Файл: ПОСОБИЕ_НОВИКОВ.doc

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.12.2024

Просмотров: 10135

Скачиваний: 3

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

СОДЕРЖАНИЕ

Министерство образования и науки Российской Федерации

Содержание

Введение

1. Современное состояние проблемы моделирования систем

1.1. Моделирование как метод научного познания. Философские аспекты моделирования

1.2. Использование моделирования при исследовании и проектировании систем

1.2.1. Особенности разработки систем

1.2.2. Особенности использования моделей

1.2.3. Перспективы развития методов и средств моделирования систем

2. Основные понятия теории моделирования систем

2.1. Принцип системного подхода в моделировании систем

2.1.1. Структура системы – совокупность связей между элементами системы

2.1.2. Экспериментальные исследования систем

2.2. Стадии разработки моделей

2.3. Понятие подобия

2.3.1. Общие положения

2.3.2. Основные понятия теории размерности

2.3.3. Примеры подобия

2.4. Общая характеристика проблемы моделирования систем

2.4.1. Объект моделирования.

2.4.2. Характеристики моделей систем

2.4.3. Цели моделирования систем

2.5. Классификация видов и методов моделирования систем

2.5.1. Классификационные признаки

2.5.2. Математическое моделирование.

2.6. Построение модели

2.7. Разработка вычислительного метода

2.8. Проверка (тестирование) модели

3. Математическое моделирование

3.1. Задачи и цели исследования математических моделей

3.2. Методология математического моделирования. Системный анализ

3.2.1. Понятие системы

3.2.2. Этапы системного анализа и декомпозиция

3.2.3. Экспертные оценки

3.3. Классификация математических моделей

3.4. Методы формализованного описания системы

3.4.1. Математическая модель по “входу-выходу”

3.4.2. Математическая модель в пространстве состояний

3.4.3. Описание линейных систем в пространстве состояний

3.4.4. Реализация систем в пространстве состояний

3.5. Методы построения математических моделей и их применение в сапр

3.5.1. Методы построения математических моделей

3.5.2. Математические модели с точки зрения сапр

3.5.4. Методика составления уравнений динамики элементов сау

3.6. Математические модели системы управления. Понятие об оптимальном управлении

4. Экспериментальное определение динамических характеристик объектов моделирования

4.1. Понятие о динамических характеристиках объектов

4.2. Определение динамических характеристик элементов систем по временным характеристикам

4.2.1. Определение статических характеристик

4.2.2. Определение динамических характеристик объектов с помощью периодических воздействий

4.4.1. Временные характеристики и их свойства

4.4.2. Определение характеристик апериодического звена

4.4.3. Определение характеристик колебательного звена

4.3. Формы описания динамических свойств объектов

4.4. Синтез пассивных двухполюсников и четырехполюсников

4.3.1. Разложение передаточной функции активного четырехполюсника

4.3.2. Способы синтеза двухполюсников

4.5. Экспериментальная отработка характеристик системы управления движущимся объектом

4.5.1. Общие положения

4.5.2. Алгоритмы обработки внешнетраекторных измерений

5. Динамические свойства воспринимающих элементов и датчиков

5.1. Основные определения и понятия

5.1.1. Понятие датчика

5.1.2. Классификация датчиков

5.2. Основные характеристики датчиков

5.2.1. Погрешности измерений

5.2.2. Чувствительность датчиков

5.2.3. Быстродействие датчика

5.3. Схемы формирования сигналов пассивных датчиков

5.3.1. Общие характеристики

5.4. Оптические датчики

5.4.1. Определения и основные зависимости

5.4.2. Фоторезисторы

5.4.3. Фотодиоды

5.4.4. Тепловые приемники излучения

5.4.5. Датчики изображения

5.4.6. Волоконная оптика

5.5. Датчики температуры

5.5.1. Методы измерения температуры

5.6. Датчики положения и перемещения

5.6.1. Методы определения положения и перемещения

5.6.2. Резисторные потенциометры

5.6.3. Индуктивные датчики

5.6.4. Емкостные датчики

5.6.5. Цифровые датчики

5.6.6. Датчики близости

5.7. Датчики деформации

5.7.1. Основные определения

5.7.2. Основные положения

5.8. Тахометрические датчики

5.8.1. Электродинамическая тахометрия

5.8.2. Импульсная тахометрия

5.8.3. Гирометры

5.9. Датчики ускорения, вибрации и удара

5.9.1. Общие положения

5.9.2. Принцип действия сейсмических датчиков

5.10. Датчики скорости, расхода и уровня жидкости

5.10.1. Элементарные понятия

5.10.2 Датчики и методы измерения скорости жидкости

5.10.3. Измерение расхода жидкости

5.10.4. Измерение и указание уровня жидкости

5.11. Датчики влажности

5.11.1. Определения

5.11.2. Гигрометры

5.12. Акустические датчики

5.12.1. Распространение плоской волны

5.12.2. Распространение трехмерной волны

5.12.3. Микрофоны

5.12.4. Измерение интенсивности

6. Основы технологии имитационного моделирования

6.1. Основные определения и понятия

6.2. Область применения и классификация имитационных моделей

6.3. Описание поведения системы

6.3.1. Общие положения.

