Материал: 00338

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(ВлГУ)

Н.Н.Корнеева

Радиоавтоматика и основы кибернетики

Лабораторный практикум

УДК 621.37/39(075)

ББК

Рецензент

Кандидат технических наук,

профессор Владимирского государственного университета

А.А.Козлов

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Владимирского государственного университета

Радиоавтоматика и основы кибернетики. Лабораторный практикум. / Владим. гос. ун-т.;сост. Н.Н. Корнеева; Ред.-издат. комплекс ВлГУ, 2013.- 46с.

Приведены задания и исходные данные. Содержит описание лабораторных работ.

Рассматриваются вопросы экспериментального исследования типовых звеньев, изучения их характеристик, изучения процессов регулирования статических и астатических систем.

Предназначены для студентов специальностей 210302 «Радиотехника», 210301 «Радиофизика и электроника», 210405 «Радиосвязь, радиовещание и телевидение»,

всех форм обучения.

Библиогр.: 6 назв.

УДК 621.37/39(075)

ББК

Введение

Лабораторный практикум содержит описание лабораторных работ по дисциплине «Радиоавтоматика» и «Основы кибернетики». Цель лабораторного практикума состоит в практическом углублении знаний о назначении, принципах действия и методах анализа систем радиоавтоматики, овладении методиками расчета характеристик и показателей работы систем, устройств и динамических звеньев.

Лабораторные работы выполняются на моделях реальных систем с использованием пакета прикладных программ (ППП) Control System Toolbox, пакета Simulink системы MatLab.

Каждая лабораторная работа содержит задания, краткие теоретические сведения о работе с системой MatLab, методический пример выполнения заданий и контрольные вопросы.

Лабораторная работа № 1

Исследование реакций

типовых звеньев на различные виды воздействия.

Цель работы: Изучение реакций типовых звеньев на различные виды воздействий.

Задание на лабораторную работу

С помощью системы MatLab построить реакцию каждого типового звена (см. таблицу1) на ступенчатое(Step), постоянное(Constant), и возрастающее(Ramp) входные воздействия.

Таблица1

Требование к оформлению отчета

Отчет оформляется в соответствии с требованиями, предъявляемыми к оформлению лабораторных работ в вузе, и должен содержать титульный лист, формулировку цели работы, постановку задачи в соответствии с вариантом задания, результаты работы, выводы.

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

• схемы моделирования исследуемых звеньев;

• экспериментально полученные характеристики каждого звена;

• выводы, обобщающие проделанные эксперименты по каждому звену.

Последовательность выполнения работы

Для выполнения лабораторной работы используется пакет Simulink.

В Simulink MatLab ПФ можно описать с помощью блока Transfer fcn в разделе библиотеки Continuous. Для подачи типовых воздей­ствий надо использовать блоки из раздела Sources .

Таким образом, выполнение лабораторной работы состоит из следующих шагов:

1. Изучите теоретические сведения.

2. Запустите систему MATLAB.

3. Для запуска пакета Simulink щелкните по кнопке в командном окне Matlab или введите команду simulink в командной строке.

4. Создайте новую модель с помощью верхнего меню открывшегося окна SimulinkLibraryBrowser (File – New – Model)(рис.1.1).

Рис.1.1

5. Перетащите блок TransferFcn (передаточная функция) из окна SimulinkLibraryBrowser (группа Continuous) в окно модели( рис.1.2.)

Рис.1.2

6. Перетащите в окно модели блок Step из группы Sources и установите его слева от блока TransferFcn.

7. Перетащите в окно модели блок Scope (осциллограф) из группы Sinks и установите в правой части.

8. Соедините все блоки нужным способом (ЛКМ на источнике, удерживать Ctrl и ЛКМ на приемнике, или протащить ЛКМ от выхода одного блока к входу другого)(рис.1.3).

Р ис.1.3

9. ЛКМ два раза нажмите на блок (напримерTransfer Fcn) и введите необходимые значения передаточной функции (рис.1.4). Данные значения необходимо рассчитать следующим образом:

   • Коэффициента передачи K=№*10

   • Постоянная времени звена Т=№*0,1

   • Коэффициента демпфирования ξ=№*0,1(где №-номер по списку в журнале).

