Файл: 40+%.doc

Еще одной особенностью индустриальных приложений является широкое применение сенсорных экранов. С одной стороны, это позволяет обходиться без отдельной клавиатуры, с другой – обеспечивает определенные удобства для обслуживающего персонала благодаря простоте и функциональности подобных устройств. Сенсорный экран позволяет программно рисовать функциональную клавиатуру на экране, например, как часть мнемосхемы управляемого объекта. Более того, в зависимости от выполняемой операции на экране могут отражаться несколько разных функциональных клавиатур, а для изменения их состава или местоположения достаточно внести соответствующие коррективы в программное обеспечение.

Тем не менее обычные клавиатуры тоже используются и довольно широко. Для обеспечения их пылебрызгозащиты применяются накладки из прозрачного пластика, наклеиваемые поверх клавиш, а также мембранная технология. Существуют клавиатуры и для работы в агрессивных средах – для них не страшны брызги нефтепродуктов, их можно мыть водой с порошком. С такой же степенью защиты выпускаются манипуляторы типа "мышь" (Durapoint Mouse), не содержащие движущихся частей.

В результате проведения сравнительного анализа различных конфигураций промышленных компьютеров был выбран одноплатный компьютер фирмы Octagon Systems 486DX4-100, с техническими характеристиками:

- объем ОЗУ 32 мегабайта;

- объем накопителя на жестком диске 150 мегабайт;

- число последовательных портов RS-232/485 - 4;

- частота локальной шины 33 мегагерца.

Кроме того, компьютер имеет параллельный порт принтера, порт клавиатуры, программатор флэш-памяти; к локальной шине подключены интерфейсы SCSI, Ethernet и SVGA (1 мегабайт) с поддержкой как ЭЛТ-дисплеев, так и плоских панелей, а также шина расширения РС/104. В состав рабочей станции входит монитор фирмы Intecolor с диагональю в 20 дюймов, который выдерживает удар в 20g и имеет повышенную степень защиты от внешних воздействий.

3.8 Выбор программы для моделирования работы системы

Ввиду того, что в рамках дипломного проекта требуется смоделировать работу системы, а также реализовать различные алгоритмы ее функционирования, то большое значение имеет выбор программы, используемой для этих целей. В результате проведения сравнительного анализа различных программных продуктов была выбрана программа Simulink является приложением к пакету MATLAB. При моделировании систем с использованием Simulink реализуется принцип визуального программирования, в соответствии с которым, пользователь на экране из библиотеки стандартных блоков создает модель устройства и осуществляет расчеты. Разработка систем средствами Simulink основана на технологии drag-and-drop (перетащи и оставь). Для построения систем используются типовые блоки, хранящиеся в библиотеке. Рассмотрим блоки библиотеки, наиболее часто используемые при работе с программой. Блоки, входящие в раздел sources (источники), предназначены для описания рабочей нагрузки моделируемой системы. В данной библиотеке содержатся блоки, способные генерировать следующие сигналы:

---

- сonstant (константа)– источник постоянной величины (скаляра, вектора или матрицы);

- step (такт) – формирование единичного управляющего сигнала, может использоваться в любой точке модели;

- ramp (возбудитель) – генератор линейно – возрастающего (убывающего) сигнала

- sine wave – генератор синусоидальных колебаний; 

- repeating sequence (периодический сигнал) – генератор периодического дискретного сигнала произвольной формы;

- chirp signal (гармонический сигнал) – источник гармонических колебаний переменной частоты;

- clock (часы) – генератор непрерывного временного сигнала;

- digital clock (цифровые часы) – источник дискретного цифрового

сигнала;

- discrete pulse generator (дискретный импульсный генератор) – генератор дискретных импульсных сигналов;

- band – limited white noise («белый шум» с ограниченной полосой») –

сигнал типа “белый шум ” для непрерывных систем;

- pulse generator (импульсный генератор) – генератор импульсных

сигналов;

- random number (случайное число) – источник дискретного сигнала,

амплитуда которого является случайной величиной, распределенной по нормальному закону;

- uniform random number (равномерное случайное число) – источник

дискретного сигнала, амплитуда которого является равномерно распреде

ленной случайной величиной;

- signal generator (генератор сигнала) – генератор непрерывного сигнала произвольной формы.

