4241, 4242(ТАУ-без MATLAB)_1 / Романовский. ТАУ. ЛабПр. Ч.1 [2011]

В качестве блоков для построения S-модели используются модули (компоненты), хранящиеся в библиотеке пакета Simulink.

Для удобства пользователя библиотека компонентов пакета Simulink разбита на семь разделов. Шесть из них являются базовыми и не могут изменяться пользователем (за исключением внешнего оформления):

1.Sources (источники).

2.Sinks (приёмники).

3.Discrete (дискретные элементы).

4.Linear (линейные элементы).

5.Nonlinear (нелинейные элементы).

6.Connections (соединения).

Для запуска пакета Simulink можно применить пункт меню среды «File | New | Model» или в командном окне среды набрать приведённую ниже команду.

»simulink;

Врезультате на экране появится пустое окно (с заголовком «Untitled» – без имени), предназначенное для создания S-модели. Также дополнительно появится окно библиотеки блоков пакета Simulink.

Чтобы раскрыть интересующий раздел библиотеки, нужно дважды щёлкнуть на нём мышью. В результате на экране появится дополнительное окно с набором соответствующих блоков.

Пользователь переносит нужные ему блоки из соответствующих разделов библиотеки в окно S-модели, расставляет в пределах окна и выполняет соединения между блоками, рисуя стрелки при помощи мыши. При необходимости блоки можно поворачивать и разворачивать. Для этого удобно пользоваться контекстным меню, вызываемым на выделенном блоке.

Каждый блок имеет набор параметров для настройки. Чтобы открыть окно настройки параметров, нужно дважды щелкнуть мышью на изображении блока. Сам блок при этом уже должен быть размещён в окне S-модели.

Окна настройки параметров всех блоков имеют идентичную структуру и содержат поля ввода значений параметров c четырьмя кнопками:

1.«Apply» – применить.

2.«Revert» – вернуть предыдущие значения параметров.

3.«Help» – краткая справка.

4.«Close» – закрыть окно настройки параметров.

Изменённые значения параметров вступают в силу после нажатия

- 51 -

кнопки «Apply». При этом закрывать окно настройки параметров не обязательно.

После сборки имитационной модели можно запустить процесс моделирования. Для управления процессом моделирования, а также для тонкой настройки процесса моделирования, можно использовать пункты меню «Simulation» окна S-модели.

Созданную имитационную модель можно сохранить в файле с расширением «.mdl» для последующего использования в пакете Simulink. Для этого можно использовать пункт меню «File» окна S- модели.

Ниже приводится краткая характеристика блоков, которые могут потребоваться при выполнении заданий настоящей работы.

Раздел Sources (источники)

Блоки, входящие в этот раздел, предназначены для формирования сигналов, обеспечивающих управление работой S-модели или отдельных её частей. Все блоки имеют по одному выходу и не имеют входов.

В работе потребуется использовать только один блок из данного раздела – блок «Step». Он позволяет сформировать сигнал ЕСВ для подачи на какой-либо вход динамической системы. Параметры блока: «Step Time» – начальное время формирования ступени (значение по умолчанию – 1; часто это значение устанавливается исследователем в 0); «Initial Value» – значение уровня сигнала до начала процесса моделирования (значение по умолчанию - 0); «Final Value» – значение уровня сигнала в течение процесса моделирования (значение по умолчанию - 1).

Раздел Sinks (приёмники)

В этом разделе собраны блоки, которые достаточно существенно различаются по функциональному назначению. Среди них можно выделить блоки, используемые в качестве смотровых окон, а также блоки, обеспечивающие сохранение промежуточных или выходных результатов моделирования. В работе потребуются или могут быть полезны следующие блоки раздела:

1. Блок «Scope» – позволяет в процессе моделирования наблюдать динамику изменения интересующих исследователя сигналов системы. Блок позволяет построить график, в котором по оси абсцисс откладываются значения модельного времени, а по оси ординат - значения наблюдаемой переменной. Для отображения окна с графиком следует дважды щёлкнуть мышью по блоку «Scope». Параметры графика можно настраивать, используя кнопки панели инструментов окна этого графика.

- 52 -

2.Блок «To File» - обеспечивает запись в MAT-файл (файл с расширением «.mat») данных, полученных в ходе моделирования.

3.Блок «To Workspace» - предназначен для сохранения данных, полученных в процессе моделирования, в рабочем пространстве среды

MATLAB.

Раздел Linear (линейные элементы)

Раздел содержит блоки, предназначенные для моделирования линейных непрерывных систем. В работе потребуются или могут быть полезны следующие блоки раздела:

1. Блок «Gain» – может применяться для моделирования идеального усилительного звена. Его единственный параметр – коэффициент усиления. Передаточная функция такого объекта:

W ( p) = K .

2. Блок «Integrator» – может применяться для моделирования идеального интегрирующего звена. Передаточная функция такого объекта:

W ( p) = 1 . p

3. Блок «Transfer Fcn» – применяется для моделирования звеньев, передаточные функции которых могут быть представлены в виде отношения двух полиномов при условии, что полином знаменателя имеет порядок больше, чем порядок полинома числителя. Окно настройки параметров блока содержит два поля для ввода. В первом поле вводятся коэффициенты полинома числителя (поле «Numerator»), а во втором

– коэффициенты полинома знаменателя (поле «Denominator»). Коэффициенты в полях вводятся в порядке убывания степеней слагаемых (подобно тому, как это делается при создании в среде MATLAB обычных полиномов). Передаточная функция такого объекта имеет следующий общий вид:

4.Блок «Sum» – применяется для суммирования или вычитания совокупности сигналов. Возможность изменения количества складываемых или вычитаемых сигналов, а также возможность выбора того, какие сигналы будут складываться, а какие – вычитаться, доступна в окне настройки параметров блока.

5.Блок «Derivative» - применяется для моделирования идеально-

-53 -

го дифференцирующего звена. Такое звено является физически нереализуемым. В этой связи его моделирование пакетом Simulink производится приближённо. В результате имитационное моделирование системы в целом может производиться с существенной погрешностью. Поэтому рекомендуется при имитационном моделировании динамических систем избегать пользоваться такими блоками. Передаточная функция такого объекта имеет следующий вид:

W ( p) = p .

6.2.ЗАДАНИЯ

1.Требуется сформировать средствами пакета Simulink имитационную модель линейной непрерывной динамической системы (S- модель), структурная схема которой изображена на Рис. 6.1. Значения

зуется блок «Step»), построить графики переходных характеристик смоделированной системы по задающему воздействию, по возмущающему воздействию, по ошибке от задающего воздействия, по ошибке от возмущающего воздействия. Для этого блоки «Scope» подключаются к сигналам y и δ .

3. Для каждого из полученных графиков переходных характеристик определить максимальное значение переходного процесса, установившееся значение переходного процесса, время переходного про-

- 54 -

цесса (при ширине коридора, равной ± 2% ). Время переходного процесса определять классически – строить относительно установившегося значения переходной характеристики коридор с шириной, заданной в процентах относительно этого же установившегося значения, и определять время, по достижении которого сигнал переходной характеристики перестаёт выходить за пределы построенного коридора. При определении времени переходного процесса в случае нулевого установившегося значения какой-либо переходной характеристики коридор следует строить относительно нуля и в процентах от единицы.

- 55 -

- 56 -