Материал: ПОСОБИЕ_НОВИКОВ
СОДЕРЖАНИЕ
Министерство образования и науки Российской Федерации
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
2.3.2. Основные понятия теории размерности
2.4. Общая характеристика проблемы моделирования систем
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.
2.7. 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
3.2.2. Этапы системного анализа и декомпозиция
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
4.5.2. Алгоритмы обработки внешнетраекторных измерений
5. Динамические свойства воспринимающих элементов и датчиков
5.1. Основные определения и понятия
5.2. Основные характеристики датчиков
5.2.2. Чувствительность датчиков
5.3. Схемы формирования сигналов пассивных датчиков
5.4.1. Определения и основные зависимости
5.4.4. Тепловые приемники излучения
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
5.8.1. Электродинамическая тахометрия
5.9. Датчики ускорения, вибрации и удара
5.9.2. Принцип действия сейсмических датчиков
5.10. Датчики скорости, расхода и уровня жидкости
5.10.2 Датчики и методы измерения скорости жидкости
5.10.3. Измерение расхода жидкости
5.10.4. Измерение и указание уровня жидкости
5.12.1. Распространение плоской волны
5.12.2. Распространение трехмерной волны
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
6.3.2. 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
7.1. Полунатурное моделирование
7.1.2. Автоматизация испытаний на основе полунатурного моделирования
8. Анализ систем управления с эвм
8.2. Особенности систем управления с эвм
8.2. Основные положения из теории дискретных линейных систем
8.2.2. Линейные системы с постоянными параметрами
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
9. Моделирование свойств объектов с помощью системыMatLab
9.2. MatLab как научный калькулятор
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
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
9.4.4. 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
П2.2. Система сопровождения цели
П2.3. Система автоматического наведения летательного аппарата на объект
П2.4. Система управления уровнем жидкости
- гидростатическое
давление на высоте
в жидкости.
Чувствительным
элементом датчика является мембрана,
с одной стороны которой действует
давление
,
а с другой -
.
Деформация мембраны, преобразованная
в электрический сигнал, пропорциональна
высоте уровня жидкости.
5.11. Датчики влажности
5.11.1. Определения
Рассмотрим влажный воздух.
Введем следующие обозначения, связанные с ним:
- объем;
- температура;
- масса воздуха,
при этом
,
(5.135)
где
- масса соответственно сухого воздуха
и водяного пара;
- (5.136)
давление барометрическое, причем
,
-
парциальное давление сухого воздуха и
давление водяного пара.
Массовое
отношение влажности
Определяется как
- (5.137)
отношение массы водяного пара к массе сухого воздуха, в смеси которого находится этот водяной пар.
Эта величина характеризует влажность.
Давление
насыщенного пара
Это максимальное
давление, которое может принимать
парциальное давление пара
при температуреT.
Относительная
влажность
,
Это отношение парциального давления пара воды при температуре T к давлению насыщенного пара при этой температуре
.
(5.138)
Это наиболее часто используемый показатель влажности.
Температура
точки росы
,
Это температура, до которой необходимо охладить влажный воздух, чтобы достичь насыщения, сохраняя постоянным массовое отношение влаги в процессе охлаждения. При температуре росы имеет место
.
(5.139)
Температура
влажного термометра
,
Это температура равновесного испарения воды в воздух в случае, когда необходимая для испарения теплота поступает только из воздуха.
5.11.2. Гигрометры
Гигрометры – это приборы для измерения характеристик влажного воздуха.
Гигрометры можно разделить на две группы:
- гигрометры, основанные на физическом законе, позволяющем непосредственно определить влажность (сорбционные гигрометры);
- гигрометры, принцип действия которых основан на измерении свойств тела, связанных с влажностью (импедансные гигрометры).
Эти гигрометры позволяют определить один из параметров воздуха:
- температуру точки
росы
;
- температуру
влажного термометра
;
- относительную
влажность
.
5.11.2.1. Гигрометры на основе измерения импеданса
Чувствительный элемент состоит из гигроскопического вещества, у которого происходит изменение какого-либо электрического параметра (сопротивление или емкость) при изменении влажности.
И
мпеданс
гигрометра можно разделить на:
- резистивный;
- емкостной.
Гигрометр резистивного типа
Определенное количество гигроскопического вещества наносится на подложку. К этой же подложке крепятся два металлических электрода.
Сопротивление между электродами зависит от содержания воды, т.е. от влажности.
Общий вид зависимости содержания воды от влажности при температуре T (изотерма сорбции) представлен на рисунке 5.41.
Как видно из
рисунка, содержание воды зависит от
относительной влажности
и температуры окружающей средыT.
Зависимость между
относительной влажностью и сопротивлением
можно изобразить в виде соответствующей
зависимости. На следующем рисунке
(рисунок 5.42) представлена типичная
кривая зависимости сопротивления
от относительной влажности.
В действительности
сопротивление
помимо влажности зависит и от температурыT.
Влияние температуры можно компенсировать с помощью потенциометрической схемы, представленной на рисунке 5.43.
Здесь сопротивление
включается последовательно
и его зависимость от температуры такая
же, как и у резистора
.
Емкостной гигрометр на основе полимерного диэлектрика
В таком гигрометре слой полимерного диэлектрика поглощает из воздуха молекулы воды. В результате устанавливается равновесие с воздухом. Это приводит к изменению диэлектрической постоянной слоя и, соответственно, к изменению емкости конденсатора, в котором используется этот диэлектрик.
5.12. Акустические датчики
Звуковые волны проявляются, главным образом, через вызываемые ими изменения давления и скорости.
Остановимся на основных понятиях и подходах к рассматриваемому вопросу.
5.12.1. Распространение плоской волны
Для физического описания течения используются законы:
- сохранения массы и количества движения;
- уравнение состояния.
С помощью этих соотношений можно получить, что возмущения малой амплитуды распространяются со скоростью, выражаемой по формуле:
,
(5.140)
где
- среднее давление;
- средняя плотность
среды;
- отношение
теплоемкостей при постоянном давлении
и объеме.
Это распространение возмущения сопровождается изменением давления, скорости, плотности, и температуры.
Плоская гармоническая волна
Уравнение для давления плоской синусоидальной волны, распространяющейся вдоль положительного направления оси OX, имеет вид
,
(5.141)
где
- круговая частота;
- волновое число
(
- длина волны);
- начальная фаза
колебаний точек среды;
- распространение
волны вдоль положительного или
отрицательного направления оси OX.
Существует и экспоненциальная форма записи уравнения плоской волны (эквивалентная синусоидальной форме):
(5.142)
Данная форма записи удобна для дифференцирования.
Получим выражение
для скорости
волны
.
Для этого используем
линеаризованное уравнение динамики
(из закона сохранения количества
движения, уравнение динамики, связывающее
градиент давления
и производную скорости по времени
)
.
(5.143)
Вводя оператор
,
приходим к удобному выражению
.
Отсюда после
очередной замены
(переходим в частотную область) из
(5.144) получим
.
Продифференцировав
(5.142), подставив результат в правую часть
последнего выражения и производя
последующую замену
,
приходим к выражению
.
Перепишем окончательное выражение для скорости
,
(5.144)
которое устанавливает связь между скоростью волны, давлением и плотностью среды.
Переносимая волной
интенсивность
звука
(средний поток звуковой энергии на
единицу площади) выражается с помощью
осредненного во времени произведения
давления на скорость
,
(5.145)
где
- реальная часть в комплексных выражениях
зависимостей.
Из последнего соотношения следует, что интенсивность звука при распространении волны полностью описывается давлением.
Произвольная плоская волна