07 семестр / Лабораторные работы / PA9 / Pa9new_lab

11

Для знакомства с интерактивными средствами графического редактора комплекса ПА9 рассмотрим пример моделирования транзисторного ключа, схема которого приведена на рис. 2.

РИС. 2

Выбор и установка в окне редактора компонентов схемы.

1.Убедитесь, что окно редактора имеет фокус ввода (заголовок окна выделен синим цветом и в окне имеется дополнительный курсор). Нажмите клавишу N. Появится окно с образцами компонентов.

2.Из выпадающего списка выберите пункт "Электроника". Откроется страница с образцами электрических компонентов.

3.На этой странице с помощью полос прокрутки найдите транзистор нужного типа и щелкните левой кнопкой мыши на его изображении.

Окно с образцами компонентов закроется, а дополнительный курсор примет вид изображения транзистора.

4.Поместите курсор в центре окна и, нажимая в произвольной последовательности клавиши L,R,C,H,V, или их сочетания VL, HR, и т.п., потренируйтесь в установке различной ориентации транзистора. В заключение установите нужную ориентацию и щелкните левой кнопкой мыши.

Транзистор будет присоединен к схеме.

5.Нажмите клавишу N и в открывшейся странице с образцами электрических компонентов выберите резистор и щелкните левой кнопкой мыши. Расставьте резисторы так, как показано на рисунке, устанавливая нужную ориентацию очередного резистора и щелкая левой кнопкой мыши в соответствующих местах рабочего поля окна редактора. Обратите внимание, что для каждого нового резистора не надо открывать окно с образцами компонентов.

6.Нажимая клавишу N, последовательно выберите и расставьте остальные компоненты схемы (емкости, источники напряжения и управляемый источник напряжения).

7.Нажмите клавишу N и выберите из списка пункт "Функции".

12

Откроется страница с образцами входных сигналов.

8.Выберите "Источник сигналов трапецеидальный" и щелкните левой кнопкой мыши. Установите этот источник слева от управляемого источника напряжения.

Расстановка базовых узлов и соединение компонентов схемы связями.

1.Поместите дополнительный курсор на свободное место окна редактора и нажмите клавишу Delete. Дополнительный курсор примет вид пустого курсора.

2.Подведите курсор к ячейке, в которой должен находиться базовый узел схемы. Нажмите и держите клавишу Shift или Ctrl. Щелкните левой кнопкой мыши. Базовый узел будет присоединен к схеме.

3.Аналогичным образом расставьте остальные базовые узлы в схеме.

4.Подведите курсор в клетку, из которой надо начинать проводить какую-либо связь. Нажмите и держите клавишу Shift. Отпустите мышь так, чтобы не сдвинуть ее при выполнении дальнейших действий с клавиатурой. Используя клавиши со стрелками, проведите данную связь до нужного компонента схемы.

5.Аналогичным образом проведите остальные связи.

Задание параметров элементов.

1.Щелкните левой кнопкой мыши на транзисторе VT1. Появится окно "Атрибуты элемента".

2.В этом окне вводятся численные значения параметров выбранной модели транзистора. Все параметры в ПА9 задаются в системе СИ (в данном случае – В, А, Ф, Гн, Ом)!!! Проверьте соответствие параметров с параметрами, показанными на рис. 3, и при необходимости исправьте их. Перемещаться по списку можно, нажимая клавиши "Стрелка вверх" и "Стрелка вниз".

3.Аналогичным образом установите параметры остальных элементов схемы, согласно рис. 2: E2=5, E3=-5,

R2=5000, R3=1000, R4=3000, R5=50000, C2=80e-12, C1=140e-12.

РИС. 3

Задание параметров входного сигнала.

13

1.Убедитесь, что параметры управляемого источника напряжения E1: K=1, C=0.

2.Щелкните левой кнопкой мыши на изображении трапецеидального входного сигнала. Появится окно "Атрибуты сигнала".

3.В этом окне вводятся параметры трапецеидаль-

ного входного сигнала. Установите эти параметры так, как показано на рис. 4.

РИС. 4

Установка индикаторов в схему.

1.Нажмите клавишу N и выберите из списка пункт "Базовые компоненты". В открывшейся странице выберите раздел "Индикаторы", компонент "Потенциал". Щелкните левой кнопкой мыши и присоедините этот индикатор на вход, а затем и на выход схемы.

