Лабораторная работа

Введение в MATLAB. Начало работы в SIMULINK

Категория:

Лабораторная работа

Дисциплина:

Теория автоматического управления (ТАУ)

Город:

Беларусь, Минск

Учебное заведение:

БНТУ, ФИТР

Стоимость работы:

бесплатный

Оценка: 9
Объем страниц: 7
Год сдачи: 2018
Дата публикации: 20.08.2020

* Кроме файла с работой, также есть архив с дополнительными файлами.

Описание дополнительных файлов:

model.slx - схема модели одноконтурной системы автоматического регулирования

Фрагменты для ознакомления

Цель работы: Изучить основные принципы работы с пакетом Matlab с расширениями Control SystemToolbox и Simulink

Создать модель одноконтурной системы автоматического регулирования (САР). Структурная схема САР приведена на рисунке 1.19.

Рис. 1.19 - Структурная схема одноконтурной САР

Здесь: Хзд(t) – задающее воздействие; F1(t) – возмущающее воздействие приложенное к входу объекта управления; F2(t) - возмущающее воздействие приложенное к выходу объекта управления; ε(t) – ошибка регулирования; Х() – регулируемая (управляемая) величина; Хр(t) – регулирующая (управляющая) величина; Wp(p) – модель автоматического устройства управления - автоматический регулятор; Wo(p) - модель объекта управления (ОУ).

Модели регулятора и ОУ имеют следующий вид:

Таблица 1.

Рисунок 1 – График работы 1 генератора сигналов

Рисунок 2 - График работы 2 генератора сигналов

 Рисунок 3 - График работы 3 генератора сигналов

Контрольные вопросы:

  1. Запуск программы Simulink:

Для запуска программы необходимо предварительно запустить пакет MATLAB. После открытия основного окна программы MATLAB нужно запустить программу Simulink. Нажать кнопку (Simulink)на панели инструментов командного окна MATLAB;

2. Создание новой S-модели:

Создать новый файл модели с помощью команды File/New/Model, или используя кнопку

 на панели инструментов.

3. Можно сохранить ее в виде файла на диске, выбрав пункт меню File/Save As... в окне схемы и указать папку и имя файла. При повторных запусках программы SIMULINK загрузка схемы осуществляется с помощью меню File/Open... в окне обозревателя библиотеки или из основного окна MATLAB.

4. Генератор ступенчатого сигнала Step:

Назначение: Формирует ступенчатый сигнал.

Параметры

1. Step time - Время наступления перепада сигнала (с). 

2. Initial value - Начальное значение сигнала. 

3. Final value - Конечное значение сигнала - перепад может быть, как в большую сторону (конечное значение больше чем начальное), так и в меньшую (конечное значение меньше чем начальное). Значения начального и конечного уровней могут быть не только положительными, но и отрицательными.

            Место размещения в библиотеке: Sources.

   Осциллограф Scope 

Назначение: Строит графики исследуемых сигналов в функции времени. Позволяет наблюдать за изменениями сигналов в процессе моделирования.

Параметры:

Параметры блока устанавливаются в окне ‘Scope’, при двойном клике левой кнопки мыши по блоку. Затем перейти в окно параметров: View/Configuration Properties. Окно параметров имеет четыре вкладки:

