Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Программа'
Гостиница — это предприятие, которое работает в непрерывном режиме обслуживания, а следовательно, к нему предъявляются высокие санитарно-гигиенические...полностью>>
'Методическое пособие'
В разработке приведены краткие сведения по истории системно-деятельностного подхода и его сущности. Даны методические рекомендации по организации урок...полностью>>
'Расписание'
30 19.50 «Знакомство с математикой» Рязанцева Людмила Борисовна «Подготовка к письму: изобразительная и творческая...полностью>>
'Рабочая программа'
«Источниковедение» - наука о теоретических и прикладных проблемах изучения и использования исторических источников. Учебная дисциплина «Источниковеден...полностью>>

Главная > Документ

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Введение в Simulink

Установка параметров моделирования

Прежде чем запустить загруженную модель, стоит ознакомиться с установкой общих параметров моделирования. Для этого нужно выполнить команду Simulation Parameters… в меню Simulation oкна Simulink. Появится окно установки параметров моделирования.

Это окно имеет ряд вкладок с довольно большим числом параметров. Остановимся на вкладке, открытой по умолчанию, — Solver (Решатель). Эта вкладка позволяет установить параметры решающего устройства системы моделирования Simulink.

К числу важнейших параметров решателя относится время моделирования — Simulation time. Оно задается начальным временем Start time (обычно 0) и конечным временем Stop time (в нашем случае бесконечность inf). Равенство Stop time бесконечности означает, что моделирование будет происходить бесконечно долго, пока мы не прервем его. Однако в этом случае трудно получить различимые осциллограммы работы устройства, поэтому рекомендуется задавать конечные значения Stop time.

Стоит отметить, что время моделирования — величина довольно условная. Не следует думать, что Stop time=50 означает моделирование в течение 50 секунд. Точного соответствия между временем моделирования в секундах и заданным значением нет. Реальное время моделирования сильно зависит от быстродействия компьютера, на котором выполняется моделирование.

Первостепенное значение имеют две опции решателя в поле Solver options: тип решения и метод решения. Возможны два типа решения:

– Variable-step solvers — решение с переменным шагом;

– Fixed-step solvers — решение с фиксированным шагом.

Как правило, лучшие результаты дает решение с переменным шагом по времени. В этом случае шаг автоматически уменьшается, если скорость изменения результатов в процессе решения возрастает. И напротив, если результаты меняются слабо, шаг решения автоматически увеличивается. Это исключает (как правило) расхождение решения, которое нередко случается при фиксированном шаге.

Метод с фиксированным шагом стоит применять только тогда, когда фиксированный шаг обусловлен спецификой решения задачи (например, если ее цель заключается в получении таблицы результатов с фиксированным шагом). Этот метод дает неплохие результаты, если поведение системы описывается почти монотонными функциями.

Вторая из указанных опций — выбор метода моделирования. Для решения дифференциальных уравнений можно выбрать следующие методы: discrete (дискретный), ode45, ode23 и т. д. Методы, в наименовании которых имеется слово stiff, служат для решения жестких систем дифференциальных уравнений.

Следующие три параметра обычно задаются автоматически ("auto"), но в особых случаях их можно ввести явно:

– Max step size — максимальный шаг интегрирования системы однородных дифференциальных уравнений;

– Min step size — минимальный шаг интегрирования;

– Initial step size — начальный шаг интегрирования.

Важен и такой параметр моделирования, как точность интегрирования:

– Relative tolerance — относительная погрешность интегрирования;

– Absolute tolerance — абсолютная погрешность интегрирования.

По умолчанию они заданы соответственно равными 10е-3 и 10е-6. Если, например, графики результатов моделирования выглядят составленными явно из отдельных фрагментов, это указывает на необходимость уменьшения указанных значений погрешности. Однако слишком малые погрешности могут вызвать значительное увеличение времени вычислений. Не оптимально выбранные значения погрешности (как очень малые, так и очень большие) могут вызвать неустойчивость и даже «зацикливание» процесса моделирования.

Continuous – Непрерывные блоки

State-Space – Блок задания линеаризованной модели

Позволяет задать линеаризованную матричную модель системы, описанную в векторно-матричной форме:

,

,

где – вектор состояния системы,

– переходная матрица системы,

– переходная матрица возмущения системы,

– вектор входных воздействий (возмущений),

– вектор выходных сигналов (наблюдений) системы,

, – матрицы наблюдений системы.

