УДК 681.52: 621.182.13 (076)
Бугрім Л.І., Білюк І.С., Шарейко Д.Ю. Методичні вказівки для виконання лабораторних робіт по дисципліні «Автоматичні системи керування тепловими енергетичними системами з використанням ПК». Під редакцією канд. техн. наук, доц. Л.І. Бугріма – Миколаїв: НУК, 2006. – ... с.
Кафедра автоматики
В методичних вказівках приведена методика дослідження систем автоматичного регулювання теплоенергетичних об’єктів і їхніх елементів з використанням електронних обчислювальних машин і системи автоматичного моделювання (СИАМ).
Приведено устрій , принцип дії та математичний опис елементів і систем.
Призначені для студентів машинобудівного інституту (спеціальностей 8.090509 “Суднові енергетичні установки та устаткування”, 8.090510 “Теплоенергетика”)
Іл. ..., табл. ..., спис. літ. – … найм.
Рецензент канд. техн. наук, доц. Н.М. Бровинська
Національний університет кораблебудування
ім. адм. Макарова
2006
Вступ
Надійна експлуатація теплових енергетичних систем можлива на базі комплексної автоматизації і належної кваліфікації обслуговуючого персоналу.
Ефективність впровадження засобів автоматизації в значній мірі залежить від якості налагодження автоматичних регуляторів.
Одним із ефективних методів дослідження якості роботи систем автоматичного регулювання з метою одержання оптимальних параметрів налагодження регуляторів є математичне моделювання. Математичне моделювання основане на побудові математичних моделей процесів в системі з послідуючою їх реалізацією на електронних обчислювальних машинах (персональних комп’ютерах).
Для виконання таких робіт необхідно оволодіти методами роботи на ПК і знати можливості, принцип дії та способи реалізації автоматичних регуляторів. Необхідно також вміти одержувати динамічні характеристики САР, виконувати аналіз результатів і використовувати їх для одержання параметрів налагодження автоматичного регулятора, що забезпечують задану якість роботи САР.
Методичні вказівки призначені сприянню у вирішенні цих задач.
ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО СИСТЕМУ АВТОМАТИЗОВАНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ТА ПАРАМЕТРИЧНОЇ ОПТИМИЗАЦІЇ
Система автоматизованого моделювання та параметричної оптимізації (СИАМ) працює з моделями, які можна представити у формі блок-схем. До складу дійсної версії СИАМ включені 52 типових блока, 4 методи чисельного інтегрування й 3 методи параметричної оптимізації, що дозволяє проводити з її допомогою дослідження широкого класу систем керування або інших динамічних систем.
Режим введення моделі
Модель у СИАМ - це сукупність блоків та з’єднуючих їх ліній. Блоки викреслюються системою в режимі введення блоку (клавіша F2), лінії - користувачем за допомогою клавіш перекладу курсору. Місце виводу чергового елемента блок-схеми вказується курсором, що зображується кружком, якщо "перо" піднято, і галочкою - якщо "перо" опущено. Переміщенням курсору з опущеним пером викреслюється або знищується лінія, курсор з піднятим пером не залишає сліду на екрані. Опустити “перо” можна тільки на вже існуючу лінію, "перо" завжди опущене після введення чергового блоку. Для повільного переміщення курсору використайте Shift + клавіша перекладу курсору. Використайте також клавіші:
HOME, END - для зсуву екрана, відповідно, уліво й вправо;
PgUp, PgDn - для зсуву екрана, відповідно, нагору й униз;
DEL - для стирання блоку, на який указує курсор;
INS - для включення/відключення звукового сигналу.
Режим введення блоку (блоків)
При переході до цього режиму в нижній частині екрана активізується вікно з піктограмами типових блоків СИАМ. Одна з них виділяється негативним зображенням. За допомогою клавіш перекладу курсору Ви можете виділити ту або іншу піктограму, після чого клавішею Enter - створити блок у Вашій моделі. У вікні-підказці показується лише частина з повного набору типових блоків СИАМ. Доступ до інших - клавішами Home, End, PgUp, PgDn.
