ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.12.2024
Просмотров: 10053
Скачиваний: 3
СОДЕРЖАНИЕ
Министерство образования и науки Российской Федерации
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
2.3.2. Основные понятия теории размерности
2.4. Общая характеристика проблемы моделирования систем
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.
2.7. 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
3.2.2. Этапы системного анализа и декомпозиция
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
4.5.2. Алгоритмы обработки внешнетраекторных измерений
5. Динамические свойства воспринимающих элементов и датчиков
5.1. Основные определения и понятия
5.2. Основные характеристики датчиков
5.2.2. Чувствительность датчиков
5.3. Схемы формирования сигналов пассивных датчиков
5.4.1. Определения и основные зависимости
5.4.4. Тепловые приемники излучения
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
5.8.1. Электродинамическая тахометрия
5.9. Датчики ускорения, вибрации и удара
5.9.2. Принцип действия сейсмических датчиков
5.10. Датчики скорости, расхода и уровня жидкости
5.10.2 Датчики и методы измерения скорости жидкости
5.10.3. Измерение расхода жидкости
5.10.4. Измерение и указание уровня жидкости
5.12.1. Распространение плоской волны
5.12.2. Распространение трехмерной волны
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
6.3.2. 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
7.1. Полунатурное моделирование
7.1.2. Автоматизация испытаний на основе полунатурного моделирования
8. Анализ систем управления с эвм
8.2. Особенности систем управления с эвм
8.2. Основные положения из теории дискретных линейных систем
8.2.2. Линейные системы с постоянными параметрами
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
9. Моделирование свойств объектов с помощью системыMatLab
9.2. MatLab как научный калькулятор
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
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
9.4.4. 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
П2.2. Система сопровождения цели
П2.3. Система автоматического наведения летательного аппарата на объект
П2.4. Система управления уровнем жидкости
3) Находится фазовый
сдвиг выходного сигнала относительно
входного. Для этого определяется отрезок
между моментами пересечения
и
средних значений
и
при одном номере периода.
Значения
усредняются по множеству измерений и
вычисляются ФЧХ на частоте
:
.
Знак “-“ означает отставание выходных колебаний относительно входных.
Повторяют действия
для других
.
4) Строится график
АЧХ
и
ФЧХ
.
Обработка сильно искаженных помехами гармонических колебаний
Пусть выходной сигнал имеет вид (см. рисунок 4.5)
,
г
де
- помеха как случайный процесс.
В этих случаях применяют метод статистической обработки результатов эксперимента.
Схема определения АФХ по данному методу (иногда называемому амплитудным) представлена на рисунке 4.6.
На входе объекта задается сигнал
.
На выходе имеем
.
Далее вычисляются оценки взаимных корреляционных функций между x(t) и z(t) при нулевом сдвиге
(4.7)
и между
и некоторой дополнительной функцией
,
(4.8)
где
- начало и конец интервала наблюдения
выходного сигнала.
Из (4.7) и (4.8) находятся АФХ по следующим зависимостям:
. (4.9)
Вся трудность
применения этого метода заключается
в том, что для определения
необходимо, как следует из рисунка 4.6,
вычислительное устройство.
Применение ЛАЧХ для аппроксимации экспериментальных АФХ
Существует много
способов определения аналитических
выражений коэффициентов АФХ объекта
.
Они громоздки и мало наглядны.
В общем случае динамические свойства объекта можно описать АФХ следующего вида
. (4.10)
Из этого выражения можно получить ЛАЧФХ:
. (4.11)
Используя простые кусочно-линейные зависимости ЛАЧХ от частоты, можно провести приближенную аппроксимацию экспериментальной АЧХ набором аналитических выражений:
.
(4.12)
ЛФЧХ используется для определения структуры передаточной функции (определяются величина τ, кратность нулевых полюсов, иногда – порядок знаменателя и т.д.) и проверки правильности аппроксимации всей АФХ.
