Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Система автоматизированного моделирования и параметрической оптимизации



Система автоматизированного моделирования и параметрической оптимизации

Система автоматизированного моделирования и параметрической оптимизации (СИАМ) предназначена для автоматизации научных и инженерных расчетов в области анализа и синтеза широкого класса динамических систем с сосредоточенными параметрами.

С помощью СИАМ можно проводить моделирование, осуществлять параметрическую оптимизацию, строить частотные и временные характеристики.

СИАМ ориентирована на блочно-структурную форму представления математических моделей. Модель в СИАМ - это совокупность типовых блоков и связей между ними. Выходной сигнал любого блока может быть передан на вход произвольного числа других блоков, что позволяет воспроизводить средствами СИАМ математические модели большой сложности.

Характерной особенностью используемой версии СИАМ является реализованный в ней графическими средствами ПК объектно-ориентированный диалог: на экране ПК структура модели воспроизводится в форме, обычно используемой для изображения на листе бумаги, а все необходимые для обработки модели указания пользователь задает СИАМ в основном с помощью функциональных клавиш. Такая форма диалога избавляет пользователя от необходимости изучать входной язык и позволяет ему концентрировать внимание на существенных для решаемой задачи вопросах.

Для обращения к программе СИАМ необходимо на панели «NortenСomander» установить курсор на строку «SIAM» и нажать на клавишу «Enter», затем установить курсор на строку «siam-s.exe» и снова нажать на «Enter».

 

Режим ввода модели

В этом режиме функциональные клавиши имеют следующее назначение:

- F1- Пмщ (помощь) - вызвать справочную службу СИАМ;

- F2- Блок - перейти к подрежиму ввода блока и исходящей из него линии;

- F3- Перо - поднять/опустить «перо»: при опущенном пере слово «Перо» в меню выделяется негативным изображением;

- F4- Ред - перейти к режиму редактирования блоков;

- F5- Диск - записать блок-схему на диск или читать ее с него;

- F6- Окно - Показатель/убрать окно - подсказку в нижней зоне экрана;

- F7- Мод - перейти к режиму параметрической оптимизации;

- F8- Опт - перейти к режиму параметрической оптимизации;

- F9- ЛЧХ - перейти к режиму построения частотных характеристик;

- ESC- Конец - выйти из СИАМ.

Средняя зона экрана используется для отображения структурной схемы или ее фрагмента. Структурная схема может смещаться относительно окна приблизительно на 100 линейных размеров экрана по горизонтали и 300 – по вертикали. Схема смещается автоматически всякий раз, когда перемещаемый пользователем курсор достигает границ окна, а также клавишами PgUp, PgDn, Home, End. При любом смещении в окне видно хотя бы часть структуры.

 

Ввод блоков

При нажатии на клавишу F2 СИАМ переходит в подрежим выбора блоков из системной библиотеки типовых блоков. В нижней зоне экрана появляется окно - подсказка с условными изображениями (пиктограммами) типовых блоков. При этом перо опускается и курсор перестает мигать, что свидетельствует о том, что его перемещение уже недоступно пользователю.

С помощью клавиш PgUp, PgDn можно смещать пиктограммы типовых блоков вниз или вверх, при этом открывается доступ к другим типовым блокам. В данной версии СИАМ реализованы 52 типовых блока.

Для выбора блока необходимо установить курсор на соответствующее окно, т.е. сделать его активным. После нажатия клавиши «Enter» СИАМ переходит к процедуре установки параметров активного блока. При этом экран полностью счищается и на нем появляется текст, описывающий алгоритм активного блока и смысл используемых в нем параметров. Параметры вместе с принятым в системе их значениями выводятся в нижней части экрана. Активный параметр выделяется цветовым окном. После установки числовых значений параметров блока необходимо нажать «Enter». По этому сигналу СИАМ возвращает экран в графический режим и помешает в рабочее окно на то место, которое занимал курсор, пиктограмму выбранного блока с исходящей из него линией. Блоки можно располагать только на горизонтальных линиях.

После выхода из процедуры установки параметров СИАМ остается в подрежиме ввода блоков, давая пользователю возможность продолжить формирование структурной схемы.

 

Ввод и уничтожение линий

Для создания структурных схем с обратными связями и ветвлением приходится прерывать порядок построения блоков «в ряд» и дорисовать недостающие связи с помощью линий.

