- •В.Г. Новиков моделирование систем
- •Коломна 2007
- •Тема 1. Исследование линейных стационарных систем с помощью пакета прикладных программ MatLab “Control Sistem Toolbox” (“Система управления”)6
- •Тема 2. Цифровая обработка сигналов при Исследовании систем с помощью пакета MatLab “Signal Processing Toolbox”17
- •Тема 3. Моделирование динамических процессов с помощью пакета MatLab “Simulink”29
- •Тема 4. Моделирование процессов в линейных нестационарных динамических системах с использованием подсистемы MatLab “Simulink”40
- •Тема 5. Имитационное моделирование процессов в динамических системах с использованием подсистемы MatLab “Simulink”53
- •Введение
- •Тема 1. Исследование линейных стационарных систем с помощью пакета прикладных программ MatLab “Control Sistem Toolbox” (“Система управления”)
- •1.1. Введение
- •1.2. Ввод и преобразование моделей
- •1.2.1. Основные положения
- •1.2.2. Пример создания модели
- •1.3. Анализ системы
- •1.3.1. Общие положения
- •1.3.1.1. Примеры анализа во временной области
- •1.3.1.2. Примеры анализа в частотной области
- •1.3.1.3. Процедуры, вычисляющие отдельные характеристики и графически показывающие расположение полюсов и нулей системы
- •1.3.2. Примеры анализа во временной области
- •1.3.3. Примеры анализа в частотной области
- •1.3.4. Примеры применения процедур для вычисления полюсов и нулей системы
- •1.4. Задание на самостоятельную работу
- •1.4.1. Структурная схема модели
- •1.4.2. Требования к исследованию модели
- •1.4.3. Исходные параметры модели
- •1.4.4. Отчетность по лабораторной работе
- •Тема 2. Цифровая обработка сигналов при Исследовании систем с помощью пакета MatLab “Signal Processing Toolbox”
- •2.1. Введение
- •2.2. Общие средства фильтрации. Формирование случайных процессов
- •2.2.1. Общие основы линейной фильтрации
- •2.2.2. Формирование случайных процессов
- •2.3. Спектральный и статистический анализ
- •2.3.1. Основные понятия
- •2.3.2. Примеры спектрального анализа
- •2.4. Задание на самостоятельную работу
- •2.4.1 Цифровая обработка сигналов
- •2.4.2. Формирование случайного процесса из белого шума
- •2.4.3. Формирование процесса как сумма гармоник
- •2.4.4. Исходные данные
- •2.4.5. Отчетность по лабораторной работе
- •Тема 3. Моделирование динамических процессов с помощью пакета MatLab “Simulink”
- •3.1. Краткие сведения о подсистеме MatLab simulink
- •3.1.1. Запуск подсистемы simulink
- •3.1.2. Создание модели
- •3.1.3. Некоторые основные приемы подготовки и редактирования модели
- •3.5.1. Установка параметров моделирования
- •3.5.2. Выполнение моделирования
- •3.2.2.2. Результат составления модели
- •3.2.3. Результаты моделирования
- •3.3. Задание на самостоятельную работу
- •3.3.2.3. Отчетность
- •Тема 4. Моделирование процессов в линейных нестационарных динамических системах с использованием подсистемы MatLab “Simulink”
- •4.1. Краткие сведения из теории линейных нестационарных и нелинейных систем автоматического управления
- •4.1.1. Особенности процессов в линейных нестационарных системах
- •4.1.2. Особенности процессов в нелинейных сау
- •4.1.3. Метод фазового пространства
- •4.2. Моделирования процессов в линейных нестационарных и нелинейных динамических системах с использованием подсистемы MatLab simulink
- •4.2.1. Приведение линейного дифференциального уравнения к канонической форме
- •4.2.2. Пример исследования нестационарных и нелинейных процессов
- •4.2.2.1. Постановка задачи
- •4.2.3. Методика формирования модели в системе MatLab
- •4.2.2.3. Пример результатов исследования
- •4.3. Задание на самостоятельную работу
- •4.3.1. Исходная система
- •4.3.2. Требования к работе
- •4.3.3. Отчетность
- •Тема 5. Имитационное моделирование процессов в динамических системах с использованием подсистемы MatLab “Simulink”
- •5. 1. Введение
- •5. 2. Пример имитационного моделирования процессов с использованием подсистемы MatLab simulink
- •5.2.1. Постановка задачи
- •5.2.2. Формирование схемы моделирования
- •5.2.3. Подготовка к имитационному моделированию
- •5.2.3.1. Настройка блока Random Number - источника случайного сигнала с нормальным распределением.
