ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 28.12.2024

Просмотров: 2870

Скачиваний: 5

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

В.Г. Новиков моделирование систем

Коломна 2007

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

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

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

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

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

Введение

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

1.1. Введение

1.2. Ввод и преобразование моделей

1.2.1. Основные положения

1.2.2. Пример создания модели

1.3. Анализ системы

1.3.1. Общие положения

1.3.1.1. Примеры анализа во временной области

1.3.1.2. Примеры анализа в частотной области

1.3.1.3. Процедуры, вычисляющие отдельные характеристики и графически показывающие расположение полюсов и нулей системы

1.3.2. Примеры анализа во временной области

1.3.3. Примеры анализа в частотной области

1.3.4. Примеры применения процедур для вычисления полюсов и нулей системы

1.4. Задание на самостоятельную работу

1.4.1. Структурная схема модели

1.4.2. Требования к исследованию модели

1.4.3. Исходные параметры модели

1.4.4. Отчетность по лабораторной работе

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

2.1. Введение

2.2. Общие средства фильтрации. Формирование случайных процессов

2.2.1. Общие основы линейной фильтрации

2.2.2. Формирование случайных процессов

2.3. Спектральный и статистический анализ

2.3.1. Основные понятия

2.3.2. Примеры спектрального анализа

2.4. Задание на самостоятельную работу

2.4.1 Цифровая обработка сигналов

2.4.2. Формирование случайного процесса из белого шума

2.4.3. Формирование процесса как сумма гармоник

2.4.4. Исходные данные

2.4.5. Отчетность по лабораторной работе

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

3.1. Краткие сведения о подсистеме MatLab simulink

3.1.1. Запуск подсистемы simulink

3.1.2. Создание модели

3.1.3. Некоторые основные приемы подготовки и редактирования модели

3.5.1. Установка параметров моделирования

3.5.2. Выполнение моделирования

3.2.2.2. Результат составления модели

3.2.3. Результаты моделирования

3.3. Задание на самостоятельную работу

3.3.2.3. Отчетность

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

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

4.1.1. Особенности процессов в линейных нестационарных системах

4.1.2. Особенности процессов в нелинейных сау

4.1.3. Метод фазового пространства

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

4.2.1. Приведение линейного дифференциального уравнения к канонической форме

4.2.2. Пример исследования нестационарных и нелинейных процессов

4.2.2.1. Постановка задачи

4.2.3. Методика формирования модели в системе MatLab

4.2.2.3. Пример результатов исследования

4.3. Задание на самостоятельную работу

4.3.1. Исходная система

4.3.2. Требования к работе

4.3.3. Отчетность

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

5. 1. Введение

5. 2. Пример имитационного моделирования процессов с использованием подсистемы MatLab simulink

5.2.1. Постановка задачи

5.2.2. Формирование схемы моделирования

5.2.3. Подготовка к имитационному моделированию

5.2.3.1. Настройка блока Random Number - источника случайного сигнала с нормальным распределением.

5.2.3.2. Настройка блока Uniform Rundom Number - источника случайного сигнала с равномерным распределением

5.2.3.3. Настройка блока To Workspace - блока записи в рабочую область Matlab

5.2.3.4. Установка параметров моделирования и сохранение модели

5.2.3.5. Представление результатов имитационного моделирования

5.2.4. Результаты моделирования

5.3. Задание на самостоятельную работу

5.3.1. Исходная схема

5.3.2. Требования к работе

5.3.3. Отчетность

Использованные источники

5.3.2.2. Провести исследование системы при задании на вход гармонического сигнала x=Aвхsin (2π fвх t) при двух значениях частоты: fвх=0.5 Гц и fвх=1 Гц с переменной амплитудой Aвх=A0+t, где A0начальное значение амплитуды,  - скорость изменения амплитуды.

Рекомендация. При формировании переменой амплитуды Aвх воспользуйтесь источником линейно изменяющегося сигнала - блоком Ramp - из раздела Sources библиотеки SIMULINK

  • В процессе моделирования оценить  сходимость  результатов,  варьируя   количеством  реализаций  N   = [50, 100, 300, 500] по величинам среднего значения ошибки M(z) и среднеквадратического отклонения Sig(z) в каждой серии из N реализаций.

  • Представить соответствующие графики распределения ошибки z в реализациях.

  • Для наглядности анализа результаты свести в таблицу приведенного ниже образца.

Таблица. Образец таблицы с результатами моделирования

Количество реализаций

N

Среднее значение

M(z)

Среднеквадратическое отклонение

Sig(z)

График

plot (Z)

с распределением ошибки в каждой реализации

График гистограммы вектора Z во всем интервале изменения ошибки z в течение цикла из N реализаций

hist (Z, z)

fвх=0.5 Гц

50

Рисунок 1.1

Рисунок 1.2

100

Рисунок 1.3

Рисунок 1.4

300

Рисунок 1.5

Рисунок 1.6

500

Рисунок 1.7

Рисунок 1.8

fвх=1 Гц

50

Рисунок 2.1

Рисунок 2.2

100

Рисунок 2.3

Рисунок 2.4

300

Рисунок 2.5

Рисунок 2.6

500

Рисунок 2.7

Рисунок 2.8


5.3.3. Отчетность

1). Результаты исследований сохранять в личной папке в соответствующих файлах с расширениями .m (Script-file) и .mdl (Model).

2). По работе оформить отчет в виде Пояснительной записки в текстовом процессоре MS Word:

- на электронном носителе;

  • на бумажном носителе.