2.Щелкните левой кнопкой мыши последовательно на каждом из индикаторов. При этом будет открываться окно “Атрибуты индикатора” (Рис.5). В этом окне установите флажок “Включен”, задайте пределы (5.2 и -0.2), наименование и желаемый цвет графика для соответствующей переменной.

РИС. 5

15

6. Задания для моделирования динамики технических систем

6.1. Анализ электронной схемы

Выполните анализ динамики стабилизатора напряжения, эквивалентная схема которого приведена на рис. 8.

РИС. 8

1) С помощью графического редактора ПА9 создайте графическое изображение моделируемой схемы стабилизатора напряжения.

Проверьте наличие шины "земля" в схеме!!!

Укажите узел "Вход" и узел "Выход" для выдачи на график!!!

Задайте следующие параметры элементов:

R1=4.3 кОм, R2=200 Ом, R3=600 Ом, R4=1.5 кОм, R5=30 Ом, E2=20 В.

16

RB=46

RC=10

2) С помощью оператора Dynamic выполните расчет стабилизатора.

Установите следующие параметры оператора Dynamic: Метод интегрирования: Trapec

Время интегрирования: 500e-6 Smn=1e-16

Sst=1e-12

Smx=10e-6

Acr=1e-4

Остальные параметры оставьте по умолчанию.

3)Настройте пределы для выдачи графиков входного и выходного напряжения так, чтобы можно было по графикам определять амплитуды пульсаций входного и выходного напряжения.

4)Определите коэффициент стабилизации схемы (отношение амплитуды пульсаций выходного напряжения к амплитуде пульсаций входного напряжения).

5)Снимите нагрузочную характеристику стабилизатора, определяя коэффициент стабилизации для следующих значений сопротивления нагрузки:

5, 10, 20, 30 и 40 Ом.

6)Снимите регулировочную характеристику стабилизатора, изменяя уровень

входного напряжения (амплитуда пульсаций входного напряжения должна составлять 5% от уровня входного напряжения!!!) и определяя коэффициент стабилизации для следующих значений входного напряжения:

5, 10, 20 и 30 В.

6.2. Анализ динамики механической системы

Выполните анализ динамики поступательной механической системы (рис.9), состоящей из паровоза, сцепки, вагона и подпружиненного с двух сторон груза. Предполагается, что паровоз трогается с места рывком с усилием в 2 кН.

РИС. 9

17

Эквивалентная схема для этой системы приведена на рис. 10:

РИС. 10

Приложенное усилие моделируется идеальным источником силы F1, который равен 2 кН. Инерционные свойства движущихся тел механической системы моделируются массами M1 (паровоз), M2 (вагон) и M3 (груз). Упругие свойства сцепки и пружин моделируются упругостями U1 и U2 (две одинаковые пружины моделируются одной упругостью U2), имеющими три параметра: длина эквивалентного упругого стержня (L), площадь поперечного сечения эквивалентного упругого стержня (S), модуль продольной упругости эквивалентного стержня (модуль Юнга - E).

Трение колес о рельсы и сопротивление воздушного потока моделируются элементами "сухое трение" TR1 и TR3, имеющими четыре параметра (F1, V1, F2, V2) для задания нелинейной характеристики сила-скорость (F-V) (рис. 11). Так же элементом "сухое трение", но с другой характеристикой, моделируется трение груза о пол вагона.

РИС. 11

Потенциалы узлов эквивалентной схемы соответствуют скоростям тел, массы которых подключены к этим узлам. Потоки через элементы схемы соответствуют силам, действующим на них.

1) С помощью графического редактора ПА9 создайте эквивалентную схему механической системы.

Проверьте наличие базовых узлов в схеме!!!

Укажите переменные "Скорость паровоза", "Скорость вагона", “Скорость груза” и “Усилие в сцепке” (поток через упругость U1) для выдачи на график!!!

18

Задайте следующие параметры элементов: F1=2000 Н, M1=1500 кг, M2=1000 кг, M3=750 кг.

2)С помощью оператора Dynamic выполните расчет механической поступательной системы.

Установите следующие параметры оператора Dynamic: Метод интегрирования: Trapec

Время интегрирования: 15 Smn=1e-9

Sst=1e-4 Acr=1e-4

Остальные параметры оставьте по умолчанию.