Основными параметрами здесь являются матричные коэффициенты, по умолчанию равные 1, и параметр Initial condition, задающий вектор начального состояния (по умолчанию 0).

Transfer Fcn – Блок передаточной характеристики

Создает передаточную функцию в виде отношения полиномов заданной степени. Блок имеет два параметра — векторы коэффициентов полиномов числителя Numerator и знаменателя Denominator. Они задают вид выражения для передаточной функции, которое и появляется внутри блока.

Пример.

Numerator: [1 2 3]

Denominator: [1 2 3 4 1]

Передаточная функция:

Zero-Pole – Блок задания передаточной характеристики с использованием нулей и полюсов

Служит для создания передаточной функции с заданными полюсами и нулями. В этом случае передаточная функция в общем виде выглядит следующим образом:

.

В окне параметров блока Zero-Pole задаются списки нулей (поле Zeros) и полюсов (поле Poles) передаточной характеристики, а также коэффициент передачи (поле Gain).

Derivative – Дифференцирующий блок

Служит для численного дифференцирования входных данных (сигналов), никаких параметров блок дифференцирования не имеет и его окно установки параметров дает только информацию о назначении блока.

Integrator – Интегрирующий блок

Выполняет функции интегрирования входных сигналов. Нужно отметить, что как интегрирование, так и дифференцирование выполняются не идеально, что может подтвердить эксперимент с последовательным применением этих блоков.

Окно параметров интегрирующего блока содержит следующие элементы:

– External reset (внешний сброс) — тип внешнего управляющего сигнала, выбираемый из раскрывающегося списка (none — нет, rising — нарастающий, falling — спадающий, either — любой);

– Initial condition source — источник начального значения выходного сигнала при интегрировании. В раскрывающемся списке можно выбрать внутренний (internal) или внешний (external) источник;

– Initial condition (начальное состояние) — установка начального значения выходного сигнала при интегрировании (в виде числа, по умолчанию 0);

– Limit output — включение/отключение ограничения выходного сигнала;

– Upper saturation limit— верхний предел ограничения выходного сигнала (по умолчанию inf, то есть );

– Lower saturation limit — нижний предел ограничения выходного сигнала (по умолчанию -inf, то есть );

– Show saturation port — управляет отображением порта, выводящего уровни ограничения выходного сигнала;

– Show state port — управляет отображением порта состояния системы;

– Absolute tolerance — абсолютная погрешность (по умолчанию автоматический выбор — auto).

Discrete – Дискретные блоки

Functions & Tables – Блоки задания функций и таблиц

Fcn – Блок задания функции

Служит для задания функций одной переменной u или ряда переменных u(i). Входным сигналом блока может быть вектор с числом компонентов, равным числу переменных u(i). В окне параметров блока имеется поле Expression для ввода выражения, задающего нужную функцию. Это выражение составляется по правилам, принятым для описания функций на языке С. Перечислим допустимые операторы в порядке уменьшения приоритета их операций:

– круглые скобки ();

– унарные операторы - и +;

– оператор возведения в степень ^;

– оператор логического отрицания !;

– операторы арифметического умножения * и деления /;

– операторы арифметического сложения + и вычитания -;

– логические операторы отношения <, >, <= и >=;

– операторы отношения «равно» = = и «не равно» !=;

– оператор логического умножения && (И);

– оператор логического сложения || (ИЛИ).

Операторы отношения и логические операторы возвращают логические значения в виде логического нуля (FALSE) или логической единицы (TRUE).

Пример:

sin(u(1)*exp(2.3*(-u(2))))

Look-Up Table – Блок задания таблицы

Служит для задания преобразования сигнала по закону, заданному таблично. Параметры Vector of input values и Vector of output values задают таблицу как вектор аргументов и вектор значений.

Пример:

Vector of input values:

[-1:0.1:-0.1 -0.1:0.1:0.1 0.1:0.1:1]

Vector of output values:

[-ones(1,length(-1:0.1:-0.1)) zeros(1,length(-0.1:0.1:0.1)) ones(1,length(0.1:0.1:1))]

Matlab Fсn – Блок задания функции

Служит для задания функций одной переменной u или ряда переменных u(i) по правилам, принятым для языка программирования базовой системы Matlab 6.0. В частности, это означает, что в теле функции могут встречаться как встроенные функции системы Matlab, так и любые процедуры и функции, реализованные в виде m-файлов.