  1. Главная:
  • Open at simulation start — укажите, когда откроется окно область:
  • Off (значение по умолчанию для области) 
  • On (по умолчанию для области время)
  • Display the full path — путь блок дисплея на область заголовка:
  • Off (по умолчанию) 
  • On
  • Number of input ports — количество входных портов на область блока:
  • 1 (по умолчанию) 
  • целое число
  • Layout — номер и дисплеев
  • Отображение 1 по 1 (по умолчанию) 
  •  расположение m- по -n осей
    • Sample time — моделирование интервала между моделируемыми областями:
  • 1 (для унаследованных) (по умолчанию) 
  • положительное вещественное число
    • Input processing — обработка сигнала канала или элемента:
  • Elements as channels (sample based) (значение по умолчанию для области) 
  • Columns as channels (frame based) (значение по умолчанию для области время)
  • Maximize axes — увеличить размер земельных участков:
  • Off (значение по умолчанию для области) 
  • Auto (по умолчанию время область) 
  • On
  • 2. Время:
  • Time span — длина x-оси для отображения:
  • Auto (по умолчанию) 
  • User defined
  • Time span overrun action — отображение данных за пределами видимой x-оси:
  • Wrap (по умолчанию) 
  • Scroll
  • Time units — x-оси единиц:
  • None (значение по умолчанию для области) 
  • Metric (по умолчанию время область) 
  • Seconds
  • Time display offset — x-смещение оси:
  • 0 (по умолчанию) 
  • скалярный 
  • вектор
  • Time-axis labels — отображение x-оси:
  • Bottom Displays Only (значение по умолчанию для области)
  • All (по умолчанию время область) 
  • None
  • Show time-axis label — отображение или скрытие x-оси:
  • Off (значение по умолчанию для области) 
  • On (по умолчанию для области время)
  • 3. Дисплей
  • Active display — отображаются выбранные:
  • 1 (по умолчанию) 
  • положительное целое число
  • Title — отображаемое имя:
  • %<SignalLabel> (по умолчанию) 
  • Символ вектор
  • Строка
  • Show legend — легенда отображения сигнала:
  • Off (по умолчанию)
  • On
  • Show grid — показать линий внутренней сетки:
  • On (по умолчанию)
  • Off 
  • Plot signals as magnitude and phase — разделить экран на magnitude и phase участки:
  • Off (по умолчанию) 
  • On
  • Y-limits (Minimum) — минимальное значение вертикальной оси:
  • -10 (по умолчанию) 
  • реальный скаляр
  • Y-limits (Maximum) — максимальное значение по оси y:
  • 10 (по умолчанию) 
  • реальный скаляр
  • Y-label — метка оси y:
  • нет (по умолчанию для области) 
  • 'Amplitude' (по умолчанию время область) 
  • Символ вектор 
  • Строка
  • 4. Ведение журнала
  • Limit data points to last — ограничение буферизации данных значений:
  • 5000 (по умолчанию) 
  • On
  • положительное целое число
  • Decimation — уменьшить количество области данных для отображения и сохранения:
  • 2 (по умолчанию) 
  • On 
  • положительное целое число
  • Log data to workspace — сохранить данные в пространстве Matlab:
  • Off (по умолчанию) 
  • On
  • Variable name — имя переменной сохраненных данных:
  • ScopeData (по умолчанию) 
  • Символ вектор 
  • Строка
  • Save format — формат переменной MATLAB:
  • Dataset (по умолчанию) 
  • Structure With Time 
  • Structure 
  • Array

 Место размещения в библиотеке: CommonlyUsedBlocks.

Блок фиксированной задержки сигнала Transport Delay

Назначение: Обеспечивает задержку входного сигнала на заданное время.

Параметры:

  1. Time Delay — Время задержки сигнала (не отрицательное значение).
  2. Initial input — Начальное значение выходного сигнала.
  3. Buffer size — Размер памяти, выделяемой для хранения задержанного сигнала. Задается в байтах числом, кратным 8 (по умолчанию 1024).
  4. Pade order (for linearization) — Порядок ряда Паде, используемого при аппроксимации выходного сигнала. Задается целым положительным числом.

Место размещения в библиотеке: Continuos.

Блок передаточной функции Transfer Fcn

Назначение: Блок передаточной характеристики Transfer Fcn задает передаточную функцию в виде отношения полиномов:

где nn и nd – порядок числителя и знаменателя передаточной функции, num – вектор или матрица коэффициентов числителя, den – вектор коэффициентов знаменателя.

Параметры:

  1. Numerator — вектор или матрица коэффициентов полинома числителя 
  2. Denominator — вектор коэффициентов полинома знаменателя 
  3. Absolute tolerance — Абсолютная погрешность.

Порядок числителя не должен превышать порядок знаменателя.

Место размещения в библиотеке: Continuos.

Блок вычисления суммы Sum

Назначение: Выполняет вычисление суммы текущих значений сигналов.

Параметры:

1. Icon shape – Форма блока. Выбирается из списка:

- round – окружность;

- rectangular – прямоугольник.

2. List of sign – Список знаков. В списке можно использовать следующие знаки:

- + (плюс), - (минус) и | (разделитель знаков).

3. Saturate on integer overflow (флажок) – Подавлять переполнение целого. При установленном флажке ограничение сигналов целого типа выполняется корректно.

Количество входов и операция (сложение или вычитание) определяется списком знаков параметра List of sign, при этом метки входов обозначаются соответствующими знаками. В параметре List of sign можно также указать число входов блока. В этом случае все входы будут суммирующими. 