Этот метод определения передаточной функции по экспериментальным данным связан с графическими построениями и позволяет лишь приближено аппроксимировать экспериментальную АФХ. Поэтому необходимо использовать и комбинированный способ, когда эффективным является и априорный выбор структуры передаточных функций.
4.4.1. Временные характеристики и их свойства
При исследовании поведения САУ во времени достаточно очевидно, что все воздействия имеют случайный, непредсказуемый характер. Следовательно, при анализе и синтезе необходимо сформировать систему типовых воздействий и реакций на них САУ, наиболее достоверно отражающую качество процессов управления. При этом принято считать, что, если САУ хорошо реагирует на некоторое типовое воздействие, а, значит, имеет хорошую типовую динамическую характеристику, то и при произвольных входных воздействиях она будет справляться с задачами управления.
В
ременная
характеристика
- это зависимость изменения той или иной
величины САУ от времени, возникающего
под действием тех или иных факторов. Из
временных характеристик в ТАУ наибольшее
распространение получили переходная
функция и
импульсная
переходная функция
(функция веса, весовая функция).
Схема формирования
переходной функции отображена на рисунке
4.7.
Переходная функция САУ (объекта, блока,
элемента, звена) - это реакция на
единичное ступенчатое воздействие.
Обычно переходную функцию обозначают
символом
.
Для снятия переходных характеристик элементов с малой постоянной времени используются быстро действующие измерительные приборы с электрическим сигналом на выходе.
Запись измеряемых сигналов осуществляется с помощью шлейфовых осциллографов или цифровых накопителей.
Переходные характеристики элементов с большой постоянной времени регистрируются обычными многоточечными приборами (потенциометрами).
Один из способов получения динамических характеристик (передаточной функции) связан с проведением экспериментов и с последующей идентификацией свойств объекта.
У
словно
данная задача может быть представлена
в виде рисунка слева. На входе объекта
задан известный сигналu(t).
На выходе
регистрируется сигнал
y(t).
Требуется определить передаточную функцию объекта.
Передаточная функция объекта численно равна отношению преобразования Лапласа его выходной величины и преобразования Лапласа входного воздействия при нулевых начальных условиях.
4.4.2. Определение характеристик апериодического звена
С
хема
апериодического звена и его реакция на
единичный скачок на входе представлены
на рисунке 4.8, гдеW(s)
– передаточная функция звена, T
– постоянная времени, k
– коэффициент передачи.
Как следует из рисунка, график переходной характеристики звена асимптотически стремится к установившемуся уровню k.
При этом плавный характер, отсутствие колебаний и обусловили название “апериодическое” (т.е. непериодическое).
Другое название “инерционное” связано с тем, что постоянная времени T препятствует мгновенному достижению уровня k.
Таким образом, чем больше величина постоянной времени T, тем звено “инерционнее”.
Аналитическое выражение для переходной характеристики звена определяется функцией времени
(4.13)
Отсюда
следует, что при t
= T
соблюдаются условие
,
а при -
.
4.4.3. Определение характеристик колебательного звена
Как известно, колебательное звено может быть выражено передаточной функцией вида
,
где
- соответственно постоянная времени,
коэффициент демпфирования колебаний
иk
– коэффициент передачи.
Схема колебательного звена и его реакция на единичный скачок на входе представлены на рисунке 4.9. Переходная функция колебательного звена имеет вид [7]
. (4.14)
Используя выражение
(4.14) можно определить параметры
колебательного звена. Они находятся
из следующих соотношений:
(4.15)
Входящие в эти
выражения параметры
и
вычисляются непосредственно по переходной
характеристике следующим образом:
- круговая частота,
- степень затухания (4.16)
где τ - период колебаний;
,
- амплитуды колебаний относительно
установившегося значения, отстоящие
друг от друга на период колебанийτ.
Из последнего выражения (4.16) имеем:
.
(4.17)
Таким образом, по экспериментально снятой переходной характеристике (подобной представленной на рисунке 4.9) можно найти все параметры колебательного звена, входящие в выражение передаточной функции звена.