6.3.2. Методика моделирования случайных факторов

6.3.3. Два подхода к моделированию случайных чисел

6.4. Оценка качества псевдослучайных чисел

6.5. Оценка качества имитационного моделирования

7. Методы испытаний систем управления и их применение в системах автоматизированного проектирования (сапр)

7.1. Полунатурное моделирование

7.1.1. Общие положения

7.1.2. Автоматизация испытаний на основе полунатурного моделирования

8. Анализ систем управления с эвм

8.1. Основные задачи

8.2. Особенности систем управления с эвм

8.2. Основные положения из теории дискретных линейных систем

8.2.1. Последовательности

8.2.2. Линейные системы с постоянными параметрами

8.2.3. Разностные уравнения

8.2.3.1. Решение разностных уравнений методом прямой подстановки

8.3. Расчет цифровых фильтров по фильтрам непрерывного времени

8.3.1 Методика синтеза цифровых фильтров. Общие положения

8.3.2 Методы дискретизации аналоговых фильтров

8.3.3. Геометрическая интерпретация методов расчета цифровых фильтров по фильтрам непрерывного времени

9. Моделирование свойств объектов с помощью системыMatLab

9.1. Введение

9.2. MatLab как научный калькулятор

9.2.1. Командное окно

9.2.2. Операции с числами

9.2.3. Простейшие операции с векторами и матрицами

9.2.4. Некоторые функции прикладной численной математики

9.2.5. Построение простейших графиков

9.3. Исследование линейных стационарных систем (лсс)

9.3.1. Классы пакета control.L

9.3.2. Ввод и преобразование моделей

Пример создания модели

9.3.3. Анализ системы

9.4. Моделирование динамических процессов с помощью подсистемы MatLab simulink

9.4.1. Краткие сведения о подсистеме MatLab simulink

9.4.2. Запуск подсистемы simulink

9.4.3. Создание модели

9.4.4. Некоторые основные приемы подготовки и редактирования модели

9.4.5. Установка параметров моделирования и его выполнение

9.2.2. Результат составления модели

Приложения п1. Динамические характеристики объектов моделирования

П2. Примеры составление функциональной и структурной схемы динамической системы

П2.1. Система управления угловой скорости вращения ротора двигателя при условии действия постоянного возмущения

П2.2. Система сопровождения цели

П2.3. Система автоматического наведения летательного аппарата на объект

П2.4. Система управления уровнем жидкости

П2.5. Система управления экономическими параметрами

Использованные источники

Основы теории и практики моделирования динамических систем

Но микрофон этого типа не приспособлен для физических измерений, т.к. имеет ограниченную полосу пропускания.

Для создания измерительных микрофонов предпочтительнее методы преобразования, основанные на обратимых явлениях электромагнитного, электростатического, пьезоэлектрического типов.

5.12.3.2. Основные типы микрофонов

Выделяются группы микрофонов, предназначенных для измерения:

- давления;

- градиента давления.

Первые осуществляют физические измерения давления, вторые - физические измерения скорости звука.

Важное преимущество последних – их чувствительность к направлению распространения.

Для получения более выраженной направленности можно использовать микрофоны, чувствительные ко второму градиенту.

5.12.3.3. Электро-механо-акустические аналоги

Аналогия “течение – ток”

Сопоставляя уравнения для электрических цепей и уравнения акустических явлений, можно обнаружить некоторые аналогии.

Рассмотрим акустическую схему – простой акустический контур, представленный на рисунке 5.44.

На рисунке:

  1. капиллярный канал;

  2. полость объема V;

  3. трубка с площадью сечения A;

u – скорость, p – давление.

Поскольку равенство давлений по разные стороны разграничивающих плоскостей означает равенство плотностей, из закона сохранения массы вытекает, что расход, вычисляемый как

, (5.152)

при переходе через эти плоскости сохраняется (т.е. течение сохраняется). Это течение можно рассматривать как аналог электрического тока, т.е. можно утверждать

.

Аналогия акустической массы

Находящийся в трубе газ массой перемещается как целое под действием разности давлений. Тогда справедливы соотношения

,

откуда

(5.153)

где - расход газа.

Приведем уравнение основного закона механики (динамики) имеет вид

, (5.154)

где - сила, действующее на твердое тело с массой, под действием которой оно движется со скоростью.