Таблица 2. Исходные данные для моделирования по вариантам

варианта

Входной сигнал

Aвх

Фильтр Wкф(s)

Kус(t)

N,в соответствии с выражением

Объект управления

WОУ(s)

Шумы

A0

T1, с,

T2, с

T3,

с

KОУ(t)

TОУ, с,

ξОУ

S1

S2

закон

закон

закон

закон

нормальный

параметры

равномерный

параметры

нормальный

параметры

равномерный

параметры

M

D

min

max

M

D

min

max

1

2

3

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

1

0.30

0.05

в соответствии с выражением (2) и таблицей 1

0.04

0.005

в соответствии с выражением (3) и таблицей 1

(34)

В соответствии с таблицей 1

в соответствии с выражением (5) и таблицей 1

0.4

да

0

0.2

-

-

да

-0.2

0.2

2

0.45

0.05

0.05

0.005

(35)

0.3

-

да

-0.3

0.3

да

0

0.2

-

3

0.55

0.04

0.06

0.005

(34)

0.2

да

0.2

0.2

-

-

да

-0.3

0.3

4

0.30

0.04

0.07

0.005

(35)

0.6

да

0.2

0.3

-

да

0.1

0.2

-

5

0.45

0.03

0.08

0.005

(34)

0.6

-

да

-0.4

0.4

да

0.2

0.3

-

6

0.55

0.02

0.09

0.005

(35)

0.5

да

0.1

0.6

-

-

да

-0.4

0.4

7

0.65

0.01

0.10

0.005

(34)

0.4

-

да

-0.5

0.5

да

0.1

0.2

-

8

0.75

0.01

0.04

0.005

(35)

0.3

да

0.2

0.2

-

-

да

-0.3

0.3

9

0.85

0.01

0.05

0.004

(34)

0.2

-

да

-0.6

0.6

да

0

0.2

-

10

0.90

0.01

0.06

0.003

(35)

0.1

да

0.3

0.3

-

да

0

0.2

-

11

1.00

0.01

0.07

0.004

(34)

0.4

-

да

-0.4

0.4

-

да

-0.5

0.5

12

1.20

0.01

0.08

0.007

(35)

0.3

да

0.1

0.5

да

0

0.2

-

13

0.30

0.05

0.09

0.009

(34)

0.2

-

да

-0.3

0.3

-

да

-0.3

0.3

14

0.45

0.04

0.10

0.010

(35)

0.6

да

0.2

0.3

-

да

-0.1

0.2

-

15

0.55

0.03

0.04

0.004

(34)

0.6

-

да

-0.2

0.2

да

-0.4

0.4

16

0.30

0.05

0.05

0.003

(35)

0.5

да

0.3

0.3

-

да

-0.2

0.2

-

17

0.45

0.04

0.06

0.004

(34)

0.4

-

да

-0.3

0.3

-

да

-0.3

0.3

18

0.55

0.03

0.07

0.007

(35)

0.3

да

0.1

0.4

-

да

-0.1

0.3

-

19

0.65

0.02

0.08

0.009

(34)

0.2

-

да

-0.4

0.4

-

да

-0.2

0.2

20

0.75

0.02

0.09

0.010

(35)

0.1

да

0.2

0.3

-

да

0.2

0.2

-

21

0.85

0.01

0.10

0.004

(34)

0.3

-

да

-0.2

0.2

-

да

-0.1

0.1

22

0.90

0.01

0.04

0.003

(35)

0.2

да

0.3

0.3

-

да

0.1

0.4

-

23

1.00

0.01

0.05

0.004

(34)

0.1

-

да

-0.3

0.3

-

да

-0.3

0.3

24

1.20

0.01

0.06

0.007

(35)

0.2

да

0.2

0.3

-

да

0.1

0.2

-


Использованные источники

  1. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учебник для вузов – М.: Высшая школа. 1999. – 576 с.

  2. Гультяев А.К. MATLAB5.2. Имитационное моделирование в средеWindows: Практическое пособие – Санкт-Петербург: Корона, 1999. – 286 с.

  3. Егоренков Д.Л., Фрадков А.Л., Харламов В.Ю. Основы математического моделирования. Построение и анализ моделей с примерами на языке MatLab– Санкт-Петербург: БГТУ “Военмех”, 1996. – 188 с.

  4. Земсков А.В. Теория, конструкция и основы проектирования систем управления. Раздел 1. Теория автоматического управления. - МО РФ: Михайловская военная артиллерийская академия, 2005. – 312 с.

  5. Лазарев Ю.Ф. MatLAB 5.x. – К: Издательская группа BHV, 2000. – 384 с.

  6. Макаров И.М., Менский Б.М. Линейные автоматические системы (элементы теории, методы расчета и справочный материал). – М.: Машиностроение, 1982. – 504 с.

  7. Медведев В.С., Потемкин В.Г. Control Sistem Toolbox. Matlab 5 для студентов. – М: Диалог МИФИ, 1999. – 456 с.

  8. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 5-ти томах; Т.1: Математические модели, динамические характеристики и анализ систем управления / Под ред. К.А. Пупкова, Н.Д. Егупова. – М: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. – 656 с.

  9. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. Перевод с английского.– М: Мир, 1978. – 848 с.

  10. Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. – 320 с.

  11. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Учеб. для вузов по специальности “Автоматизир. системы обработки информ. и упр.” – М: Высшая школа, 1998. – 319 с.: ил.

  12. Сольницев Р.И. Автоматизация проектирования систем автоматического управления: Учеб. для вузов по специальности “Автоматика и управление в технических системах” – М: Высшая школа, 1991. – 335 с. : ил.

  13. Черных И.В. SIMULINK: среда создания инженерных приложений / Под общ. Ред. к.т.н. В.Г. Потемкина. – М.: ДИАЛОГ-МИФИ. 2003. – 496 с.