Файл: Руководство к лабораторным работам по дисциплине Теория управления для студентов по направлению Т. 02 Автоматика и управление в технических системах.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И КУЛЬТУРЫ

КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ


КЫРГЫЗСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени И. Раззакова


Кафедра «Автоматическое управление»
Методическое руководство к лабораторным работам по

дисциплине «Теория управления»

для студентов по направлению Т.02 «Автоматика и управление в технических системах».

БИШКЕК 2003

Рекомендовано на заседании кафедры «Автоматическое управление» Прот.№ 5 от 03.03.03

Одобрено Методическим Советом Факультета информационных технологий Прот.№ 11 от 27.03.03

Составители: Батырканов Ж.И., Ниязалиев М.Т., Мадраимова А.Д.
УДК 681.5
Методическое руководство к лабораторным работам по дисциплине «Теория управления для студентов по направлению Т.02 «Автоматика и управление в технических системах»/Кырг.тех.ун-т; Сост.: Батырканов Ж.И., Ниязалиев М.Т., Мадраимова А.Д. Бишкек, 2003.-48с.
Приведены основные теоретически сведения по линейным и нелинейным системам управления, даны методические указания и порядок проведения лабораторных работ по дисциплине «Теория управления» для студентов по направлению Т.02 «Автоматика и управление в технических системах».

Табл.12. Рис.39. Библиограф.:36 назв.
Рецензент к.т.н., доц. Михеева Н.И.

© КТУ им. И.Раззакова

© Батырканов Ж.И., Ниязалиев М.Т., Мадраимова А.Д.

Введение
Одной из целей курса "ТАУ" является приобретение студентами навыков работы с реальными СУ. Лабораторные работы по данной дисциплине являются составной частью курса "ТАУ".

Цель этих работ состоит в том, чтобы на практике дать возможность студентам применить полученные теоретические сведения. Кроме того, дать основу анализа и синтеза, а также моделирование некоторых классов СУ. Таким образом, студенты, выполняющие эти лабораторные работы, получают возможность на практике реально увидеть работу систем, рассматриваемых в "Теории управления ".

В связи с развитием вычислительной техники, в том числе персональных компьютеров, новые технологии позволяют не только более эффективно использовать старые методы анализа и синтеза СУ, но и вводить новые методы проектирования, моделирования и эксплуатации СУ. Эти возможности применимы ко всем областям "Теории управления", в том числе к процессу обучения. Что касается этой области, то наиболее эффективными оказываются персональные компьютеры .

---

Общее содержание лабораторных работ

Разработанный комплекс лабораторные работ охватывает основной курс "Теории управления". Эти лабораторные работы разбиты по темам, определяемым курсом лекций. Однако в связи со спецификой пакета разработки MATLAB SIMULINK некоторые лабораторные работы имеют цель дать студентам представление моделирования СУ на основании задания этих лабораторных работ. В общем, комплекс разбит на две основные части: линейная и нелинейная. Каждая из которых, в свою очередь, состоит из разделов, изучаемых в курсе ТАУ. Таким образом, темы лабораторных работ примерно соответствуют разделам этого курса.
Первая часть (линейная).

1. 
   Применение пакета MATLAB в теории управления.
   
2. 
   Исследование временных характеристик объектов первого прядка.
   
3. 
   Исследование временных характеристик второго порядка.
   
4. 
   Исследование частотных характеристик объектов 1-го и 2-го порядков.
   
5. 
   Типовые соединения в СУ.
   
6. 
   Исследование устойчивости СУ.
   
7. 
   Исследование прямых показателей качества.
   

Вторая часть (нелинейная).

1. 
   Исследование элементарных нелинейных звеньев.
   
2. 
   Исследование нелинейных систем управления методом фазовой плоскости.
   
3. 
   Исследование нелинейных систем управления методом гармонического баланса.
   
4. 
   Исследование импульсных систем управления.
   

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

Применение пакета MATLAB SIMULINK

в исследовании САУ
Цель работы: получение общих базовых навыков работы с моделями MATLAB SIMULINK.
Краткое описание

Из командного окна Matlab запускается Simulink при нажатии кнопки "новая модель Simulink". Появляется пустая модель (чистое окно) и окно библиотек Simulink. С помощью перетаскивания (drag-n-drop) из окна библиотек объекты копируются в модель. Изменение размера блоков и их местоположения осуществляется таким образом: щелчком левой (основной) кнопки "мыши" на объекте происходит его выделение, после этого курсор "мыши" указывает на возможные действия стандартными для Windows методами Соединение блоков происходит с помощью связей, которые формируются с помощью нажатия левой (основной) кнопки "мыши" в точке начала связи и отпускании ее в точке окончания связи. Разветвление связи осуществляется с помощью нажатия правой (дополнительной) кнопки "мыши" в точке разветвления связи и отпускании ее в точке окончания новой связи. Результатом этой работы должна быть схема, состоящая из произвольных блоков, но студент должен получить представление о конструировании схем, а также получить график выходного сигнала синтезированной системы. Параметры блоков устанавливаются в диалоге, активизируемом с помощью двойного щелчка левой кнопки "мыши" на объекте.

---

Краткий обзор библиотеки SIMULINK

SIMULINK - графическая библиотека, которая служит для моделирования временных систем управления. Основой является набор блоков, каждый из которых является либо элементарным блоком формальной логики ТУ, либо совокупностью взаимосвязанных элементарных блоков. Каждый блок имеет свое визуальное представление и набор настраиваемых параметров, определяющих его поведение .