Блоки, що використовують вхідні сигнали, не можуть створюватися на "порожнім" місці, але обов'язково наприкінці будь-якої уже існуючої горизонтальної лінії. Блоки-генератори пробних сигналів, навпаки, не можуть розташовуватися на лінії, тому що для своєї роботи не мають потреби у вхідних сигналах. Таким чином, першим блоком, який вводиться, у будь-якій моделі повинен бути генераторний блок будь-якого типу (якщо такий блок не потрібний, можна використати фіктивний генератор східчастої функції з нульовим рівнем вихідного сигналу).
При створенні чергового блоку одночасно створюється вихідна з нього лінія, а система залишається в режимі введення блоку. Вихід з режиму - ESC.
Редагування або знищення блоку (блоків)
Для зміни параметрів (редагування) або знищення якого-небудь блоку перемістіть курсор з піднятим "пером" (курсор-кружок) так, щоб його центр потрапив усередину потрібного блоку. Після цього натисніть клавішу Del, якщо Ви хочете стерти блок, або F4, якщо Вам потрібно змінити його параметри.
Якщо до моменту натискання на F4 курсор не вказував ні на один блок, система виділяє миготливим зображенням перший блок, пропонуючи вибрати його для операції редагування або знищення. Клавішами перекладу курсору вліво й вправо можна виділити потрібний блок, після чого клавішею Del стерти його, а клавішами Enter або F4 почати його редагування.
При знищенні блоку видаляються і всі вихідні з нього лінії.
Типові блоки сиам
До складу цієї версії СИАМ включені 52 типових блока. У функціональному відношенні їх можна розбити на 4 групи:
- передаточні функції;
- генератори пробних сигналів;
- логічні й нелінійні блоки.
- математичні операції;
Будь-який блок має єдиний вихід. Генератори не мають входів, бінарні математичні блоки й деякі логічні - 2 входи, інші -1.
При зображенні на структурній схемі блок зв'язується з іншими блоками лініями. Єдина лінія виходить із блоку, кількість вхідних у блок ліній повинне точно відповідати кількості входів.
Інформацію з будь-якого блоку Ви зможете одержати по клавіші F1 у режимі введення блоку (див. розділ “Режим введення моделі”).
Режим імітаційного моделювання
У цьому режимі здійснюється чисельне інтегрування системи звичайних диференційних рівнянь, що автоматично створюється в СИАМі по введеній блок-схемі. Результати інтегрування зберігаються системою і можуть виводитися у вигляді таблиць і графіків на екран або принтер.
Порядок системи, що інтегрується, обмежується лише доступною пам'яттю й може бути досить великим. На структуру накладається єдине обмеження: вона повинна бути такою, щоб вхідний сигнал будь-якого блоку міг бути обчислений системою до обчислення вихідного сигналу цього ж блоку. Система допускає інтегрування в "прямому" (tk > t0), і в "зворотному" (tk < t0) часу. Моделювання можна перервати в будь-який момент, нажавши клавішу ESC. Клавішею F9 можна продовжити моделювання, що завершилося або перерване моделювання.
Коротка довідка по методах інтегрування
У системі СИАМ реалізовані 4 методи чисельного інтегрування: два методи з контролем локальної погрішності й автоматичним вибором кроку й два методи з фіксованим кроком. Звичайно методи з автоматичним вибором кроку мають істотно більшу швидкодію, особливо при параметричній оптимізації, коли інтервал інтегрування не дробиться на 100 або більше підінтервалів для запам'ятовування проміжних результатів. У методі Кутта-Мерсона використається 5 обчислень правих частин інтегруємої системи рівнянь, у методах Фельберга, Рунге-Кутта й Эйлера, відповідно 6, 4 та 2.
Режим параметричної оптимізації
У ході параметричної оптимізації система здійснює цілеспрямовану зміну оптимізуємих параметрів моделі (коефіцієнтів підсилення, постійних часу, початкових умов і т.п.) так, щоб забезпечити мінімум вихідного сигналу деякого блоку при t=tk (мінімум цільової функції). Часто використовуваний квадратичний критерій якості моделі можна задати особливим типовим блоком (інтеграл від квадрата сигналу, ділений на поточний модельний час). Для інших критеріїв необхідно відповідним чином доповнити модель так, щоб одержати необхідну цільову функцію на виході одного з додаткових блоків. Кожне обчислення цільової функції досягається в результаті прогону імітаційного моделювання, тому час рішення завдання оптимізації може бути досить великим.