Линией в СИАМ считается прямолинейный отрезок, начинающийся на линии (блоке) и заканчивающийся на другой линии (блоке).

Для образования линии необходимо выйти из подрежима ввода блоков нажатием клавиши Esc. При этом перо опущено и указывает конец линии, исходящей из блока. Такая линия называется активной. Перемещение курсора по направлению активной линии удлиняет ее, а в обратном направлении – укорачивает. При смене направления перемещения курсора на ортогональное, а также при подъеме пера или при достижении текущей линией границ блока, линия перестает быть активной, о чем свидетельствует короткий звуковой сигнал и появление в конце линии галочки. Неактивную линию нельзя укоротить или удлинить с помощью курсора.

Любое возможное перемещение линий, в том числе и наложение линий друг на друга, никак не анализируется системой. Исключением является случай, когда перо опускается на линию, а с этого места берет начало другая линия. Вновь создаваемая линия будет «помнить» блок, из которого выходит линия-родитель, и, в свою очередь, передает этот блок другим линиям, начинающимся от нее.

Для создания ветвящихся структур курсор с поднятым пером перемешается к линии, от которой должна начинаться ветвь, после чего перо опускается на линию (клавиша F3). Попытка опустить перо не на линию вызовет сообщение об ошибке. В этом случае необходимо точнее установить положение курсора.

При вычерчивании линии ее конец может достичь границ некоторого блока. В этом случае раздается звуковой сигнал, перо автоматически поднимается и СИАМ анализирует блок: если блок имеет хотя бы один незанятый вход, СИАМ устанавливает связь от блока, который «помнит» линия, к данному блоку. В противном случае идет сообщение об ошибке и уничтожается текущая линия.

При использовании блоков с двумя входами (сумматор, умножитель и т.п.) применяется следующее правило: первая, достигшая блок, линия независимо от ее направления определяет первый оператор бинарной логической или математической операции (X1); линия, проведенная к блоку позднее - второй оператор (X2).

Для удаления неактивной линии необходимо подвести к ней круглый курсор (с поднятым пером) и нажать клавишу Del - программа запросит подтверждение операции уничтожения и, если подтверждение получено, уничтожит указанную линию. При этом будут уничтожены также и все другие линии, берущие от нее начало (дочерние линии), а также разорваны все ранее установленные этой линией связи блоков. Программа блокирует уничтожение корневой линии, т. е. той, которая выходит непосредственно из блока.

 

Редактирование блоков

В ходе работы с системой часто возникает необходимость получения вариантов решения при изменении параметров модели. Для изменения или просмотра параметров ранее созданного блока используется режим редактирования. Это режим инициируется клавишей F4 в любом другом режиме работы СИАМ.

При нажатии на клавишу F4 один из блоков структуры выделяется миганием. Клавишами управления курсором необходимо перевести мигающее изображение на нужный блок, после чего нажать клавишу «Enter». Теперь можно выбрать нужный параметр и изменить его значение так, как это описано в п. 1.1.

 

Режим моделирования

Переход к режиму моделирования осуществляется по клавише F7 из режима ввода модели.

Назначение функциональных клавиш:

- F1- Пмщ (помощь) - получить допуск к справочной службе;

- F2- мет - выбрать метод и параметры интегрирования;

- F3- запустить процедуру интегрирования;

- F4- Ред - редактировать блок;

- F5- Окно- задать блоки для отображения в окнах;

- F6- Грф - задать блоки для вывода графиков;

- F7- Рез - задать количество точек графиков; вывести таблицу результатов на экран, принтер или в дисковый файл;

- F8- Мош - масштабировать графики в окнах;

- F9- продолжить интегрирование;

- Esc- Конец - вернуться в режим ввода модели.

В ходе моделирования осуществляется численное интегрирование системы обыкновенных дифференциальных уравнений, которую автоматически формирует СИАМ по исходной структурной схеме. Результаты интегрирования используются для построения графиков и вывода таблиц.

Моделирование можно прекратить в любой момент, нажав клавишу Esc. По клавише F9 можно продолжить прерванное по Esc или завершившееся по условию t=tk моделирование. В этом последнем случае СИАМ автоматически удваивает конечное время tk и соответствующим образом изменяет накопленные в памяти результаты.

