Кобазев В.П., Левшов А.В., Полковниченко Д.В. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Теория автоматического управления»
Подождите немного. Документ загружается.
ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам по курсу
«Теория автоматического управления»
Донецк ДонНТУ 2001
ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам по курсу
«Теория автоматического управления»
(для студентов специальностей ЭС, ЭСиС)
Утверждено
На заседании кафедры
Электрических станций.
Протокол № ___
Электрических систем.
Протокол № ___
Донецк ДонНТУ 2001
УДК 621.313
Методические указания к лабораторным работам по курсу «Теория
автоматического управления» (для студентов специальностей 7.090601,
7.090602)/ Сост.: В.П.Кобазев, А.В.Левшов, Д.В.Полковниченко. – Донецк:
ДонНТУ, 2001. – 32 с.
Приведены методические указания к выполнению лабораторных работ
по курсу «Теория автоматического управления». Дана методика исследования
свойств типовых звеньев и типовых регуляторов, статических и астатических
систем, способов коррекции систем автоматического управления.
Исследования проводятся с помощью прикладной программы IMDS. Приведено
руководство по ее использованию.
Составители: доц. Кобазев В.П.
доц. Левшов А.В.
асс. Полковниченко Д.В.
Рецензент: доц. Шумяцкий В.М
Лабораторная работа № 1
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММЫ IMDS ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НА
ЭВМ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ
Цель работы –освоение технологии работы с программным средством
IMDS.
1.1 Основные сведения
Программа IMDS имеет проблемно-ориентированный входной язык,
аналогичный программе МАСС (машинный анализ и синтез систем).
Исследуемая система должна быть представлена в виде структурной
алгоритмической схемы, сформированной из типовых блоков входного языка
IMDS. Набор блоков языка проводится в табл.1-4. Максимальное количество
блоков в схеме моделирования должно быть не более 100.
При моделировании переходного процесса используется жестко
устойчивый метод интегрирования – неявный метод Эйлера. Программа
позволяет вести интегрирование как с постоянным, так и с переменным шагом.
Программное средство IMDS состоит из двух файлов ix.exe и egavga.bgi.
Пусковой файл ix.exe. После запуска программы на экране появляется
информация о разработчике. Это сообщение удаляется с экрана при нажатии на
любую клавишу. Среда программы состоит из главного меню, окна
структурного редактора и строки-описания функциональных клавиш. В меню
программы шесть пунктов: File, Edit, Run, Option, View и Report. В верхней
части окна структурного редактора расположена строка состояния и заголовки
столбцов: номер блока, тип, 1-й вход, 2-й вход и 3-й вход. Ниже этих строк
расположен курсор.
Для перехода в меню программы нужно нажать клавишу ESC.
Повторное нажатие этой клавиши вызывает возврат в структурный редактор.
Пункт меню File используется для работы с программными файлами.
Назначение пунктов этого меню следующее:
Load – загрузка в редактор старого программного файла;
Save – запись файла на диск. Программа записывает файл под именем, с
которым он был прочитан с диска;
Write to – изменение имени (и возможно каталога) файла, записываемого
на диск;
New – удаление текущего файла из окна редактора;
Directory – просмотр содержимого текущего каталога. По умолчанию
маской для выбора файлов является групповое имя *.*;
Change dir – изменение текущего каталога или диска;
Os shell – временный выход в DOS. Вернуться обратно можно при
помощи команды Exit.
Quit – выход из программы.
Текст программы может быть набран в редакторе или введен с диска
нажатием клавиши F3 или выполнением пункта Load меню File. При этом на
экране появляется окно. Нужный файл выбирается при помощи клавиш
управления курсором. Выбранный файл загружается в редактор после нажатия
на клавишу Enter. По умолчанию программный файл имеет расширение .mds.
Набор программы осуществляется при помощи блочного редактора.
Этот редактор вызывается клавишей F4. При этом в окне блочного редактора
нужно ввести номер блока, его тип, к выходам каких блоков подключены
входы вводимого блока и параметры (рис.1.1,а). Ввод каждого данного
заканчивается при нажатии на клавишу Enter. Выход из блочного редактора
осуществляется нажатием на <ESC>. При вводе параметров нужно помнить,
что набранные данные будут введены в ПЭВМ лишь после нажатия на клавишу
Enter. Имя блока может быть введено или выбрано из списка, появляющегося
при нажатии на F2. Для ввода следующего блока вновь нажимаем на клавишу
F4 и так до тех пор, пока не будет набрана программа.
Набранный текст (рис.1.1,б) может быть отредактирован при помощи
клавиши F4. Любой блок копируется в буфер клавишей F5, а затем
многократно вставляется в текст при помощи курсора и нажатием на клавишу
F6. При необходимости новый блок вводится нажатием на клавишу F9. Затем
на него устанавливается курсор, и после нажатия на F4, вводится нужная
информация.
Для быстрого перехода к заданному блоку можно нажать клавишу F7.
