель инструментов настройки схемы и управления расчетом;

- 3 область — форма расчетной схемы;

- 4 область — строка отображения расчетной информации. Меню окна проекта отвечает за основные функции работы со схе-

мой, такие как создание новой схемы, сохранение схемы, открытие ранее созданных схем, вызов базы данных, предоставление доступа к

10