К выбору метода интегрирования и установки параметров можно перейти по клавише F2.

В данной версии СИАМ могут использоваться следующие методы численного интегрирования:

- метод Кутты-Мерсона 4-го порядка с автоматическим выбором шага интегрирования;

- метод Фельберга 5-го порядка с автоматическимвыборомшага;

- метод Рунге-Кутты 4-го порядка с фиксированным шагом;

- метод Эйлера 2-го порядка с фиксированным шагом;

Процесс интегрирования характеризуется следующими параметрами:

t0 - начальное значение модельного времени;

tk - конечное значение модельного времени;

h - шаг интегрирования (для методов с фиксированным шагом);

err- допустимая погрешность (для методов с автоматическим выбором шага).

Для начального запуска моделирования используется клавиша F3. При этом загорается транспарант«Счет» в строке - меню и в левой части экрана появляется надпись «Выход - по Esc», информирующая о возможности принудительно прервать вычисление с помощью клавиши Esc.

На каждом шаге численного интегрирования СИАМ контролирует величину сигналов во всех блоках. Если какой-либо сигнал превышает по модулю величину 1.0Е+6, СИАМ остановит моделирование и отобразит соответствующее сообщение.

Для диагностирования источника ошибки интегрирования можно использовать таблицу.

Номер Причина появления ошибки
200 Деление на ноль
201 Нарушение границ диапазона
202 Переполнение стека
203 Переполнение динамической памяти
204 Ошибка адресации к динамической памяти
205 Переполнение разрядной сетки при действиях с плавающей точкой
206 Исчезновение порядка при действиях с плавающей точкой
207 Недопустимая операция при действиях с плавающей точкой

 

На основании моделирования в нижней части рабочего окна появляется сообщение о реальном времени, затраченном на моделирование. Одновременно изменяется содержимое строки tk в левой нижней части экрана: в нем устанавливается достигнутое модельное время.

 

Вывод графиков

Для вывода графиков используется клавиша Fб. При ее на­жатии загорается транспарант «Грф» в строке-меню и один из блоков структуры выделяется мигающим изображением: клавишами управления курсором мигающее изображение можно сместить на блок, график выходного сигнала которого нужно получить. После этого необходимо нажать клавишу «Enter». Сразу после вывода графика пользователю доступны клавиши:

- F5- перейти к цветной графике;

- F5- изменить скорость вывода графиков;

- PrtScr - отпечатать на принтере графическую копию экрана;

- Esc- продолжить выбор блоков для построения графиков.

В цветном режиме доступны следующие клавиши:

- F1- Back - изменить цвет фона;

- F2- Axis - изменить цвет осей и разметки;

- F3- Line - изменить цвет линий графика;

- F5- B/W - вернуться к черно-белой графике;

- Esc- Return - продолжить выбор блоков.

При нажатии на одну из клавиш F1, F2 или F3 на экране появляется меню цветов, состоящее из прямоугольников различного цвета.

Прямоугольник с текущим цветом выделяется косым крестом. Клавишами перемещения курсора можно выбрать необходимый цвет, после чего необходимо нажать клавишу «Enter».

В СИАМе имеется возможность выбора графиков в замедленном режиме. Для этого сразу после вывода графиков в черно-белом режиме нажимается клавиша Fб. Система выдает запрос «Задержка XX», где XX – цифры. Ответом на запрос является целое число, которое трактуется как величина задержки в миллисекундах между выводом двух соседних точек графика.

При необходимости построить фазовую траекторию, т. е. график выходного сигнала одного блока как функцию от выходного сигнала другого блока, нужно выделить миганием блок, выходной сигнал которого есть независимая переменная, и нажать клавишу с латинской буквой «X», после чего выделить блок с зависимой переменной и нажать «Y». После этого СИАМ построит требуемый график.

 

Выбор метода

Процедура выбора метода параметрической оптимизации активизируется при нажатии на клавишу F8. При этом появляется окно-меню с предложением выбрать один из доступных методов оптимизации.

В СИАМ реализованы три метода:

-покоординатного спуска (Гаусса-Зейделя);

-прямого поиска (Хука-Дживса);

-случайных испытаний (Монте-Карло).