Окно параметров этого блока содержит описание правил задания функции и раздел параметров Parameters, в котором задаются выражение для функции и длина вектора выхода. Если она должна совпадать с длиной вектора входного сигнала, то вводится значение -1.

Правила задания выражения для функции совпадают с правилами, рассмотренными для функции Fcn. Если выражение состоит из одной встроенной функции, то достаточно задать имя функции без входных параметров.

В раскрывающемся списке Output signal type можно выбрать тип выходного сигнала в виде вещественного числа (real), комплексного (complex) или задать автоматический выбор (auto).

Math – Математические компоненты

Sum – Блок суммирования

Служит для суммирования и вычитания входных сигналов. В окне настройки блока можно установить вид представления блока (круглый или квадратный) и число входов с выполняемыми по ним операциями. Число входов и операции задаются шаблоном List of signs. Например, шаблон |++ означает, что блок имеет два суммирующих входа, а |+-+ — что он имеет три входа, причем средний — вычитающий, а крайние — суммирующие. Разделитель | служит для управления размещением входов на блоке. В шаблоне также можно просто указать число входов – в этом случае входные сигналы суммируются.

Gain – Блок масштабирования

Служит для масштабирования данных (умножения их на заданный коэффициент — константу). Константа вводится в окне параметров (по умолчанию 1). Для масштабирования матричных данных служит блок Matrix Gain.

Product – Блок умножения

Предназначен для умножения и деления ряда входных сигналов. При этом операции задаются подобно тому, как это было описано для блока суммирования/вычитания с применением знаков умножения * или деления / в шаблоне.

Nonlinear – Нелинейные блоки

Dead zone

Relay

Saturation

Coulomb & Viscous Friction

Signals & Systems – Блоки работы с сигналами и системами

SubSystem – Блок подсистемы

Служит для оформления части схемы в подсистему.

In1 – Блок входа

Служит для задания входа подсистемы.

Out1 – Блок выхода

Служит для задания выхода подсистемы.

Mux – Блок мультиплексора

Служит для совмещения нескольких «скалярных» сигналов в один «матричный».

Demux – Блок демультиплексора

Служит для разделения одного «матричного» сигнала в несколько «скалярных».

IC – Блок задания начальных условий

Служит для задания начальных условий для сигнала.

Sinks – Виртуальные регистраторы (блоки получателей информации)

XY Graph – графопостроитель в системе полярных координат;

Имеет входы по осям Х и Y, что позволяет строить графики функций в полярной системе координат, фигуры Лиссажу, фазовые портреты и т. д.

Пример построения фигур Лиссажу: они образуются при подаче на вход графопостроителя двух синусоидальных сигналов с частотами 1 и 2 Гц.

Параметры графопостроителя задают масштаб представления фигуры по осям Х и Y и эталонное время для синхронизации с другими устройствами.

Scope – осциллограф для наблюдения временных и иных зависимостей;

Позволяет представить результаты моделирования в виде временных диаграмм тех или иных процессов в форме, которая напоминает выполненные лучами разного цвета осциллограммы современного высокоточного осциллографа с оцифрованной масштабной сеткой.

Окно параметров осциллографа содержит вкладки General и Data History.

Во вкладке General можно настроить следующие параметры:

– Number of axes — число осей (каналов) осциллографа;

– Time range — пределы временного интервала;

– Tick labels — вывод/скрытие отметок по осям;

– Sampling — установка временных соотношений: Decimation (прореживание в тактах эталонного времени, значение по умолчанию 1) или Sample Time (в десятичных долях времени, по умолчанию 0).

Параметр Number of axes позволяет превратить одноканальный осциллограф в многоканальный. При этом осциллограф приобретает несколько входных портов, к которым можно подключать различные сигналы.

Во вкладке Data history можно задать максимальное число точек осциллограмм для хранения и задать параметры хранения осциллограмм в рабочем пространстве системы Matlab.

Назначение кнопок панели инструментов виртуального осциллографа:

Здесь особое внимание надо обратить на кнопки масштабирования, позволяющие (наряду с командами контекстного меню) менять размер осциллограммы. Весьма удобной является кнопка автоматического масштабирования — обычно она позволяет установить такой масштаб, при котором изображение осциллограммы имеет максимально возможный размер по вертикали и отражает весь временной интервал моделирования.

To Workspace – устройство записи в переменную рабочего пространства;

To File – устройство записи данных в файл.

Sources – Источники сигналов и воздействий

Step – Источник одиночного перепада

Параметры источника:

– Step time — время появления перепада (скачка);

– Initial value — начальное значение воздействия (до перепада);

– Final value — конечное значение воздействия (после перепада);

– Sample time — эталонное время.

