Модели элементов структурных схем

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

                  ____________________________________________

 

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

                ______________________________________________

 

Т.В. Ягодкина, С.А. Хризолитова, В.М. Беседин,

Бондин О.А., Е.Н. Грачев

 

 

ИССЛЕДОВАНИЕ САУ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ПРИКЛАДНОГО ПАКЕТА MATLAB

 

Лабораторный практикум

по курсу

«Основы автоматического управления»

 

Москва              Издательство МЭИ                   2007

УДК

621.398

Л 125

УДК: 681.51(076.5)

 

Утверждено учебным управлением МЭИ

 

Подготовлено на кафедре управления и информатики

 

        Исследование САУ с использованием прикладного пакета MATLAB.

Лабораторный практикум по курсу “Основы автоматического управления” -

Т.В.Ягодкина, С.А.Хризолитова, В.М.Беседин, Бондин О.А., Е.Н.Грачев. - М.: Изд-во МЭИ, 2006. -  88 с.

Содержит описания шести работ, посвященных изучению методов анализа и синтеза динамических систем автоматического управления. В работах исследуются как линейные системы (непрерывные и дискретные), так и нелинейные системы. Исследования проводятся с использованием прикладного пакета MATLAB.

   Предназначен для студентов институтов: автоматики и вычислительной техники (АВТИ), электротехники (ИЭТ), радиотехники и электроники (ИРЭ).  

 

 

С Московский энергетический институт, 2006 г.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Изучение программного комплекса по моделированию и исследованию динамических систем «SIMULINK».

Исследование типовых динамических звеньев

               

Цель работы: изучение возможностей и назначения системы «SIMULINK» на примере исследования временных и частотных характеристик типовых динамических звеньев.

 

Описание программного комплекса «SIMULINK»

       Система Simulink является расширением системы инженерных и научных расчетов MATLAB и позволяет решать задачи сокращения сроков проектирования, повышения качества разработки моделей физических систем и моделирования процессов в этих системах. Развитие этих подходов дает возможность улучшить документирование работ и использовать средства анимации.

Начало работы

Рис. 1.1. Запуск системы Simulink

           Система Simulink запускается из системы MATLAB путём; выбора указателем мыши пиктограммы Simulink (8-я слева) на панели инструментов системы MATLAB (рис. 1.1). Можно также ввести команду simulink в командной строке системы MATLAB. В результате появляется окно Simulink Library Browser (Браузер главной библиотеки Simulink) системы Simulink, которое показано на рис. 1.2. Открытие нового окна модели осуществляется нажатием левой кнопки мыши на пиктограмме Create a new model (1-я слева) панели инструментов данного окна. Имя окна (имя модели) задается по умолчанию - untitled (рис. 1.3). В этом окне строится модель системы в виде структурной схемы.

Рис. 1.2. Окно Simulink Library Browser

Рис. 1.3. Окно модели

           При двойном нажатии левой клавиши мыши на пиктограммах в левой части окна Simulink Library Browser или при однократном нажатии на значок «+» появляется список библиотек блоков, как показано на рисунке.

 

 

               

 

               

           В случае нажатия левой кнопки мыши на строке с наименованием библиотеки блоков, в правой части окна появляется список блоков указанной библиотеки.

 

 

Построение модели

 

Модели элементов структурных схем

           В системе Simulink принято группировать модели объектов и устройств по функциональному уровню: источники сигналов, моделируемые системы и регистрирующие устройства. Рис. 1.4 показывает основной характер физических и информационных процессов на данном уровне. Определенный элемент, физическая система описываются моделями, представляемыми в виде структурных схем системы Simulink, которые можно использовать для моделирования. Выходной сигнал источника является переменной, которая воздействует на систему, описываемую в виде структурной схемы. Значение этой переменной определяется некоторым правилом: функцией (показательной, тригонометрической, многочленом, в том числе константой и т. д.), единичной ступенчатой функцией или функцией, задаваемой пользователем с использованием системы MATLAB. Модели источников сигналов — блоки, которые сгруппированы в библиотеки блоков Sources (Источники сигналов). Блоки, являющиеся моделями устройств для измерения переменных,

Рис. 1.4. Элементы модели Simulink

размещены в библиотеке блоков Sinks (Средства регистрации). Совокупность данных фиксируется в виде графиков, диаграмм на экране дисплея и сохраняется в файле.

       Модели системы Simulink могут включать один или несколько блоков из перечисленных выше групп. Например, можно описать модель автономной системы, которая не находится в состоянии равновесия. На структурной схеме такая система не имеет входного воздействия, однако модель включает блоки Integrator, блок Gain и блоки из библиотеки Sinks. Возможно также построение модели, которая состоит только из блоков библиотек Sources и Sinks. Если необходимо сформировать сигнал в виде суммы переменных, то одним из способов найти значение данного алгебраического выражения является использование блоков из библиотеки Sources системы Simulink и размещение переменных в рабочей области системы MATLAB или сохранение рабочей области в файле.

 

Открытие модели

           

           Для открытия нового окна модели выбирается пиктограмма Create a new model на панели инструментов окна Simulink Library Browser, или используется команда Model меню второго уровня New меню File, а также можно применить комбинацию клавиш Ctrl+N.

            Файлы системы MATLAB и системы Simulink записываются в каталоги и папки файловой системы. Каталогом, заданным по умолчанию, является начальный текущий каталог системы MATLAB. В системе обеспечивается возможность выбора каталогов с помощью команд меню File окна модели системы Simulink, однако, текущий каталог при этом не изменяется в течение всего сеанса работы. Если необходимо открыть файл какой-либо модели в том же каталоге, где уже был открыт файл модели, а данный файл отсутствует в списке файлов текущего каталога, необходимо найти соответствующий каталог и вызвать файл. Иногда целесообразно изменить текущий каталог, содержащий файл модели во время сеанса работы системы MATLAB (используя команду cd <новый каталог>) и затем открыть модель средствами системы Simulink.

       Рекомендуется задать каталог для файлов моделей системы Simulink, отделив его от каталогов и папок системы MATLAB, и устанавливать пути доступа к сохраняемым файлам. Данный подход обеспечит сохранение данных и возможность оперативного доступа.

           Для поиска файлов существующей модели также используется способ непосредственного задания имени файла модели в командной строке системы MATLAB. При этом система MATLAB осуществляет следующие действия: поиск файла модели в текущем каталоге, а затем поиск файла с данным именем во всех каталогах списка путей доступа.