3)Настройте пределы для выдачи графиков скоростей и силы так, чтобы можно было по графикам оценить следующие выходные параметры моделируемой системы:

а) Максимальное усилие в сцепке.

б) Период и максимальную амплитуду колебаний вагона и груза.

4)Измените какой-либо параметр механической системы и постройте зависимости определяемых величин от изменяемого параметра.

6.3. Анализ динамики гидромеханической системы

Выполните анализ динамики гидроцилиндра (рис. 12), представляющего собой гидромеханическую систему. Гидравлическая подсистема представлена резервуаром с жидкостью и трубопроводом, механическая - приложенным усилием, упругим штоком, поршнем и корпусом резервуара.

РИС. 12

Эквивалентная схема для этой гидромеханической системы приведена на рис. 13.

19

РИС. 13

Усилие, приложенное к штоку, моделируется идеальным источником силы F1. Инерционные свойства движущихся тел механической подсистемы (штока и поршня) моделируются массой M1, равной суммарной массе этих тел. Упругие свойства штока моделируются упругостью U1. Трение скольжения штока о корпус и поршня о корпус моделируются вязким трением TR1 и TR2. Давление на выходе трубопровода моделируется источником давления P1. Инерционные свойства жидкости в трубопроводе и трение жидкости о стенки трубопровода моделируются гидравлической индуктивностью Lg1, имеющей два параметра (длина трубопровода (l)

иплощадь поперечного сечения трубопровода (s)), и гидравлическим сопротивлением Rg1, имеющим три параметра (длина трубопровода (l), площадь поперечного сечения трубопровода (s) и вязкость жидкости (Nu)). Упругие свойства жидкости в резервуаре моделируются гидравлической емкостью Cg1, имеющей два параметра (объем резервуара (V) и скорость звука в жидкости (Vsnd)). Управляемые источники потока I1

иI2 моделируют гираторную связь между разнородными физическими подсистемами. Источник потока I1 в гидравлической подсистеме представляет собой зависимый источник расхода, вычисляемый по формуле ro*Sp*Vp, где ro - плотность жидкости, Sp - площадь поршня, Vp - скорость движения поршня (потенциал узла подключения источника потока I2 в механической подсистеме), следовательно, коэффициент влияния механической подсистемы на гидравлическую будет равен ro*Sp. Источник потока I2 в механической подсистеме представляет собой зависимый источник силы, вычисляемый по формуле Sp*P, где P - давление в резервуаре (потенциал узла подключения источника потока I1 в гидравлической подсистеме), следовательно, коэффициент влияния гидравлической подсистемы на механическую будет равен Sp. Интегратор для скорости поршня позволяет определить расстояние, которое пройдет поршень.

Потенциалы узлов механической подсистемы соответствуют скоростям тел, массы которых подключены к этим узлам. Потоки через элементы механической подсистемы соответствуют силам, действующим на эти тела.

Потенциалы узлов гидравлической подсистемы соответствуют давлениям в резервуаре и трубопроводе. Потоки через элементы гидравлической подсистемы соответствуют расходам жидкости на этих элементах.

20

1) С помощью графического редактора ПА9 создайте эквивалентную схему гидромеханической системы.

Проверьте наличие базовых узлов в схеме!!!

Укажите переменные "Скорость поршня", "Перемещение поршня" (интеграл скорости поршня), “Давление в резервуаре” и “Расход” (поток через гидравлическое сопротивление Rg1) для выдачи на график!!!

Задайте следующие параметры элементов:

F1=50 кН, M1=5 кг, TR1=TR2=1 кг/с, P1=1000000 Па.

2)С помощью оператора Dynamic выполните расчет гидромеханической системы. Установите следующие параметры оператора Dynamic:

Метод интегрирования: Trapec Время интегрирования: 100e-3 Smn=1e-16

Sst=1e-12 Acr=1e-4

Остальные параметры оставьте по умолчанию.

3)Настройте пределы для выдачи графиков скоростей и силы так, чтобы можно было по графикам оценить следующие выходные параметры моделируемой системы:

а) Максимальное давление в резервуаре и период колебаний давления.

б) Время, за которое поршень пройдет расстояние, равное прямому ходу в 0.1 м.

4)Измените какой-либо внутренний параметр гидромеханической системы и постройте зависимости указанных выходных параметров от изменяемого внутреннего параметра.