Также известно выражение для закона Ома

, (5.155)

в котором - индуктивность,- разность потенциалов,- ток.

Как следует из рассмотрения полученных соотношений, уравнение для газа (5.153) близко по форме к уравнению механики (5.154) и выражению закона Ома. Формально сомножитель в правой части выражения (5.153) можно интерпретировать какакустическую массу.

Таким образом, существует аналогия между механической массой , индуктивностьюи акустической массой. При этом перемещение массы играет роль тока

, (5.156)

а разность давлений - разность потенциалов

. (5.157)

Акустическое сопротивление

Падение давления в капилляре, вызванное вязкостью, пропорционально скорости (при ламинарном течении).

Таким образом, получаем

, (5.158)

где - аналог гидравлического сопротивления, которое называетсяакустическим сопротивлением.

Акустическая упругость

Из-за малых размеров сжатие газа в полости происходит без смещения его центра массы. Процесс сжатия описывается законами термодинамики.

Предполагая сжатие адиабатическим (изменение количества теплоты, сообщенное в процессе, отсутствует, при котором можно принять , где- удельная теплоемкость при постоянном давлении и объеме) получаем

. (5.159)

Справка.

Выражение (5.159) можно получить из следующих выкладок.

Введем обозначение

Из данного требования вытекает, что приращение переменной .

Найдем полный дифференциал .

.

Отсюда имеем .

Пусть

.

Тогда

. (5.160)

Сомножитель служит аналогом емкости в электричестве. Назовем егоакустической емкостью.

Уравнение акустического канала

Для представленной на рисунке схемы получим дифференциальное уравнение, связывающее давление с потоком.

Имеем

.

В правой части слагаемые заменим соответствующими выражениями из (5.153), (5.158), (5.160) и получим

. (5.161)

Полученное уравнение подобно закону Ома для последовательно включенных активного сопротивления , индуктивностии емкости

. (5.162)

и механическому уравнению, описывающему затухающее движение тела с массой M с одной степенью свободы

. (5.163)

Сопоставление последних трех уравнений указывает на наличие аналогии с активными и реактивными сопротивлениями, соответствующие обозначения для которых приведено в таблице 5.5.

Таблица 5.5. Электро-механо-акустические аналоги

Электрическая величина

Механическая величина

Акустическая величина

Графическое обозначение

Э.д.с., e

Механическая сила F

Акустическое давление, p

-

Ток, i

Линейная скорость, V

Объемный расход, Au

Индуктивность, L

Масса, M

Акустическая масса,

Электрическое сопротивление,

Механическое сопротивление,

Акустическое сопротивление,

Емкость, c

Податливость (обратная величина жесткости), 1/k

Акустическая упругость, емкость,

Эквивалентная схема микрофона

Все электроакустические системы можно разделить более или менее условно на три части:

- акустическую;

- механическую;

- электрическую.

Руководствуясь изложенными выше принципами, можно составить электрическую схему, эквивалентную исходной акустической.

При этом все элементы схемы, через которые проходит один и тот же поток, размещаются последовательно, а элементы, соответствующие частям общего потока, - параллельно.

Заметим, что в большинстве случаев сложение потоков проявляется в емкостях.

5.12.3.4. Микрофон, чувствительный к давлению

В микрофонах этого типа флуктуации давления приводят к смещению диафрагмы. А изменение атмосферного давления не вызывает какого-либо эффекта (деформации) из-за наличия капиллярного канала для выравнивания давления.

Подобные микрофоны содержат три элемента:

- полость;

- диафрагму;

- канал для подхода воздуха (капилляр),

которые можно представить соответственно с помощью емкости (ей соответствует импедансZс), импеданса реактивного типа ZD и активного сопротивления .

Получить выражение для определения давления, действующего на диафрагму.

Эквивалентная акустическая схема, построенная на основе аналогии с активным и реактивным сопротивлением, представлена на рисунке 5.45.

Предположим, что давление, действующее на диафрагму и капилляр одинаковы. Далее выполняем расчет по эквивалентной электрической схеме (рисунок 5.45,в)).

Используем законы Кирхгофа.

Согласно первому закону (следствие закона сохранения зряда, согласно которому в любом узле заряд, одного знака не может ни накапливаться, ни убывать: алгебраическая сума токов ветвей, сходящихся в узле, равна нулю) имеем

;

.

Согласно второму закону Кирхгофа (алгебраическая сумма напряжений всех участков замкнутого контура равна нулю; при составлении уравнений принято следующее правило: направление обхода участков контура – по часовой стрелке; со знаком плюс принять те слагаемые, в которых токи и э.д.с. имеют направление, совпадающее с направлением обхода) можно записать:

Смотрите также файлы