Блоки библиотеки sinks (средства отображения) можно условно разделить на три вида. Блоки, используемые при моделировании в качестве «смотровых окон», к ним относятся:

- scope (осциллограф) – позволяет в процессе моделирования наблюдать динамику изменения характеристик системы. По оси Х откладывается

значение времени. По оси У – выходная величина. При настройках можно изменять предельные значения параметров по осям.

- xygraph (двумерный график) – обеспечивает создание двухмерных

графиков в прямоугольной системе координат;

- display (экран) – отображение числовых значений величин.

Блоки, обеспечивающие сохранение промежуточных и/или выходных результатов моделирования:

- to file (запись в файл) - вывод сигналов в виде матрицы в файл. В первой строке матрицы содержатся отсчеты времени;

- to workspace (запись в рабочую область) – сохранение данных в рабочей области программы. Данные сохраняются в виде матрицы, которая

отличается от структуры данных, записанных в файл тем, что значения

сохраняемых величин расположены по строкам, а не столбцам.

Блок управления моделированием:

– stop simulation (остановка моделирования) – позволяет прервать

моделирование при выполнении тех или иных условий. Блок

срабатывает при появлении на входе данного элемента ненулевого

значения сигнала.

Библиотека Continuous (непрерывные системы) содержит блоки, которые можно условно разделить на две группы: блоки, непосредственно предназначенные для описания непрерывных систем, и блоки общего назначения, которые могут быть использованы в модели любой системы. К первой группе относятся:

---

- transfer fcn (передаточная функция);

- state – spaсe (пространство состояний) – блок формирования состояния системы;

- zero – pole (область перехода) – блок, реализующий передаточную

функцию, описанную с помощью оператора Лапласа;

- derivative (производная) – блок вычисления производной входного

сигнала по времени.

Во вторую группу входят четыре блока:

- integrator (интегратор) – сумматор непрерывного времени, производит вычисление «времени существования» входного сигнала ;

- memory (регистр) – обеспечивает задержку входного сигнала на один шаг модельного времени;

- transport delay (задержка передачи) – обеспечивает задержку сигнала на заданное количество шагов модельного времени.

---

4 РАСЧЕТ СИСТЕМЫ НА УСТОЙЧИВОСТЬ

Структурная схема, разрабатываемой системы приведена на рисунке 7. В ее состав входят: управляющее устройство (ЦВМ), система дозирования битума, система дозирования основного наполнителя, смеситель с электроприводом, плотномер, буферный смеситель.

Передаточные функции элементов системы:

– управляющего устройства W_у = 1;

– дозатора битума W_б = 1;

– дозатора основного наполнителя W_н = 1;

– периодического смесителя W_пс = 0.06 ;

– плотномера W_п = 1;

– передаточная функция буферного смесителя W_бс = =;.

В разрабатываемой системе в неизменяемую часть входят ЦВМ и ЦАП. Эти элементы отнесены к изменяемой части, так как являются дискретными элементами автоматики. И они имеют передаточную функцию равную единице, а значит не вносят изменений в характер работы системы.

К неизменяемой части заданной системы система дозирования битума, система дозирования основного наполнителя, смеситель с электроприводом, плотномер, буферный смеситель.

При проверке на устойчивость САУ должна удовлетворять следующим требованиям:

- запас устойчивости по амплитуде дБ;

- запас устойчивости по фазе ^о;

С учетом передаточных функций элементов системы составим структурную схему.