При этом появляется окошко для ввода номера блока. Поиск начинается при
нажатии на клавишу Enter. Если блок найден, то он выделяется при помощи
курсора.
Перед выполнением программы нужно установить режимы
интегрирования (команда <Ctrl> + D или Edit/Mode), задать количество точек
(Report/Option/Points) и ввести запоминаемые блоки Bloks (устанавливаются в
пункте меню Option). В меню Option два пункта Y-Bloks и Stored Bloks. В
процессе многократного решения задачи номер Y-блока будет неизменным.
Номера остальных блоков могут изменяться. Ограничение на изменения блоков
накладывается тогда, когда они установлены в разделе меню Report/Option. При
выполнении данной команды появляется диалоговое окно точек Report. Имя
файла для записи отчета вводится путем установки курсора на строке File Name
и нажатием на клавишу Enter. В результате появляется запрос на ввод имени в
окошке. Введите имя файла. По умолчанию предлагается имя исходной
программы с расширением .rep. Если по одной и той же программе будут
выполняться несколько расчетов, то имя придется изменять. Например, вначале
набрать Lab1-1.rep, а затем Lab1-2.rep и т.д. В разделе Bloks можно лишь задать
только четыре блока. Эти блоки автоматически становятся запоминаемыми
блоками (Stored Bloks).
а)
Рис.1.1. Среда IMDS: а) набор блока 2; б) текст программы
В разделе Comments можно ввести информацию о расчетах. Для
комментария отводится две строки. Обычно Mode - это Text. Число точек
графика выбирается в зависимости от времени расчета. Обычно они должны
следовать через одну или половину секунды. По умолчанию в файл выводится
Структурный редактор
File Edit Run Option View rePort
Порядковый номер блока 0 Всего блоков 0 Макс. число блоков 125
Номер блока Тип 1-й вход 2-й вход 3-й вход
Номер 2 1-й 1
Входы 2-й -5 Параметры
Тип + 3-й 0
Блочный редактор
F1-Help F2-Type Block Choice
Структурный редактор
File Edit Run Option View rePort
Порядковый номер блока 0 Всего блоков 13 Макс. число блоков 125
Номер блока Тип 1-й вход 2-й вход 3-й вход
F1-Help F2-Save F4-Edit F5-Copy F6-Paste F7-Search F8-Delete F9-NewBlock F10-Run
K
+ 1 -12 0
/ 3 13
AT 4
SI 5
AN 6
G 7 0 0
L 8
DH 9
AN 10
I 11 0 0
K
3 / 2 1
б)
информация об отмеченных в разделе Bloks блоках. Кроме этого, в файл может
записываться структура (Struct) и параметры (Parameters) блоков. Для этого в
указанных разделах нужно установить режим on. В пунктах окна Report: Mode,
Points, Struct, Parameters, Block Outs нужные значения устанавливаются при
помощи клавиши «пробел». Для ввода установленного значения в действие
обязательно нажать Enter.
На рис.1.2,б показан режим просмотра текста набранной структурной
схемы автоматической системы регулирования (команда View/Struct). Для
просмотра параметров блоков структурной схемы нужно выполнить команду
View/Parameters. При этом на экран ПЭВМ выводятся номера блоков, их имена
и параметры (рис.1.2,а).
Запуск программы осуществляется нажатием на клавишу F10. Для
прерывания расчета нужно нажать на клавишу «пробел». Повторное нажатие на
эту клавишу вновь разрешает расчет. На рис.1.3 приведен вид среды
программы IMDS во время расчета после нажатия на клавишу «пробел».
Результаты расчета в виде таблицы можно многократно просматривать в
меню View, выполнив пункт Stored Bloks, или после нажатия на клавиши <Ctrl>
+ <S>. Графическое представление результатов активизируется при
выполнении команды View/Graphic или <Ctrl> + <G>.
На рис.1.4 показан график выходного сигнала третьего блока (Block 3).
На экран он выводится командой <Ctrl> + <G> после набора в диалоговом окне
цифры 3 и нажатия клавиши Enter. Вывод графика на печать график
производится командой <Ctrl> + <Р>.
Пример 1. Подготовить исходные данные для исследования на ПЭВМ
при помощи программы IMDS автоматической системы регулирования (АСР),
структурная схема которой приведена на рис.1.5.
Параметры передаточных функций АСР имеют следующие значения:
Звено 1 – К
1
=0,77; Т
1
=0,5 сек.; звено 2 – К
2
=1,13; Т
2
=0,75 сек.; звено 3 –
К
3
=25; Т
3
=9,9 сек. Величина задающего воздействия 230 В.
Используя библиотеку входного языка программы IMDS, представим
данную схему в виде структуры, приведенной на рис.1.6.
При наборе схемы в блочном редакторе программы IMDS указывается
номер блока, символическое имя функции, выполняемой блоком, номера
блоков, выходные сигналы которых поступают соответственно на входы
набираемого блока. Перед номером блока может быть указан «минус».
