3. Отработка программного обеспечения с помощью аналогового вычислительного комплекса сул-3

Для отработки программного обеспечения ЦСУ использован имитатор объекта – аналоговый вычислительный комплекс СУЛ-3 (рис. 13).

СУЛ-3 позволяет на моделях проводить исследование динамических характеристик объектов регулирования, описываемых дифференциальными уравнениями 1-го – 2-го порядков, и моделировать поведение объектов при нанесении случайных и детерминированных воздействий.

В работе СУЛ-3 применяется для физического моделирования объекта.

Рис. 13. Схема подключения СУЛ-3 к рабочей станции (ПЭВМ)

В имитаторе СУЛ-3 предусмотрены следующие элементы контроля и управления (рис. 14).

Управляющий сигнал с модуля МВУ8 поступает на модель объекта регулирования (СУЛ-3), которая генерирует поведение объектов с передаточными функциями:

или (1)

,

где – оператор Лапласа; – изображения по Лапласу управляющего воздействия и регулируемой величины; – масштабный коэффициент передачи модели объекта (=10); – коэффициент передачи потенциометра модели (); – постоянные времени (устанавливаются с помощью переключателей в диапазоне 01 с; в конструкцию СУЛ-3 добавлены два магазина конденсаторов для увеличения постоянных времени до нескольких минут – переключатели находятся на верхней крышке прибора).

Установка значений параметров модели объекта осуществляется с помощью коммутирующих переключателей и потенциометров (рис. 14, 15).

После установки структуры и параметров модели объекта можно получить динамическую характеристику (реакцию модели объекта на типовое воздействие – ступеньку, импульс или синусоиду). Для этого формируется типовой входной сигнал (при переходе из режима “Исходное положение” в режим ”Работа”):

,

, (2)

,

где =6 рад/с.

Для увеличения постоянных времени на верхней крышке СУЛ-3 дополнительно установлены коммутирующие переключатели (рис. 16). Их можно использовать, когда переключатели на лицевой панели установлены в положение 1 с (рис. 15).

Рис. 15. Фрагмент лицевой панели СУЛ-3:

– кнопка вывода сигнала на вольтметр; – ручка потенциометра; – коммутирующий переключатель; – некоторые неизвестные постоянные времени

Рис. 16. Фрагмент верхней крышки СУЛ-3:

– делители напряжения (для подстройки МВА8); max, min – обозначения, показывающие направление увеличения/уменьшения постоянных времени при включенном положении переключателей

Работа замкнутой ЦСУ на аналоговом имитаторе СУЛ-3 может быть смоделирована в двух вариантах:

- применяя двухпозиционный или ПИД-законы регулирования микропроцессорных контроллеров ТРМ151;

- используя алгоритмы регулирования разработанных проектов Trace Mode [12] (алгоритмы составляются с помощью FBD- и ST- программ SCADA-системы).

В библиотеке визуального редактора FBD-программ имеется стандартный блок цифрового ПИД-регулятора (рис. 11):

(3)

где – управляющее воздействие и рассогласование на -ом такте квантования сигналов; – настроечные параметры регулятора; – длительность такта квантования сигналов.

Разработан пользовательский FBD-блок для реализации нетиповых цифровых регуляторов различных порядков в Trace Mode [1, 3]:

, (4)

где - порядок цифрового регулятора; - настройки; - коэффициент (при =0 исключается И-составляющая из алгоритма).

FBD-блок цифрового регулятора включен в проект Trace Mode по настройке и исследованию замкнутой ЦСУ (рис. 17).

Для оптимального параметрирования регуляторов (4) применяется прикладное ПО [4].

Анализ результатов исследования систем с различными регуляторами выполняется по показателям качества (интегрально-квадратичная ошибка, время регулирования и перерегулирование) [1], которые рассчитываются в реальном времени.