Рисунок 9 - Структурная схема САУ с учетом передаточных функций

Приведем структурную схему к виду:

Рисунок 10 – Преобразованная структурная схема САУ

W₁=(1+1)*0.06/(1+0.06*(1+1))=0.1071

Передаточная функция системы будет:

W= . ( )

Построим переходный процесс в системе, а также логарифмическую амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики. Кроме того, найдем положение нулей и полюсов системы.

Рисунок 11 - Переходный процесс в системе

Прямые оценки качества переходной характеристики:

1. Время регулирования t_p=5390 c;

2. Перерегулирование σ=(1.09-1.09)/1.09=0 %.

Рисунок 12 – Нули и полюса системы

Рисунок 13 - Отклик системы на импульсное воздействие

Рисунок 14 – ЛАЧХ и ЛФЧХ системы

Рисунок 15 – АФЧХ системы

Согласно критерию Найквиста, замкнутая автоматическая система регулирования будет устойчивой, если АФХ разомкнутой системы не охватывает точку с координатами -1,j0 ,таким образом, имеем устойчивую систему с неограниченно большими запасами по амплитуде и фазе.

---

5 РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВХОДНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

5.1 Разработка структуры модели

Моделирование работы системы проведем в программе Simulink, которая является приложением к пакету MATLAB. При моделировании с использованием Simulink реализуется принцип визуального программирования, в соответствии с которым, пользователь на экране из библиотеки стандартных блоков создает модель устройства и осуществляет расчеты. Структура модели системы представлена на рисунке 16.

Рисунок 16 – Структура модели системы

Исходными данными для системы являются:

- число циклов смешения (определяет возможное количество проводимых корректирующих добавок между загрузкой исходной и выгрузкой готовой смеси);

- плотность исходной смеси (плотность смеси в момент загрузки новой партии, является случайной величина с нормальным законом распределе- ния)

- масса исходной смеси (масса смеси в момент загрузки новой партии,

является случайной величина с нормальным законом распределения);

- заданное значение плотности готовой смеси;

- плотности корректирующих ингредиентов (битум и основной наполни- тель);

- коэффициент по плотности (характеризует влияние плотности корректи- рующей добавки на смесь);

- коэффициент по массе (характеризует влияние массы корректи- рующей добавки на смесь).

Выходными данными является график изменения плотности смеси во времени, кроме того, с помощью блоков Mean и Running Variance производится вычисления среднего и дисперсии выходного сигнала.

Система функционирует следующим образом: после загрузки ингредиентов происходит приготовления исходной смеси, но так как имеет место действие на смесь случайных помех, то возможно отклонение плотности смеси от заданной, кроме того, масса смеси также может отличаться от заданной вследствие погрешности при взвешивании ингредиентов. На основе полученных данных о плотности и массе смеси происходит вычисление корректирующей добавки, затем находится суммарная масса и новая плотность смеси. При необходимости повторяется коррекция смеси, до достижения заданного значения или до выгрузки смеси. Введение коэффициентов по плотности и массе связано с тем, что влияние корректирующих добавок на реальную смесь может отличаться от рассчитанного теоретически.

5.2 Подсистемы модели

Структура математической модели объекта представлена на рисунке 17:

Рисунок 17 – Подсистемы модели

Модель объекта состоит из следующих подсистем:

- блок вычисления плотности смеси;

- блок вычисления корректирующей добавки;

- генератора импульсов;

- блоки согласования.

Рассмотрим их более подробно.

5 . 2 . 1 Б л о к в ы ч и с л е н и я п л о т н о с т и с м е с и. Данная подсистема осуществляет вычисление текущей плотности смеси, то есть производит суммирование исходной массы и объема смеси с массой и объемом поступающих корректирующих добавок, для этого в ее составе содержаться интегрирующие блоки, значение которых обнуляется с каждой новой партией смеси, путем подачи управляющих сигналов. Затем производится нахождение текущей плотности смеси путем деления суммарной массы на общий объем. Структура подсистемы представлена на рисунке 18:

---