Если количество входов блока превышает 3, то удобнее использовать блок Sum прямоугольной формы. 

Место размещения в библиотеке: Commonly Used Blocks.

Усилитель Gain

Назначение: Выполняют умножение входного сигнала на постоянный коэффициент.

Параметры:

1. Gain – Коэффициент усиления;

2. Multiplication – Способ выполнения операции. Может принимать значения (из списка): Element-wise K*u– поэлементный; Matrix K*u – Матричный коэффициент усиления является левосторонним операндом; - Matrix u*K – Матричный коэффициент усиления является правосторонним операндом.

3. Saturate on integer overflow (флажок) – Подавлять переполнение целого. При установленном флажке ограничение сигналов целого типа выполняется корректно. 

Параметр блока Gain может быть положительным или отрицательным числом, как больше, так и меньше 1. Коэффициент усиления можно задавать в виде скаляра, матрицы или вектора, а также в виде вычисляемого выражения.

Место размещения в библиотеке: Commonly Used Blocks.

Мультиплексор (смеситель) MUX

Назначение: Объединяет входные сигналы в вектор.

Параметры: 

1. Number of Inputs - Количество входов.

2. Display option - Способ отображения. Выбирается из списка: 

- bar - Вертикальный узкий прямоугольник черного цвета.

- signals - Прямоугольник с белым фоном и отображением меток входных сигналов.

- none - Прямоугольник с белым фоном без отображения меток входных сигналов.

Место размещения в библиотеке: Commonly Used Blocks.

5. Find – найти блок, название которого набирается в расположенном справа от кнопки текстовом поле допустимо набирать первые несколько символов названия).

6. Выделение объектов

Выделение объектов проще всего осуществляется мышью. Для этого необходимо установить курсор мыши на нужном объекте и щелкнуть левой клавишей мыши. 

Можно также выделить несколько объектов. Для этого надо установить курсор мыши вблизи группы объектов, нажать левую клавишу мыши и, не отпуская ее, начать перемещать мышь. Выделить все объекты также можно, используя команду Edit/Select All.

Копирование объектов 

Для копирования объекта в буфер его необходимо предварительно выделить, а затем выполнить команду Edit/Copy или воспользоваться инструментом 

на панели инструментов.

Копирование можно выполнить и таким образом: нажать правую клавишу мыши, и не отпуская ее, переместить объект. При этом будет создана копия объекта, которую можно переместить в необходимое место.

Удаление объектов

Для удаления объекта его необходимо предварительно выделить, а затем выполнить команду Edit/Clear или воспользоваться клавишей Delete на клавиатуре. 

Перемещение блоков

Любой блок модели можно переместить, выделив его, и передвинув, держа нажатой левую клавишу мыши. Если ко входам и выходам блока подведены соединительные линии, то они не разрываются, а лишь сокращаются или увеличиваются в длине.

Изменение размеров блоков

Для изменения размера блока он выделяется, после чего курсор мыши надо установить на один из маркеров по углам блока. После превращения курсора в двустороннюю стрелку, необходимо нажать левую клавишу мыши и растянуть (или сжать) изображения блока. 

7. Соединение блоков

Для соединения блоков необходимо сначала установить курсор мыши на выходной порт одного из блоков. Курсор при этом превратится в большой крест из тонких линий. Держа нажатой левую кнопку мыши, нужно переместить курсор ко входному порту нужного блока. Курсор мыши примет вид креста из тонких сдвоенных линий. После создания линии необходимо отпустить левую клавишу мыши.

8. Simulation time (Интервал моделирования или время расчета)

Время расчета задается указанием начального (Start time) и конечного (Stop time) значений времени расчета. Начальное время, как правило, задается равным нулю. Величина конечного времени задается пользователем исходя из условий решаемой задачи.

9. Масштабирование графиков результатов моделирования (ручное и автоматическое)

Изменение масштабов отображаемых графиков можно выполнять несколькими способами:

1. Нажать соответствующую кнопку 

  и щелкнуть один раз левой клавишей “мыши” в нужном месте графика. Произойдет 2,5 кратное увеличение масштаба.

2. Нажать соответствующую кнопку 

  и, нажав левую клавишу “мыши”, с помощью динамической рамки или отрезка указать область графика для увеличенного изображения.

Вывод:

Изучил основные принципы работы с пакетом Matlab с расширениями Control System Toolbox и Simulink в ходе выполнения данной лабораторной работы.

578