Строка с названием выбранного по умолчанию метода в меню выделяется цветом. Клавишами смещения курсора «вверх-вниз» можно выделить нужную строку, клавишей «Enter» - дать системе команду выбрать выделенный метод. Если перед «Enter» нажать F1, то на экран будет выведена краткая характеристика того метода, название которого выделено в окне-меню.

После нажатия «Enter» на экране появляется дополнительное окно, в котором указывается принятый по умолчанию конечный интервал неопределенности оптимизируемых параметров «d» в процентах от исходного диапазона «D» их изменения. При необходимости пользователь может ввести новое значение «d» в пределах от 1 до 50.

Для того, чтобы, не выходя из режима оптимизации, иметь возможность изменить параметры или метод интегрирования, необходимо совместное нажатие клавиш Alt+F2.

 

Выбор целевой функции

По клавише F5 в режиме оптимизации активизируется процедура выбора блока, выходной, сигнал которого для t=tk будет интегрироваться системой как целевая функция.

Источником целевой функции может быть только блок, в выходном сигнале которого в той или иной мере опосредовано качество оптимизируемой системы. Чаше всего в исходной структуре нет ни одного блока, удовлетворяющего этому требованию. В этом случае перед проведением оптимизации следует дополнить исходную модель необходимым блоком или блоками, то есть сформировать целевую функцию.

Механизм выбора блока заключается в переводе на него курсора и нажатия «Enter».

 

Лабораторная работа № 1

Построение схемы САУ по математической модели

 

 Цель работы: изучить методику построения схемы САУ по математической модели.

Содержание работы:

- получить изображение функции, выполнив преобразование Лапласа;

- построить схему САУ;

- с помощью SIАМ построить графики переходных функций h(t) для двух эквивалентных схем.

 

Постановка задачи

Колебательные системы описываются дифференциальными уравнениями второго порядка. При описании вращательного движения математического или физического маятников используется угол отклонения a: , где l – длина подвеса. При описании пружинного маятника с затуханием используется отклонение от положения равновесия x : , где с – коэффициент сопротивления среды, k – жесткость пружины.

Приведем уравнение к стандартному виду – коэффициент при x приравняем к 1: .

Дифференциальное уравнение в изображениях по Лапласу можно записать в виде:

где  – постоянная времени,  – коэффициент затухания.

Изображение функции имеет вид:

где 0(s) – задающее воздействие,  – передаточная функция.

Схема САУ состоит из двух звеньев и строится следующим образом:

- поставить блок задающего воздействия;

- поставить блок передаточной функции.

     
 


                           0(s)   x(s)

 

Рисунок 1 – Схема САУ дифференциального уравнения второго порядка

 

При построении схемы в СИАМ (рисунок 1) в блоке единичного ступенчатого воздействия задать параметр К равным нулю, в блоке колебательного звена начальное значение Y0 задать равным начальному отклонению от положения равновесия, которое принять равным 1(м).

Если представить уравнение второго порядка системой из двух уравнений первого порядка, то при моделировании можно получить более детальную информацию о состоянии переменных модели ( ).

Введем обозначение  – скорость перемещения груза. Тогда система уравнений, описывающая движение груза пружинного маятника, примет вид:

Система уравнений в изображениях по Лапласу примет вид:

Запишем решение системы в изображениях по Лапласу с приведением второго уравнения к стандартному виду:

Построение схемы производится в следующем порядке:

- поставить передаточную функцию первого уравнения, подписать над стрелкой входа задающее воздействие , подписать над стрелкой выхода функцию ;

- поскольку решение второго уравнения является входным воздействием для первого, то ставим передаточную функцию второго уравнения слева к стрелке входа первого блока и подписываем над стрелкой входа задающее воздействие ;

- формируем входной сигнал первого блока, проводя обратную связь для , размещаем усилительное звено с коэффициентом  и проводим стрелку в блок разности сигналов, вторым сигналом в котором является нулевое входное воздействие;

- начальное отклонение от положения равновесия Y0, равное 1, задаем в блоке идеального интегрирующего звена.

 

 

 
             0(t)  0(t)-k/m× x(s) v(s)   x(s)

 

Рисунок 2 – Схема САУ системы двух дифференциальных уравнений первого порядка

 


Лабораторная работа № 2

Динамические характеристики типовых звеньев и их соединений

 

Цель работы:

-изучить динамические характеристики типовых звеньев, их соединений и методы их расчетов;

-изучить методику моделирования САУ в среде SIAM.

