ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ)
А.В. Шапкарин И.Г. Кулло
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ “ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ”
ЛИНЕЙНЫЕ НЕПРЕРЫВНЫЕ ДИНАМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Рекомендовано УМО “Ядерные физика и технологии” в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений
Москва 2007
УДК 681.51(076.5) ББК 32.965я7 Ш23
Шапкарин А.В., Кулло И.Г. Лабораторный практикум по курсу “Теория автоматического управления”. Линейные непрерывные динамические системы. М.: МИФИ, 2007. – 84с.
В лабораторном практикуме используется новая методика проведения занятий по курсу ТАУ в связи с переходом на техническую базу по цифровому моделированию.
Основные положения теории управления, связанные с временными и частотными методами исследования систем, проверяются на их статических и динамических моделях.
Практикум рассчитан на проведение восьми двухчасовых занятий в компьютерном классе с использованием системы моделирования Simulink последних версий MATLAB 6.5 и 7. В нем учтены опыт по моделированию динамических систем на аналоговых вычислительных комплексах, созданных преподавателями кафедры “Автоматика” под руководством доцента Алексакова Г.Н., и методические наработки Копылова Б.И. Применение современных цифровых методов моделирования на базе персональных компьютеров дает новые, более высокие возможности по исследованию систем автоматического управления.
Лабораторный практикум предназначен для студентов, обучающихся по специальности “Электроника и автоматика физических установок” и другим инженерным специальностям.
Пособие подготовлено в рамках Инновационной образовательной программы.
Рецензент Саманчук В.Н.
ISBN 978-5-7262-0818-3 |
© Московский инженерно-физический |
|
институт (государственный универ- |
|
ситет), 2007 |
СОДЕРЖАНИЕ |
|
|
|
ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ В СРЕДЕ SIMULINK........................ |
5 |
||
Запуск системы Simulink................................................................................ |
|
|
5 |
Создание модели............................................................................................ |
|
|
7 |
Параметры моделирования............................................................................ |
|
|
8 |
Перенос результатов моделирования в текстовый редактор.................... |
10 |
||
Типовые схемы моделирования.................................................................. |
|
12 |
|
Лабораторная работа №1. ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ |
|||
ХАРАКТЕРИСТИК |
СОЕДИНЕНИЙ |
НЕЛИНЕЙНЫХ |
|
БЕЗЫНЕРЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ................................................. |
|
17 |
|
Параллельное соединение........................................................................... |
|
|
17 |
Последовательное соединение.................................................................... |
|
17 |
|
Соединение с обратной связью................................................................... |
|
18 |
|
Формирование желаемой статической характеристики элемента........... |
19 |
||
Статические характеристики генератора постоянного тока..................... |
21 |
||
Статические характеристики системы стабилизации напряжения |
|
||
генератора..................................................................................................... |
|
|
23 |
Задание и порядок выполнения работы ..................................................... |
|
24 |
|
Вопросы для подготовки к работе.............................................................. |
|
27 |
|
Лабораторная работа №2. ДИНАМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ |
|||
ПЕРВОГО ПОРЯДКА........................................................................... |
|
|
28 |
Моделирование динамических систем первого порядка, их временные и |
|||
частотные характеристики .......................................................................... |
|
|
28 |
Система стабилизации напряжения генератора с интегральным законом |
|||
управления.................................................................................................... |
|
|
35 |
Задание и порядок выполнения работы ..................................................... |
|
37 |
|
Вопросы для подготовки к работе.............................................................. |
|
39 |
|
Лабораторная работа № 3. ДИНАМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ |
|||
ВТОРОГО ПОРЯДКА........................................................................... |
|
|
40 |
Структурная модель в виде параллельного соединения........................... |
|
40 |
|
Структурная модель в виде последовательного соединения ................... |
42 |
||
Структурная модель системы с обратными связями по переменным |
|
||
состояния....................................................................................................... |
|
|
44 |
Моделирование системы второго порядка с заданным расположением |
|
||
корней характеристического уравнения..................................................... |
|
47 |
|
Анализ свободного движения в системе второго порядка....................... |
50 |
||
Задание и порядок выполнения работы ..................................................... |
|
54 |
|
Вопросы для подготовки к работе.............................................................. |
|
55 |
|
3
Лабораторная работа № 4. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ, |
|||
КАЧЕСТВА И ТОЧНОСТИ ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ С ОБРАТНОЙ |
|||
СВЯЗЬЮ................................................................................................. |
|
|
56 |
Анализ замкнутой системы, устойчивой в разомкнутом состоянии...... 57 |
|||
Анализ статической замкнутой системы, неустойчивой в |
|
||
разомкнутом состоянии............................................................................... |
|
63 |
|
Синтез астатической замкнутой системы, неустойчивой в разомкнутом |
|||
состоянии...................................................................................................... |
|
|
67 |
Задание и порядок выполнения работы ..................................................... |
72 |
||
Вопросы для подготовки к работе.............................................................. |
|
74 |
|
ТРЕБОВАНИЯ |
ПО |
ОФОРМЛЕНИЮ |
ОТЧЕТОВ |
К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ |
........................................................ |
75 |
|
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................... |
|
76 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ. СОСТАВ БИБЛИОТЕКИ СТАНДАРТНЫХ |
|||
БЛОКОВ СИСТЕМЫ SIMULINK ....................................................... |
77 |
||
4
ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ В СРЕДЕ SIMULINK
Simulink – это инструмент для моделирования и анализа динамических систем, являющийся расширением системы инженерных и научных расчетов MATLAB.
Приведенные ниже сведения предназначены для начального знакомства с системой Simulink и даны в минимальном объеме, достаточном для выполнения лабораторных работ. Для более подробного изучения возможностей этой среды моделирования рекомендуем обратиться к специальной литературе [1, 2, 3].
Simulink основывается на принципе визуального программирования, в соответствии с которым пользователь создает модель системы в виде структурной схемы из библиотеки стандартных блоков. Таким образом, пользователю нет необходимости изучать язык программирования и численные методы. При моделировании система выполняет необходимые вычисления в соответствии с заданными настройками и выдает результаты в виде графиков или таблиц.
Запуск системы Simulink
Систему Simulink можно запустить из главного окна пакета MATLAB одним из следующих способов (см. рис. 1):
-нажать на соответствующую иконку на панели инструментов;
-напечатать команду simulink в командной строке и нажать кла-
вишу Enter.
Врезультате одного из этих действий откроется окно – обозреватель библиотеки стандартных блоков (рис. 2).
Библиотека содержит следующие основные разделы:
-Continuous – линейные непрерывные блоки;
-Discontinuities – нелинейные блоки;
-Discrete – дискретные блоки;
-Math operations – блоки математических операций;
-Signal routing – блоки преобразования сигналов;
-Sinks – регистрирующие блоки (приемники сигналов);
-Sources – источники сигналов.
При выборе одного из разделов в правой части окна отображается его содержимое.
Более подробно содержание разделов библиотеки представлено в Приложении.
5