Формально, схема, собранная на SIMULINK представляет собой нечто среднее между принципиальной и функциональной схем данной СУ. Таким образом, процесс моделирования систем значительно облегчается с точки зрения преобразования частей системы к определенным формализованным выражениям, что является необходимым как при аналитических способах решении задач, так и при использовании численных методов. Обработка схем SIMULINK заключается в том, что объекты формализируются в процессе моделирования, а не в процессе описания моделей.

Объекты библиотеки SIMULINK разделены по функциональному значению и принадлежности к определенному классу систем:

1. 
   Sources (Источники);
   
2. 
   Sinks (Приемники);
   
3. 
   Linear (Линейные Блоки);
   
4. 
   Nonlinear (Нелинейные Блоки);
   
5. 
   Disckrete (Дискретные Объекты);
   
6. 
   Connections (Соединения);
   
7. 
   Blocksets & Toolboxes (Дополнительные Блоки);
   

Библиотека блоков показана на рис.1


Рис. 1 Основная библиотека блоков Simulink.
Состав этих блоков определяется параметрами установки пакета MATLAB. Их содержание включает в себя дополнительные наборы блоков, а также COMMUNICATIONS. Система LTI и библиотеки представляют собой различные способы расчета стандартных систем (POWER SYSTEM BLOCKSETS, STATE FLOW, PUWSY LOGIC и т.д.) смотри рис.2.


Рис.2. Дополнительная библиотека блоков Simulink.
В качестве примера можно привести состав библиотеки источников (рис.3).



Рис.3. Библиотека источников.
Блоки могут иметь несколько входов и несколько выходов , и не иметь их вообще. Все блоки, имеющие вход и выход, соединяются с помощью направленных связей, где направление от блока к блоку имеет вид направленных стрелок соответственно. Соединение, как на электрических схемах, могут пересекаться и разветвляться. Место разветвления обозначается точкой, место пересечений не обозначается. Связь, не выходящая из объекта, обозначается тонким разветвлением от начала связи. Связь, не входящая в объект на конце имеет тонкую стрелку.

---

Блоки могут располагаться произвольно в окне схемы, визуально накладываясь, друг на друга или выходить за пределы окна. Аналогично связи могут иметь произвольное направление и быть произвольной формы. Визуально можно изменять размеры блоков, их положения в окне, направления входов и выходов.

Каждый блок имеет свой фон, а также свою надпись. По умолчанию надпись - это название типа блоков. В любом месте схемы можно сделать новую надпись.

Замечание . Название блоков не могут, повторятся в одной схеме. По умолчанию, к идентичным блокам прибавляется порядковый номер (scopel, scope2, scope3,...).

После составления схемы, возможно, появится необходимость настройки параметров моделирования меню SIMULATION / PARAMETRS происходит эта настройка ( задание численного метода расчета, точности, шага, диапазона времени и так далее). Моделирование начинается путем выбора меню SIMULATION /START. Остановка - автоматически после окончания расчета или с помощью команды меню SIMULATION/ STOP или при возникновении критической ошибки в процессе выполнения расчетов. Остальные пункты меню являются стандартными для пользовательского интерфейса WINDOWS -приложений. На рис. 4,5 показаны пример настройки параметров моделирования и вид меню.


Рис.4. Меню Simulation


Рис.5. Настройка параметров моделирования.
Действие библиотеки SIMULINK заключается в формировании текстового файла с расширением ( .mdl), обработка которого приводит к выполнению последовательностей команд самого пакета MATLAB.
Задание и порядок выполнения лабораторной работы

1. Запустить Matlab Simulink. Открыть Library и untitled.mdl.

2. Используя данную библиотеку в своём пользовательском окне скопировать блоки, показанные на рис.6 и вставить их в untitled.mdl.


Рис.6. Окно untitled.mdl
3. Подать на вход каждого объекта управления типовые воздействия: импульсный сигнал, единичный скачок и пилообразный сигнал.

4. Исследовать Выходные характеристики на приёмнике.

---

5. При использовании сигнала синусоидальной формы , нужно установить значение амплитуды (А) и частоты (w) по вариантам в ниже приведенной табл. 1.

Таблица 1

№	A	w	№	A	w
1	0.1	0.01	11	0.79	0.11
2	0.3	2.1	12	43	100
3	15	0.08	13	1.3	13
4	1	31	14	3.6	66
5	3	800	15	0.54	9
6	2.3	3.2	16	38	30
7	53	4	17	22	200
8	0.5	21	18	0.57	99
9	19	0.05	19	48	1
10	14	100	20	1.8	0.2

Изменение частоты и амплитуды производится следующим образом: перетащив генератор синусоидального напряжения в пользовательское окно и щелкнув по нему два раза левой кнопкой мыши, появляется окно изменения параметров (рис.7). В котором, в графе Amplitude изменяется значение амплитуды, а в графе Frequency изменяется значение частоты.


Рис.7. Окно изменения параметров синусоидального сигнала.
6. Оформить отчет по лабораторной работе с привидением распечаток моделирования.
Контрольные вопросы

1. 
   Что представляет собой MATLAB?
   
2. 
   Цели и задачи моделирования.
   
3. 
   Основные способы численного моделирования.
   
4. 
   Какие основные блоки библиотеки MATLAB SIMULINK вы знаете?
   
5. 
   Основные принципы работы графической библиотеки MATLAB SIMULINK.
   

---