 

Содержание работы:

-преобразование заданной структурной схемы в одноконтурную и определение передаточной функции системы в разомкнутом и замкнутом состоянии;

-построение логарифмических частотных характеристик (ЛЧХ) системы для указанного варианта;

-построение переходной функции системы с помощью таблиц преобразования Лапласа;

-построение ЛЧХ системы и ее переходной функции путем исследования ее на ПЭВМ в среде SIAM, сравнение с аналитическими результатами.

 

Порядок выполнения работы

Система задана структурной схемой (рисунок 3). На структурной схеме обозначено:

Варианты численных значений параметров передаточных функций заданы в таблице 2. Для всех вариантов К3=1.

 


Рисунок 3 – Многоконтурная система

 

 

Рисунок 4 – Одноконтурная система

 

Используя правила соединения динамических звеньев, свести структурную схему к одноконтурной (рисунок 4) и определить передаточную функцию разомкнутой системы в виде последовательного соединения типовых звеньев.

Используя возможности вычислительной среды SIAM, набрать структурную схему, показанную на рисунке 4.

Для построения ЛЧХ после набора структурной схемы нажать клавишу F9. Блоки получат наименование А и В. В правом нижнем углу экрана набрать:

М0 = A * B,

L = М0.

Нажать «Enter». Для укрупнения графика нажать «F3».

Для получения переходной функции выйти из режима ЛЧХ и нажать клавишу F7. Нажать клавишу F2 и выбрать метод интегрирования и время интегрирования. Нажать клавишу F3 и после окончания интегрирования нажать клавишу F6. Перевести засветку на выходной блок и нажать «Enter». На экране появится переходная функция. Для получения численных значений нажать «Esc» и F7.

 

Для заданного варианта рассчитать и построить ЛЧХ системы.

Определить передаточную функцию замкнутой системы Ф(S). Определить нули и полюсы передаточной функции и свести ее к виду последовательного соединения динамических звеньев не выше второго порядка.

Найти изображение переходной функции

.

Методом неопределенных коэффициентов преобразовать изображение переходной функции к виду

.

При использовании метода неопределенных коэффициентов каждое звено, последовательно входящее в изображение Н(S) заменяется звеном Н1(S), знаменатель которого равен знаменателю исходного звена, а числитель представляет собой полином, порядок которого на единицу меньше порядка знаменателя.

Пользуясь таблицами преобразования Лапласа, определить оригиналы h1(t) для каждой Н1(S) и построить

.

 



Пример расчета.

Передаточная функция замкнутой системы приводится к виду

.

Будем считать, что характеристическое уравнение имеет один вещественный корень и пару комплексно-сопряженных. Передаточная функция приводится к виду

,

где λ 1 - вещественный корень, k1=k/d0;

а1= - (λ 23); а2= λ 2× λ 3, λ 2, λ 3 – пара комплексно-сопряженных корней.

Следовательно

.

Преобразуем изображение переходной функции методом неопределенных коэффициентов к виду:

.

Приводя полученное выражение к общему знаменателю и приравняв коэффициенты при одинаковых степенях S числителей полученной и исходной Н(S), найдем систему уравнений для вычисления неопределенных коэффициентов А, В, С, D.

Используя таблицы преобразования Лапласа, находим

.

Некоторые особенности возникают при определении h3(t), соответствующей звену . Данное изображение необходимо привести к виду

,

В соответствии с таблицами преобразования Лапласа:

 