- •5.2.3.2. Настройка блока Uniform Rundom Number - источника случайного сигнала с равномерным распределением
- •5.2.3.3. Настройка блока To Workspace - блока записи в рабочую область Matlab
- •5.2.3.4. Установка параметров моделирования и сохранение модели
- •5.2.3.5. Представление результатов имитационного моделирования
- •5.2.4. Результаты моделирования
- •5.3. Задание на самостоятельную работу
- •5.3.1. Исходная схема
- •5.3.2. Требования к работе
- •5.3.3. Отчетность
- •Использованные источники
3.3. Задание на самостоятельную работу
3.3.1. Исходная динамическая система
Дана динамическая система, структурная схема которой представленная на рисунке 15.
где x, y–вход и выход системы; Wi – передаточные функции звеньев; - ошибка регулирования;N– нелинейное звено.
Исходные параметры системы для различных вариантов заданы в таблице 1.
3.3.2. Требования к работе
3.3.2.1. Создание модели
Создать модель следящей системы с использованием аппарата SIMULINK.
3.3.2.2. Исследование системы
Провести исследование системы.
При этом:
- оценить качество переходных процессов при задании на вход единичного скачкадля заданных параметров системы (величина перерегулирования, время переходного процесса); в случае неудовлетворительного качества переходных процессов подобрать параметры корректирующего фильтраW2(s)(коэффициент усиления, постоянные времени фильтра), а также параметры нелинейного звенаN (при необходимости);
- для выбранного фильтра W2(s)и нелинейного звенаN выполнить исследование системы при задании на вход контура слежениясинусоидальногосигнала; дляразличных частотиз заданного диапазона оценить:
- запаздывание выходного сигнала относительно входного;
- степень усиления (ослабления) системой входного сигнала.
3.3.2.3. Отчетность
- Результаты исследований сохранять в личной папке в соответствующем M-файле.
- По работе оформить отчет в виде Пояснительной запискив текстовом процессореMSWord:
- на электронном носителе;
- на бумажном носителе.
Таблица 1 Исходные параметры системы
№ варианта |
W1 = K1 exp(-s ) |
W2 = K2(T1+1)/(T2+1) |
W3 |
Нелинейность N |
W4 | ||||
K1 |
, c |
K2 |
T1, c |
T2, c |
|
тип |
пиктограмма |
| |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
1 |
10 |
0.10 |
1 |
0.2 |
0.02 |
W3 = 1/(T32s2 + 2 T3s + 1); T3 = 0.005 c, = 0.1 |
Ограничитель |
W4 = 1/s | |
2 |
5 |
0.15 |
2 |
0.3 |
0.03 |
Зона нечувствительности | |||
3 |
4 |
0.20 |
3 |
0.4 |
0.04 |
Реле | |||
4 |
5 |
0.25 |
2 |
0.5 |
0.05 |
Квантователь | |||
5 |
10 |
0.30 |
1 |
0.6 |
0.06 |
Сухое и вязкое трение | |||
6 |
3 |
0.10 |
3 |
0.7 |
0.07 |
Люфт | |||
7 |
2.5 |
0.15 |
4 |
0.8 |
0.08 |
Ограничитель | |||
8 |
2 |
0.20 |
5 |
0.9 |
0.09 |
Зона нечувствительности | |||
9 |
5 |
0.25 |
2 |
1.0 |
0.10 |
Реле | |||
10 |
4 |
0.30 |
3 |
0.2 |
0.010 |
Квантователь | |||
11 |
10 |
0.10 |
1 |
0.3 |
0.015 |
Сухое и вязкое трение | |||
12 |
2.5 |
0.15 |
4 |
0.4 |
0.020 |
Люфт | |||
13 |
10 |
0.20 |
1 |
0.5 |
0.025 |
Ограничитель | |||
14 |
5 |
0.25 |
2 |
0.6 |
0.030 |
Зона нечувствительности | |||
15 |
4 |
0.30 |
3 |
0.7 |
0.035 |
Реле | |||
16 |
5 |
0.10 |
2 |
0.8 |
0.040 |
Квантователь | |||
17 |
10 |
0.15 |
1 |
0.9 |
0.045 |
Сухое и вязкое трение | |||
18 |
3 |
0.20 |
3 |
1.0 |
0.050 |
Люфт | |||
19 |
3 |
0.25 |
4 |
0.10 |
0.010 |
Ограничитель | |||
20 |
5 |
0.30 |
2 |
0.10 |
0.005 |
Зона нечувствительности |