Обратите внимание на то, что перепад можно задавать как положительным, так и отрицательным. Для задания отрицательного перепада начальное значение должно быть больше, чем конечное. Эти значения могут быть как положительными, так и отрицательными.

Constant – Источник постоянного воздействия

Задает константу и характеризуется единственным параметром — своим уровнем воздействия в виде константы (по умолчанию 1). При установленном флажке Interpret vector parameters as 1-D вектор параметров интерпретируется как одномерный. Следует отметить, что можно задавать вектор констант в квадратных скобках: например, запись [-0.5, 1.0, 1.5] задает вектор из трех констант со значениями -0.5, 1.0 и 1.5. Установка флажка Interpret vector parameters as 1-D имеется и у других источников, и в дальнейшем мы ее специально отмечать не будем.

Pulse Generator – Источник прямоугольного периодического сигнала

Характеризуется амплитудой Amplitude, периодом Period, длительностью сигнала Duty cycle (в процентах от периода) и начальным временем Start time (по умолчанию оно принято равным 0).

Sine Wave – Источник синусоидального воздействия

Характеризуется амплитудой Amplitude, частотой Frequence, фазой Phase и эталонным временем Sample time. Последнее используется для согласования работы источника и других компонентов модели во времени (по умолчанию оно принято равным 0).

Repeating Sequence – Источник произвольного периодического сигнала

Задает сигнал в виде таблицы, с использованием параметров значения времени Time values и значения сигналов Output values.

Пример.

Time values: [0 2 3 4]

Output values: [0 2 2 1]

Полученный сигнал:

Signal Generator – Сигнал-генератор

Служит для создания одного из четырех типов сигналов:

– sine — синусоидальный сигнал;

– square — прямоугольный периодический сигнал;

– sawtooth — пилообразный периодический сигнал;

– random — случайный сигнал.

Выбор формы сигнала осуществляется в списке Wave form. Источник характеризуется двумя параметрами — амплитудой сигнала и его частотой. Следует отметить, что все создаваемые этим источником формы сигналов можно получить и при помощи специализированных источников.

Random Number – Источник нормально распределенного случайного сигнала

Характеризуется математическим ожиданием Mean, дисперсией Variance.

Uniform Random Number – Источник равномерно распределенного случайного сигнала

Характеризуется минимальным значением Minimum, максимальным значением Maximum.

From File – устройство чтения данных из файла.

From Workspace – устройство чтения данных из переменной рабочего пространства.

Список литературы

1. Пакет математического моделирования Matlab v6.0: Краткое справочное руководство к лабораторным работам по дисциплине “Теория автоматического управления” / А.В. Малов, Е.Э. Страшинин. – Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. – 52 с.



Похожие документы:

  1. Методическое пособие по курсу "Моделирование" для студентов, обучающихся по направлению "Информатика и вычислительная техника" Москва Издательство мэи 2006

    Методическое пособие
    Б202 Моделирование цифровых узлов. Лабораторные работы, курсовое и дипломное проектирование: методическое пособие / В.Н. Балашов; под ред. А.К. Полякова.
  2. «Современные методы компьютерного моделирования и оптимизации литейных процессов»

    Методические указания
    практические и контрольные задания по дисциплине «Современные методы компьютерного моделирования и оптимизации литейных процессов» для магистрантов заочной формы обучения по специальности 8.
  3. Операторе в цеху лежит ответственность за то, чтобы все, кто привлекается к установке и работе с вертикальными обрабатывающими центрами, были тщательно ознаком

    Документ
    Ha операторе в цеху лежит ответственность за то, чтобы все, кто привлекается к установке и работе с вертикальными обрабатывающими центрами, были тщательно ознакомлены с инструкциями по установке, функционированию и безопасности, поставляемыми
  4. Измерение электрических величин и параметров элементов электрических цепей цель работы

    Документ
    2. Изучить методы и приобрести навыки измерения тока, напряжения, мощности, угла сдвига фаз между синусоидальным напряже­ни­­ем и током, а также сопротивлений резисторов, индуктивностей индуктивных катушек и ёмко­стей конденсаторов.
  5. Моделирование как метод исследования. Виды математических моделей

    Документ
    Моделирование   это создание модели проектируемой или исследуемой системы или объекта с целью изучения ее свойств или поведения в тех или иных условиях.

Другие похожие документы..