Таблица 2 - Параметры динамических звеньев

N

п/п

Коэффициенты

К1 Т2 К4 Т4 К5 Т5 ζ 5
1 1 0.032 5 0.1 0.5 0.316 0.4
2 1.5 0.237 3.5 0.08 1.12 0.5 0.3
3 1.2 0.169 1.8 0.15 1.58 0.316 0.5
4 2 0.26 3 0.1 1.285 0.346 0.6
5 1.8 0.26 1.6 0.085 1.55 0.31 0.4
6 1.5 0.83 2.5 0.2 1.26 0.22 0.3
7 2 0.196 3 0.12 1.285 0.27 0.35
8 1.3 0.45 2.8 0.15 0.85 0.316 0.25
9 1.4 0.09 1.5 0.1 2.25 0.45 0.5
10 1.2 0.02 2.2 0.05 2.5 0.78 0.25
11 1.6 0.15 1.8 0.07 2.3 0.6 0.35
12 1.8 0.35 2 0.08 1.74 0.66 0.2
13 1.2 0.5 2.5 0.2 2.25 0.45 0.45
14 1.5 0.8 3 0.25 1.25 0.35 0.35
15 2 0.54 1.5 0.18 1.25 0.33 0.4
16 1.8 0.56 2 0.12 1.5 0.3 0.3
17 1 0.32 3 0.1 2.25 0.4 0.25
18 3 0.55 1 0.08 2 0.56 0.25
19 2.5 0.06 1.6 0.05 2.8 0.84 0.35
20 1.5 0.18 2.5 0.15 1.5 0.35 0.6
21 2 0.195 2 0.1 1.8 0.35 0.65
22 1.3 0.4 2.5 0.12 5.3 0.4 0.55
23 1.4 0.32 2.8 0.08 3.05 0.6 0.4
24 2.3 1.25 1.3 0.2 2.26 0.275 0.3
25 2.8 0.9 1.1 0.15 2.7 0.35 0.5


Лабораторная работа № 3

Анализ устойчивости систем автоматического управления

 

Цель работы: изучить методику оценки устойчивости системы управления и вычисление запасов устойчивости.

 

Содержание работы:

- определение передаточной функции разомкнутой системы, построение ЛЧХ и определение запасов устойчивости по ЛЧХ для заданного k;

- построение АФЧХ системы, оценка устойчивости и запасов устойчивости по критерию Найквистадля заданного k;

- построение переходной функции h(t) для трех значений коэффициента усиления системы: k < kкр, k = kкр, k > kкр. Критический коэффициент усиления kкропределяется экспериментальным путем;

- определение передаточной функции замкнутой системы;

- оценка устойчивости по критериям Гурвица и Михайлова и определение критического коэффициента усиленияk.

 

Исходные данные

 

Рисунок 5 – Структурная схема системы управления

 

Значения коэффициентов k и k w  приведены в таблице 3.

 

 

Т = 0, 08с для всех вариантов.

Значения коэффициентов k2, ξ и постоянных времени Т1 и Т2  берутся в соответствии с вариантом из таблицы 3.

 

Лабораторная работа № 4

Анализ качества линейных стационарных САУ

 

Цель работы: изучить методику определения прямых показателей качества САУ.

 

Порядок выполнения работы.

1. Моделирование САУ и определение h(t) на ПК в среде SIАM производится в соответствии с указаниями по работе с пакетом SIAM.

2. При выборе пределов изменения k и k w рекомендуется действовать следующим образом.

По графикам ЛЧХ, построенным в лабораторной работе № 3, определить значение k, при котором запас устойчивости по фазе
γ = 550÷ 600. Это значение коэффициента усиления считать минимальным - kmin. Максимальное значение коэффициента выбирается из условия kmaх=kкр/2.

Диапазон изменения коэффициента демпфирования k w можно выбрать экспериментально. Для этого необходимо сначала последовательно уменьшать значение k w до получения на экране ПК процесса с перерегулированием σ > 20%. Это значение k w можно считать минимально возможным. Затем необходимо увеличивать k w до получения апериодического переходного процесса без перерегулирования. Это значение k w можно считать максимально возможным.

3. Для оптимизации СAУ в соответствии с улучшенной квадратичной интегральной оценкой

,

где ε (t) - динамическая ошибка регулирования, необходимо задаться значением τ. Нужно учесть, что стремление к минимуму указанной оценки J ведет к переходному процессу вида

h(t) = 1 – e-t/τ .

Выберем время регулирования из условия . Значение частоты среза нужно взять с графиков ЛЧX из лабораторной работы № 2. Задавшись значением Δ = 0.02÷ 0.05, получим

1-е-tp/τ = 1 - Δ или е -tp/τ = Δ.

Отсюда τ = .

Структурная схема САУ (рисунок 5)
Для проведения процесса оптимизации в дополнение к структурной схеме на экране ПК необходимо набрать оптимизирующий блок (функционал). Схема САУ с оптимизирующим блоком показана на рисунке 6.

Оптимизация производится в соответствии с пунктом 2 указаний по работе с пакетом SIАМ. При проведении оптимизации в блоке Ks/Тs+1 следует принять К равным τ 2, а Т< < τ. Источником целевой функции выбирается выходной сумматор оптимизирующего блока.