Рис.1.4

10. Выполните моделирование (ЛКМ по кнопке ). Затем дважды нажмите ЛКМ на осциллограф Scope.Для более удобного вида графика нажмите на знак бинокля. Результат на рис.1.5

Рис.1.5

11. Скопируйте полученную модель в отчет (Edit – Copy model to clip board).Скопируйте построенный график в отчет.

12. Сохраните модель в своей папке под именем lab1step.mdl (File – Save).

13. Повторите п.6-10 с различными видами источников сигнала из группы Sources .

14. Сделайте выводы.

15. Оформите отчет.

16. Защитите работу.

Методический пример.

Задана передаточная функция САУ

W ( p ) =

После запуска пакета Simulink и создания новой модели изменим блок TransferFcn в соответсвии с заданным вариантом. Для этого нажмём два раза ЛКМ по блоку TransferFcn. В появившемся окне выставим соответствующие значения числителя (Numerator) и знаменателя (Denomerator) (рис1.6).

Рис.1.6

Устанавливаем блок Step из группы Sources и соединяем все боки. После выполнения моделирования получаем результат (рис.1.7).Данный результат и копию модели сохраняем в отчете.

Рис.1.7

Затем устанавливаем следующий блок (Constant) и результаты моделирования сохраняем в отчет. Ту же операцию проделываем и с блоком (Ramp).

Делаем выводы о реакции типовых звеньев на различные виды воздействия и защищаем работу.

Контрольные вопросы к защите

1. Как запустить пакет Simulink?

2. Что такое LibraryBrowser?

3. Какое расширение имеют файлы – модели Simulink?

4. Как создать новую модель?

5. Как соединить два блока, имеющих соответственно свободный выход и свободный вход?

6. Как сделать, чтобы один и тот же сигнал поступал на несколько блоков?

7. Как передать результаты моделирования в рабочую область Matlab? В каком виде они передаются?

8. Как удалить блок или связь между блоками?

9. Как определить нужные масштабы для осей координат в окнах Scope и запомнить их?

10. Как скопировать блок в окне модели?

11. Как изменить знаки арифметических действий в сумматоре?

12. Как скопировать изображение модели в документ MicrosoftWord?

13. Как изменить время моделирования?

14. Как изменить название у блока?

15. Как изменить цвет фона блока? цвет надписи?

16. Как ввести параметры блока TransferFcn (передаточная функция)?

Лабораторная работа № 2

Исследование динамических характеристик

типовых звеньев

Цель работы: исследование динамических характеристик типовых звеньев.

Задание на лабораторную работу

С помощью системы MatLab получить передаточные функции каждого типового звена (см. таблицу1) согласно варианту. Определить влияние коэффициентов, входящих в описание каждого звена на параметры переходного процесса. Определить основные показатели переходных характеристик.

Требование к оформлению отчета

Отчет оформляется в соответствии с требованиями, предъявляемыми к оформлению лабораторных работ в вузе, и должен содержать титульный лист, формулировку цели работы, постановку задачи в соответствии с вариантом задания, результаты работы, выводы.

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

• передаточные функции и схемы моделирования исследуемых звеньев;

• экспериментально полученные характеристики при вариации параметров каждого звена;

• выводы, обобщающие проделанные эксперименты по каждому звену.

Последовательность выполнения работы

Для выполнения лабораторной работы используется пакет прикладных программ (ППП) Control System Toolbox. ППП предназначен для работы с LTI-моделями (Linear Time Invariant Models) систем управления.

В Control System Toolbox имеется тип данных, определяющих динамическую систему в виде комплексной передаточной функции. Синтаксис команды, создающий LTI-систему c одним входом и одним выходом в виде передаточной функции:

TF([b_m, …, b₁, b₀], [a_n, …, a₁, a₀])

b_m, …, b₁ – значения коэффициентов полинома В,

a_n, …, a₁ – значения коэффициентов полинома A.

Для выполнения работы могут применяться команды, приведенные в таблице 2.

Таблица 2