Файл: Лаб_практикум.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Московский государственный открытый университет

Коломенский институт

В.Г. Новиков моделирование систем

ЛАБАРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Коломна 2007

УДК 519.8 (076)

ББК 22.18

М–74

Рецензенты:

- доктор технических наук, профессор ТРУШКОВ А.С. (Коломенский государственный педагогический институт, Коломна Московской области);

- кандидат технических наук, профессор МЯЛЬДЗИН Н.Х. (Коломенский институт МГОУ, Коломна Московской области);

- кафедра “Автоматики и электроники в машиностроении” Коломенского института МГОУ (Коломна Московской области) (заведующий кафедрой кандидат технических наук, профессор РОДОВ А.М.).

Автором пособия является доктор технических наук, профессор кафедры “Автоматики и электроники в машиностроении” КИ МГОУ Новиков В.Г.

Моделирование систем: Лабораторный практикум / Новиков В.Г. – Коломна: КИ МГОУ, 2007. – 60 с., ил.

В лабораторном практикуме излагаются методические указанияк выполнению лабораторных работ по курсуМоделирование систем, соответствующему Государственным образовательным стандартам высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 220000 – “Автоматика и управление” и бакалавра 220200 – “Автоматизация и управление”.

Для студентов очной и очно-заочной формы обучения по специальности 220201 - Управление и информатика в технических системах, по направлению 220200 - Автоматизация и управление.

Утверждено Учебно-методическим Советом Коломенского института МГОУ, Председатель Совета Липатов А.М.

УДК 519.8 (076)

ББК 22.18

© Новиков В.Г.

© КИ МГОУ, 2007

ВВЕДЕНИЕ5

Тема 1. Исследование линейных стационарных систем с помощью пакета прикладных программ MatLab “Control Sistem Toolbox” (“Система управления”)6

1.1. Введение 6

1.2. Ввод и преобразование моделей 7

1.2.1. Основные положения 7

1.2.2. Пример создания модели 9

1.3. Анализ системы 11

1.3.1. Общие положения 11

1.3.2. Примеры анализа во временной области 12

1.3.3. Примеры анализа в частотной области 13

1.3.4. Примеры применения процедур для вычисления полюсов и нулей системы 14

1.4. Задание на самостоятельную работу 15

1.4.1. Структурная схема модели 15

1.4.2. Требования к исследованию модели 15

1.4.3. Исходные параметры модели 16

1.4.4. Отчетность по лабораторной работе 16

Тема 2. Цифровая обработка сигналов при Исследовании систем с помощью пакета MatLab “Signal Processing Toolbox”17

2.1. Введение 17

2.2. Общие средства фильтрации. Формирование случайных процессов 17

2.2.1. Общие основы линейной фильтрации 17

2.2.2. Формирование случайных процессов 21

2.3. Спектральный и статистический анализ 23

2.3.1. Основные понятия 23

2.3.2. Примеры спектрального анализа 24

2.4. Задание на самостоятельную работу 27

2.4.1 Цифровая обработка сигналов 27

2.4.2. Формирование случайного процесса из белого шума 27

2.4.3. Формирование процесса как сумма гармоник 27

2.4.4. Исходные данные 27

2.4.5. Отчетность по лабораторной работе 27

Тема 3. Моделирование динамических процессов с помощью пакета MatLab “Simulink”29

3.1. Краткие сведения о подсистеме MatLab SIMULINK 29

3.1.1. Запуск подсистемы SIMULINK 29

3.1.2. Создание модели 30

3.1.3. Некоторые основные приемы подготовки и редактирования модели 31

3.1.4. Установка параметров моделирования и его выполнение 32

3.5.1. Установка параметров моделирования 32

3.5.2. Выполнение моделирования 33

3.5.3. Завершение работы 33

3.2. Пример создания модели системы и выбор ее характеристик 33

3.2.1. Постановка задачи 33

3.2.2. Методика решения 34

3.2.3. Результаты моделирования 36

3.3. Задание на самостоятельную работу 38

3.3.1. Исходная динамическая система 38

3.3.2. Требования к работе 38

Тема 4. Моделирование процессов в линейных нестационарных динамических системах с использованием подсистемы MatLab “Simulink”40

4.1. Краткие сведения из теории линейных нестационарных и нелинейных систем автоматического управления 40

4.1.1. Особенности процессов в линейных нестационарных системах 40

4.1.2. Особенности процессов в нелинейных САУ 41

4.1.3. Метод фазового пространства 42

4.2. Моделирования процессов в линейных нестационарных и нелинейных динамических системах с использованием подсистемы MatLab SIMULINK 43

4.2.1. Приведение линейного дифференциального уравнения к канонической форме 43

4.2.2. Пример исследования нестационарных и нелинейных процессов 45

4.2.3. Методика формирования модели в системе MatLab 46

4.3. Задание на самостоятельную работу 50

4.3.1. Исходная система 50

4.3.2. Требования к работе 50

4.3.3. Отчетность 51

Тема 5. Имитационное моделирование процессов в динамических системах с использованием подсистемы MatLab “Simulink”53

5. 1. Введение 53

5. 2. Пример имитационного моделирования процессов с использованием подсистемы MatLab SIMULINK 53

5.2.1. Постановка задачи 53

5.2.2. Формирование схемы моделирования 54

5.2.3. Подготовка к имитационному моделированию 54

5.3. Задание на самостоятельную работу 57

5.3.1. Исходная схема 57

5.3.2. Требования к работе 57

5.3.3. Отчетность 58

Использованные источники60

Введение

Данный практикум ориентирован на исследование математических (аналитических и имитационных) моделей, применяемых при проектировании автоматизированных систем управления различных уровней, а также на освоение новой информационной технологии в автоматизации исследования этих сложных систем на базе моделирования на ЭВМ.

Цель практикума – выработать у студентов умение самостоятельно применять для решения конкретных инженерных задач исследования систем знания по моделированию на ЭВМ, полученные из лекционного курса.

Каждая лабораторная работа по дисциплине “Моделирование систем” должна научить студентов:

- самостоятельно решать отдельные прикладные задачи исследования систем на базе метода машинной имитации;

- оформлять результаты машинных экспериментов в соответствии с требованиями ГОСТ;

- защищать результаты, полученные при выполнении лабораторных работ по исследованию характеристик систем на ЭВМ.

Предполагается, что при выполнении лабораторных работ задачи моделирования ограничены рассмотрением вопросов оценки с помощью имитационных экспериментов временных, частотных характеристик для системного исследования функционирования сложных объектов.

В предлагаемом учебном практикуме рассмотрены вопросы организации выполнения лабораторных работ на ПЭВМ, даны конкретные методические указания по выполнению каждой работы. При этом даны:

- краткие теоретические положения по предмету исследования;

- приведены примеры исследования;

- и сформулированы задания на самостоятельную работу.

Методические позиции системного машинного моделирования, рассмотренные для организации лабораторных работ, могут быть полезны студентам в дальнейшем и при выполнении соответствующих курсовых работ, связанных с исследованием сложных систем.

Для практической реализации моделей в практикуме используется система MatLab в среде Windows – 95/98/2000/XP.

Выбор в качестве программной реализации моделей в практикуме этой системы обусловлен тем, что в настоящее время она является одним из наиболее эффективных и распространенных средств моделирования сложных систем на ПЭВМ и успешно используется для моделирования систем