Автоматизация проектирования систем и средств управления
Цель:
1. Изучить процесс проектирования технических систем и особенности проектирования САУ.
2. Изучить структуру систем автоматического проектирования и различные виды обеспечения САПР, среди которых выделяются следующие:
А) системное обеспечение.
Б) информационное обеспечение.
В) программное обеспечение.
Г) лингвистическое обеспечение.
Д) техническое обеспечение.
3. Научится производить автоматизированные расчеты систем автоматического регулирования, с использованием различных алгоритмов моделирования и оптимизации.
4. Произвести в курсовом проекте конкретные расчеты одной из систем автоматического регулирования.
Проектирование- процесс создания по этапам некого материального объекта при наличии исходной информации в виде технического задания. Полностью автоматизировать процесс проектирования от получения технического задания до выдачи готовой продукции невозможно. Автоматизируют только отдельные этапы.
1 Этап. Функциональное проектирование.После получения технического задания на основе априорной информации разрабатывается функциональная и структурная схема, для которой выбираются некие параметры, и осуществляется моделирование с целью оценки возможности достижения параметров и характеристик технического задания и производится оценка правильности выбора функциональной схемы. Заканчивается этап пояснительной запиской.
2 Этап.Эскизный проект. На этом этапе разрабатываются чертежи, выбирается элементная база, разрабатывается принципиальная схема. Далее осуществляется либо математическое, либо техническое, либо натурное проектирование с целью просмотра правильно ли выбрана модель. Заканчивается разработкой эскизного проекта, который, равно как и функциональный проект должен быть согласован с заказчиком.
Техническое задание включает в себя:
-Назначение системы.
-Условия эксплуатации (климатические, механические, режимы работы, габаритные размеры, масса и др.)
-Точность.
-Стабильность.
-Требования к динамике.
-Энергопотребление.
-Надежность.
Предварительное проектирование предусматривает:
Изыскание или разработку принципов построения, разработку структурной схемы, выбор технических средств, математическое описание и идентификацию объекта, динамический расчет, выбор параметров оптимальных с точки зрения выбранных показателей, математическое моделирование проектируемого объекта, анализ результатов и сравнение с техническим заданием.
Эскизное проектирование предусматривает:
Уточнение структурной схемы и ее приборную реализацию. Уточнение состава подсистем, их функции и основные характеристики. Анализ характеристик технических средств, проведение оптимизации, сокращение номенклатуры технических средств (ассортимент), моделирование (математическое, имитационное, полунатурное и т.д.), эскизная документация (схемная, конструкторская, монтажная, текстовая), изготовление экспериментальных образцов, создание специальных стендов, тренажеров, разработка документации на них. Эскизное проектирование заканчивается эскизным проектом (пояснительной записки с технической документацией и заключением о соответствии полученных результатов требованиям технического задания).
Техническое проектирование предусматривает:
Углубление и детализацию полученных на предыдущем этапе результатов в условиях приближенных к эксплуатационным, проведение испытаний как опытного так и серийного образцов, создание рабочей документации именуемой - технический проект. На основе технического проекта разрабатывается технологический проект для изготовления и испытания опытных образцов. После коррекции технологическая документация поступает в серийное производство.
Особенности процесса проектирования:
Многоэтапность.
2. Содержание ряда циклов, причем каждый из последующих уточняет предыдущий.
Проектируемый объект состоит из ряда подсистем, блоков, элементов и т.д.
Декомпозиция – разделение системы на подсистемы, блоки и т.д. (разрабатываются только отдельные блоки, элементы и договариваются кто какой блок, элемент разрабатывает).
Характеристики каждой из подсистем неразрывно связаны с характеристикой всей системы в целом, поэтому проектирование подсистем должно вестись взаимосвязано. Учитывая противоречивость требований предъявляемых к каждой из подсистем, проектное решение почти всегда должно быть компромиссным.
3.Наличие не рутинных, творческих элементов, именно эта особенность не позволяет полностью автоматизировать процесс проектирования.
4. Наличие в системах управления элементов или технических устройств различного исполнения, физической природы.
При проектировании САУ необходимо сформировать для математической постановки задачи проектирования:
цели проектирования
критерии
ограничения
математическую модель – зависимость критериев и ограничений от параметров системы.
Такие зависимости почти всегда нелинейны.
Цели создания САУ во многом определяются назначением объекта управления. В каждом случае перед коллективом проектировщиков формулируются основные цели создания САУ.
Например: создать шагающего робота по заданной поверхности, в любом направлении, с препятствиями (глубина, высота 30 см и т.д.).
Пример: турбина- цель удержание в требуемых пределах скорости вращения вала турбины и давление пара турбогенератора (стабилизация скорости вращения в пределах 2-3% при изменении нагрузки от 10 до 20%).
Главная цель создания системы подчиняет себе более мелкие цели.