Файл: ПОСОБИЕ_НОВИКОВ.doc

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.12.2024

Просмотров: 10067

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

В результате такой операции получают массив со значениями угловых координат (на каждый теодолит по два угла , ε). Каждая пара углов соответствует определенному значению времени

,

где t0 – начальный момент времени;

N – количество рассматриваемых кадров съемки;

–шаг изменения времени.

Определение траекторных параметров объекта

К траекторным параметрам относятся:

- собственно траектория объекта (координаты объекта) и

- ее производные параметры.

А). Определение траектории объекта

Определение траектории движения объекта предполагает определение его координат в принятой системе координат в каждый текущий момент времени его движения.

Простейший способ такого определения в произвольный момент времени заключается в следующем:

- выбирают основной (“А”) и вспомогательный (“B”) теодолиты;

- регистрируют их положение в выбранной системе координат (– координаты основного теодолита, – координаты вспомогательного теодолита);

- по углам азимута, снятым с основного () и вспомогательного ()теодолитов в данный момент времени, формируется в горизонтальной плоскости треугольникАОВ (см. рис. 4.17);

- из полученного треугольника по известным углам и координатам определяются координаты объекта на горизонтальной плоскости Xо и Zо;

- по полученной координате Xо и известному замеренному значению вертикального угла (угла места объекта с основного теодолита) определяется и координатаYо.

Соответствующие формулы для определения текущих координат объекта будут иметь вид:

(4.26)

Справка.

Представленные зависимости (4.26) вытекают из следующих преобразований.

Как следует из изложенного выше, для определения координат движущего объекта по данной методике требуется:

- координаты теодолитов (все три – для основного теодолита:,,; две координаты на горизонтальную плоскость – для вспомогательного теодолита:,);

- три угла (угол азимута А и угол места εА - с основного теодолита, и угол азимута В - со вспомогательного теодолита).

Б). Определение производных параметров траектории объекта

К производным параметрам траектории относятся:

- скорость;

- углы наклона вектора скорости в вертикальной и горизонтальной плоскости (углы траектории);

- кинематические осевые и боковые (нормальные) перегрузки движения объекта.

Определение скорости движения объекта

Скорость движения объекта в каждый момент времениti определяется из следующих выражений:

, (4.27)

где ,,- проекции скорости на соответствующие осиОХ, ОУ, OZ , определяемые в момент времени ti;

–шаг изменения времени.

Определение углов траектории

Углы наклона вектора скорости в вертикальной и горизонтальнойплоскости вычисляются по следующим зависимостям:

(4.28)

Определение кинематических осевых и боковых перегрузок

Для вычисления кинематических осевых (направленных по вектору скорости) и нормальных,(направленных по нормали к вектору скорости) перегрузок используются следующие зависимости:

(4.29)

Сглаживание данных

Для уменьшения случайных инструментальных погрешностей теодолита и погрешностей обработки показаний теодолитов производится сглаживание траекторных параметров.

В качестве метода сглаживания может быть использован метод сглаживания полиномами.

Например, в случае использования кубического полинома значения сглаженной функции в данной точке будет определяться по зависимости

, (4.30)

где p1, p2, p3, p4 - коэффициенты сглаживающего полинома.

В случае необходимости можно получить значение производных данной функции:

. (4.31)

Использование полинома позволяет изменять шаг сглаженной функции, либо выводить значения сглаженной функции в точках, отличных от точек входной функции (сдвиг по аргументу). Это свойство полезно при введении временных поправок угловых координат, либо при определении отсутствующих значений во входной функции, например, когда объект не виден на кадре съемки теодолита.

Выбор степени сглаживания для каждого траекторного параметра j предоставляется пользователю, который определяет коэффициенты сглаживания этих параметров p1-j, p2-j, p3-j, p4-j в зависимости от исходных данных и полученных результатов.

Пример сглаживания функции представлен на рисунке 4.18.

5. Динамические свойства воспринимающих элементов и датчиков

5.1. Основные определения и понятия

5.1.1. Понятие датчика

Физическая величина m, характеризующая объект измерений (температуру, давление, и др.), называется измеряемой величиной [1, 2].

Датчик – это устройство, которое, подвергаясь воздействию физической измеряемой величины m, выдает эквивалентный сигнал , обычно электрической природы, являющийся функцией измеряемой величины (см. рисунок 5.1).

Характеристика такого преобразованияможет быть в формальном виде представлена соотношением

(5.1)

где - выходная величина датчика;

- входная величина.

Для всех датчиков характеристика преобразования - соотношение (5.1) – в численной форме определяется экспериментально в результате градуировки, что позволяет построить градуированную кривую. Для этого при известных значениях физической величины m снимают соответствующие показания датчика: и строят зависимость.

Рисунок 5.2 поясняет алгоритм получения характеристики преобразования датчика.

А по известной характеристике датчика и его показаниям легко получить значения физической величины:

На практике стремятся, чтобы существовала линейная зависимость между малыми приращениями выходной и входнойвеличин да датчика

. (5.2)

Здесь - чувствительность датчика. Обеспечение линейности означает.

В общем случае на практике обеспечение постоянства является проблемой.

5.1.2. Классификация датчиков

Датчики с точки зрения вида сигнала на выходе могут быть:

активными – генератором, выдающим заряд, напряжение или ток, либо

пассивными – с выходным сопротивлением, индуктивностью или емкостью, изменяющимися в соответствии с входной величиной.

Активные датчики

Принцип действия активного датчика основан на том или ином физическом явлении, обеспечивающем преобразование измеряемой величины в электрическую форму.

В таблице 5.1 приведены физические эффекты, наиболее часто используемые для построения активных датчиков.

Таблица 5.1. Измеряемые датчиками величины и физические эффекты, используемые при построении активных датчиков

Измеряемая величина

Используемый эффект

Выходная величина датчика

Температура

Термоэлектрический эффект (термопара)

Напряжение

Сила, давление, ускорение

Пьезоэлектрический эффект

Заряд

Скорость

Электромагнитная индукция

Напряжение

Вкратце рассмотрим перечисленные в таблице эффекты.

1. Термоэлектрический эффект

Схема, поясняющая этот эффект, представлена на рисунке 5.3.

На рисункеM1, M2 – два проводника различного химического состава; их спаи, находящиеся при температурах T1, T2, являются местом возникновения термо-э.д.с. e: e = e (T1, T2). Термо-э.д.с. пропорциональна измеряемой разнице температур (T1 - T2): e e (T1 - T2).

2. Пьезоэффект

Пьезоэффект проявляется в том, что при изменении механического напряжения в кристалле пъезоэлектрика, например, кварца (см. рисунок 5.4) под действием приложенной к нему силы F приводит к деформации, которая вызывает появление на противолежащих поверхностях кристалла одинаковых по величине электрических зарядов противоположного знака, и, следовательно, появление электрического напряжения v: .

Смотрите также файлы