Одновременно с вводом структуры задаются числовые значения параметров
блока. Таким образом, текст программы будет иметь вид:
№
п/п
Структура Параметры
имя вход 1 вход 2 Вход 3 пар. 1 пар. 2 пар. 3
1 K - - - 230 - -
2 + 1 - 5 - - - -
3 AN 2 - - 0,77 0,5 -
4 AN 3 - - 1,13 0,75 -
5 AN 4 - - 25 9,9 -
Рис.1.2. Просмотр набранной программы: а) параметров блоков; б)
схемы соединения блоков
а)
б)
Структурный редактор
File Edit Run Option View rePort
Порядковый номер блока 0 Всего блоков 13 Макс. число блоков 125
Номер блока Тип 1-й вход 2-й вход 3-й вход
1 K
2 + 1 -12 0
4 / 3 13
5 AT 4
6 SI 5
7 AN 6
8 G 7 0 0
9 L 8
10 DH 9
11 AN 10
12 I 11 0 0
13 K
3 / 2 1
Номер Тип Параметр 1 Параметр 2 Параметр 3
4 /
5 AT
6 SI
7 AN 2.5000Е+00 2.6000Е-01
8 G 1.5000Е+01
9 L 2.5000Е+01 -2.5000Е+01
10 DH 2.4000Е+01 2.2000Е+01
11 AN 5.0000Е-01 6.9999Е-01
12 I 0.0000Е+00 0.0000Е+00 0.0000Е+00
13 K 4.0000Е-02
3 /
F1-Help F2-Save F4-Edit F5-Copy F6-Paste F7-Search F8-Delete F9-NewBlock F10-Run
Структурный редактор
File Edit Run Option View rePort
Порядковый номер блока 0 Всего блоков 13 Макс. число блоков 125
Номер блока Тип 1-й вход 2-й вход 3-й вход
1 K
2 + 1 -12 0
4 / 3 13
5 AT 4
6 SI 5
7 AN 6
8 G 7 0 0
9 L 8
10 DH 9
11 AN 10
12 I 11 0 0
13 K
3 / 2 1
Номер Тип Вход 1 Вход 2 Вход 3
4 / 3 13
5 AT 4
6 SI 5
7 AN 6
8 G 7 0 0
9 L 8
10 DH 9
11 AN 10
12 I 11 0 0
13 K
3 / 2 1
F1-Help F2-Save F4-Edit F5-Copy F6-Paste F7-Search F8-Delete F9-NewBlock F10-Run
Рис.1.3. Вид среды IMDS при расчете АСР
Рис.1.4. Сигнал на выходе блока 3
Структурный редактор
File Edit Run Option View rePort
Порядковый номер блока 0 Всего блоков 13 Макс. число блоков 125
Номер блока Тип 1-й вход 2-й вход 3-й вход
1 K
2 + 1 -12 0
4 / 3 13
5 AT 4
6 SI 5
7 AN 6
8 G 7 0 0
9 L 8
10 DH 9
11 AN 10
12 I 11 0 0
13 K
3 / 2 1
Время Блок 3 Блок 6 Блок 7 Блок 10
5.950E+00 5.099E-01 9.969E-01 2.493E+00 1.000E+00
6.800E+00 4.249E-01 9.957E-01 2.490E+00
1.000E+00
7.650E+00 3.399E-01 9.933E-01 2.485E+00 1.000E+00
8.500E+00 2.549E-01 9.883E-01 2.475E+00 1.000E+00
9.350E+00 1.699E-01 9.748E-01 2.449E+00 1.000E+00
1.020E+01 8.499E-02 9.138E-01 2.348E+00 1.000E+00
1.105E+01 3.333E-02 1.240E-01 1.236E+00 0.000Е+00
Press any key, to continue.... 00:00:27
Интегрирование
Рис.1.5. Структурная схема АСР
Рис.1.6. Структурная схема моделирования АСР при помощи программы
IMDS
Рис.1.7. Структурная схема АСР с корректирующим звеном
При выборе шага интегрирования пользуются следующей формулой:
1
3
321
321
h
ТТТ
ККК
;
1
9,975,05,0
2513,177,0
3
h
;
55,0h
.
Принимаем h=0,1 сек., а время интегрирования - 20 сек.
Введем в рассматриваемую структуру дифференцирующее звено DR
(рис.1.7), передаточная функция которого:
1
р
р
Т
ТК
с параметрами К=1 и Т
р
=0,5.
pT
K
pW
1
1
1
1
)(
pT
K
pW
2
2
2
1
)(
pT
K
pW
3
3
3
1
)(
U
3
1
+
2
3
(-)
U
вых
+
AN
К
AN
AN
1
+
2
3
U
вых
U
3
(-)
4
5
+ +
К
AN
AN
1
+
2
3
U
вых
U
3
(-)
4
5
AN
6
DR
7