 

Блок оптимизации

 

Рисунок 6 – Структурная схема с блоком оптимизации

 

 




Библиографический список

 

1. Теория автоматического управления [Текст]: [учеб. пособие для вузов по направлению подгот. бакалавров и магистров " Автоматизация и упр." и направлению подгот. дипломир. специалистов " Автоматизация и упр." ] / Д. П. Ким. - М.: Физматлит, 2003 -.Т. 1: Линейные системы: рекомендовано Мин.образования. - 2003. - 287 с. - ISBN 5-9221-0379-2.

2. Основы теории автоматического управления [Текст]: учеб. пособие / А. Н. Гусев, С. А. Ишков; М-во образования Рос. Федерации, Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королева. - Самара: СГАУ, 2001. - 164 с. - ISBN 5-7883-0171-8.


 

 

Учебное издание

 

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

 

методические указания

 

Составители: Баяндина Тамара Александровна

Фадеенков Павел Васильевич

 

ã Самарский университет, 2017

443086 Самара, Московское шоссе, 34.

 

 

Типография ООО " Инсома-пресс".

443080, Самара, Санфировой, 110 А



 




Система автоматизированного моделирования и параметрической оптимизации

Система автоматизированного моделирования и параметрической оптимизации (СИАМ) предназначена для автоматизации научных и инженерных расчетов в области анализа и синтеза широкого класса динамических систем с сосредоточенными параметрами.

С помощью СИАМ можно проводить моделирование, осуществлять параметрическую оптимизацию, строить частотные и временные характеристики.

СИАМ ориентирована на блочно-структурную форму представления математических моделей. Модель в СИАМ - это совокупность типовых блоков и связей между ними. Выходной сигнал любого блока может быть передан на вход произвольного числа других блоков, что позволяет воспроизводить средствами СИАМ математические модели большой сложности.

Характерной особенностью используемой версии СИАМ является реализованный в ней графическими средствами ПК объектно-ориентированный диалог: на экране ПК структура модели воспроизводится в форме, обычно используемой для изображения на листе бумаги, а все необходимые для обработки модели указания пользователь задает СИАМ в основном с помощью функциональных клавиш. Такая форма диалога избавляет пользователя от необходимости изучать входной язык и позволяет ему концентрировать внимание на существенных для решаемой задачи вопросах.

Для обращения к программе СИАМ необходимо на панели «NortenСomander» установить курсор на строку «SIAM» и нажать на клавишу «Enter», затем установить курсор на строку «siam-s.exe» и снова нажать на «Enter».

 

Режим ввода модели

В этом режиме функциональные клавиши имеют следующее назначение:

- F1- Пмщ (помощь) - вызвать справочную службу СИАМ;

- F2- Блок - перейти к подрежиму ввода блока и исходящей из него линии;

- F3- Перо - поднять/опустить «перо»: при опущенном пере слово «Перо» в меню выделяется негативным изображением;

- F4- Ред - перейти к режиму редактирования блоков;

- F5- Диск - записать блок-схему на диск или читать ее с него;

- F6- Окно - Показатель/убрать окно - подсказку в нижней зоне экрана;

- F7- Мод - перейти к режиму параметрической оптимизации;

- F8- Опт - перейти к режиму параметрической оптимизации;

- F9- ЛЧХ - перейти к режиму построения частотных характеристик;

- ESC- Конец - выйти из СИАМ.

Средняя зона экрана используется для отображения структурной схемы или ее фрагмента. Структурная схема может смещаться относительно окна приблизительно на 100 линейных размеров экрана по горизонтали и 300 – по вертикали. Схема смещается автоматически всякий раз, когда перемещаемый пользователем курсор достигает границ окна, а также клавишами PgUp, PgDn, Home, End. При любом смещении в окне видно хотя бы часть структуры.

 

Ввод блоков

При нажатии на клавишу F2 СИАМ переходит в подрежим выбора блоков из системной библиотеки типовых блоков. В нижней зоне экрана появляется окно - подсказка с условными изображениями (пиктограммами) типовых блоков. При этом перо опускается и курсор перестает мигать, что свидетельствует о том, что его перемещение уже недоступно пользователю.

С помощью клавиш PgUp, PgDn можно смещать пиктограммы типовых блоков вниз или вверх, при этом открывается доступ к другим типовым блокам. В данной версии СИАМ реализованы 52 типовых блока.

Для выбора блока необходимо установить курсор на соответствующее окно, т.е. сделать его активным. После нажатия клавиши «Enter» СИАМ переходит к процедуре установки параметров активного блока. При этом экран полностью счищается и на нем появляется текст, описывающий алгоритм активного блока и смысл используемых в нем параметров. Параметры вместе с принятым в системе их значениями выводятся в нижней части экрана. Активный параметр выделяется цветовым окном. После установки числовых значений параметров блока необходимо нажать «Enter». По этому сигналу СИАМ возвращает экран в графический режим и помешает в рабочее окно на то место, которое занимал курсор, пиктограмму выбранного блока с исходящей из него линией. Блоки можно располагать только на горизонтальных линиях.

После выхода из процедуры установки параметров СИАМ остается в подрежиме ввода блоков, давая пользователю возможность продолжить формирование структурной схемы.

 

Ввод и уничтожение линий

Для создания структурных схем с обратными связями и ветвлением приходится прерывать порядок построения блоков «в ряд» и дорисовать недостающие связи с помощью линий.

Линией в СИАМ считается прямолинейный отрезок, начинающийся на линии (блоке) и заканчивающийся на другой линии (блоке).

Для образования линии необходимо выйти из подрежима ввода блоков нажатием клавиши Esc. При этом перо опущено и указывает конец линии, исходящей из блока. Такая линия называется активной. Перемещение курсора по направлению активной линии удлиняет ее, а в обратном направлении – укорачивает. При смене направления перемещения курсора на ортогональное, а также при подъеме пера или при достижении текущей линией границ блока, линия перестает быть активной, о чем свидетельствует короткий звуковой сигнал и появление в конце линии галочки. Неактивную линию нельзя укоротить или удлинить с помощью курсора.

Любое возможное перемещение линий, в том числе и наложение линий друг на друга, никак не анализируется системой. Исключением является случай, когда перо опускается на линию, а с этого места берет начало другая линия. Вновь создаваемая линия будет «помнить» блок, из которого выходит линия-родитель, и, в свою очередь, передает этот блок другим линиям, начинающимся от нее.

Для создания ветвящихся структур курсор с поднятым пером перемешается к линии, от которой должна начинаться ветвь, после чего перо опускается на линию (клавиша F3). Попытка опустить перо не на линию вызовет сообщение об ошибке. В этом случае необходимо точнее установить положение курсора.

При вычерчивании линии ее конец может достичь границ некоторого блока. В этом случае раздается звуковой сигнал, перо автоматически поднимается и СИАМ анализирует блок: если блок имеет хотя бы один незанятый вход, СИАМ устанавливает связь от блока, который «помнит» линия, к данному блоку. В противном случае идет сообщение об ошибке и уничтожается текущая линия.

При использовании блоков с двумя входами (сумматор, умножитель и т.п.) применяется следующее правило: первая, достигшая блок, линия независимо от ее направления определяет первый оператор бинарной логической или математической операции (X1); линия, проведенная к блоку позднее - второй оператор (X2).

Для удаления неактивной линии необходимо подвести к ней круглый курсор (с поднятым пером) и нажать клавишу Del - программа запросит подтверждение операции уничтожения и, если подтверждение получено, уничтожит указанную линию. При этом будут уничтожены также и все другие линии, берущие от нее начало (дочерние линии), а также разорваны все ранее установленные этой линией связи блоков. Программа блокирует уничтожение корневой линии, т. е. той, которая выходит непосредственно из блока.

 

Редактирование блоков

В ходе работы с системой часто возникает необходимость получения вариантов решения при изменении параметров модели. Для изменения или просмотра параметров ранее созданного блока используется режим редактирования. Это режим инициируется клавишей F4 в любом другом режиме работы СИАМ.

При нажатии на клавишу F4 один из блоков структуры выделяется миганием. Клавишами управления курсором необходимо перевести мигающее изображение на нужный блок, после чего нажать клавишу «Enter». Теперь можно выбрать нужный параметр и изменить его значение так, как это описано в п. 1.1.

 


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2019-06-08; Просмотров: 610; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.328 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь