русс | укр

Языки программирования

ПаскальСиАссемблерJavaMatlabPhpHtmlJavaScriptCSSC#DelphiТурбо Пролог

Компьютерные сетиСистемное программное обеспечениеИнформационные технологииПрограммирование

Все о программировании


Linux Unix Алгоритмические языки Аналоговые и гибридные вычислительные устройства Архитектура микроконтроллеров Введение в разработку распределенных информационных систем Введение в численные методы Дискретная математика Информационное обслуживание пользователей Информация и моделирование в управлении производством Компьютерная графика Математическое и компьютерное моделирование Моделирование Нейрокомпьютеры Проектирование программ диагностики компьютерных систем и сетей Проектирование системных программ Системы счисления Теория статистики Теория оптимизации Уроки AutoCAD 3D Уроки базы данных Access Уроки Orcad Цифровые автоматы Шпаргалки по компьютеру Шпаргалки по программированию Экспертные системы Элементы теории информации

Имитационное моделирование


Дата добавления: 2013-12-23; просмотров: 713; Нарушение авторских прав


Как было сказано раннее, под имитационное моделирование мы понимаем использованных для натурного объекта модели при решении инженерных задач. В области управления из основных инженерных задач является задачей испытания и наладки системы управления и обучения обслужищего персонала. Наиболее эффективный инструмент является натурно – математическое моделирование, когда в состав имитационной систем включается натурные и модельные блоки. Наиболее эффективный этот инструмент, является по тому, что в таких ситуациях отображается в малом диапазоне, в превращенных относительно рабочих значений входных и выходных воздействий. Как известно в малом диапазоне входных и выходных достаточно точными является сравнительно простые по своей структуре операторы пересчетной модели. Ниже приведены основные структуры схемы и краткое описание испытательного наладочного комплекса предназначенного для решении задач испытания наладки и обучения.

Структура многовариантного

испытательно-наладочного комплекса

Общая структура

Общее представление о структуре многовариантного испытательно-наладочного и обучающего комплекса (ИНиОК) на базе натурно-математического моделирования отображено с помощью схемы «Имитационно-моделирующий комплекс».

Эти представления были положены в основу разработки и создания варианта испытательно-наладочного и обучающего комплекса на базе средств цифровой вычислительной техники, укрупнённая структура которого представлена на рис. 15.

Согласно рис. 15 структурная схема ИНиОК содержит следующие основные функциональные блоки и элементы:

· действующую натурную схему управления, включающую натурный объект управления и натурную управляющую систему, в том числе исполнительные органы и измерительные блоки;

· блок связи с действующей натурной системой управления, состоящий из блоков аналогово-цифровых и аналоговых преобразователей и осуществляющий сбор и преобразование (в том числе и в цифровую форму) сигналов об измеряемых в действующей системе управления входных и выходных переменных объекта управления;



· блок записи и воспроизведения данных, состоящий из блока подготовки данных и любых накопителей, заменяющий непрерывно функционирующий блок связи с действующей натурной системой управления в режиме ретроспективного моделирования;

· блок коррекции и децимации сигналов, в котором осуществляется: необходимые преобразования цифрового сигнала, в том числе и прореживание, с целью сохранения его полезных свойств для решения конкретных дальнейших задач;

· блок оценивания, в котором оцениваются текущие значения натурных внешних управляющих и выходных воздействий, а также приведённых возмущений;

· блок формирования натурно-модельных данных, предназначенный для расчётной корректировки натурных реализаций внешних, управляющих и выходных воздействий, а также приведённых к выходу возмущений с целью получения заданных (желаемых) режимов;

· пересчётные модели каналов регулирования и преобразования внешних контролируемых возмущений, используемые для расчёта приведённого к выходу объекта управления неконтролируемого возмущения и корректировок натурных выходов объекта с целью получения их модельных значений;

· испытываемые системы, в качестве которых могут выступать как системы управления в целом, так и отдельные их элементы и части;

· система отображения информации, включающая в себя печатающее устройство, экран, графопостроитель и др.;

· пульт управления, необходимый для формирования воздействий как с целью выбора режима функционирования испытательно- наладочного комплекса, так и с целью обеспечения нормального протекания этих режимов, в том числе и реализация модельных управлений в режиме обучения.

Режим функционирования испытательно- наладочного и обучающего комплекса определяется:

· во-первых, режимом функционирования объекта управления, который характеризуется динамикой контролируемых, неконтролируемых внешних и управляющих воздействий. С этой точки зрения можно выделить два режима: натурный режим функционирования объекта управления, когда текущие значения его входных и выходных воздействий полностью соответствуют при моделировании их натурным значениям, а также натурно- модельный режим, когда осуществляется расчётная коррекция регистрируемых в действующей натурной системе управления данных о контролируемых внешних, управляющих и выходных воздействий с целью придания им желаемых свойств;

· во-вторых, режимом связи действующей натурной системы управления с остальными элементами испытательно–наладочного и обучающего комплекса. Здесь можно также выделить два режима: первый, когда эта связь осуществляется непрерывно, в темпе протекания процессов в натурной действующей системе; второй, ретроспективный режим, когда действующая система заменяется предварительно подготовленными и записанными натурными реализациями входных и выходных воздействий объекта управления, которые могут воспроизводится в ускоренном, реальном или замедленном масштабе времени;

· в-третьих, режимом, обусловленным особенностями решения конкретных задач, а именно: испытания, обучения и совместно испытания и обучения.

Из действующей системы управления на вход блока аналоговых преобразователей поступают сигналы W, U, Y об измеренных значениях фактически контролируемых внешних, управляющих и выходных воздействий натурного объекта управления. Одновременно же поступают по мере необходимости сигналы, пропорциональные базовым значениям W*, U*, Y*, названных переменных. Причём в качестве Y* можно использовать сигналы о заданных значениях выходных переменных объекта управления, регистрируемые на выходе задающих устройств в действующей системе управления. Ввод данных об изменениях W*, U*, Y* в испытательно–наладочный и обучающий комплекс осуществляется исследователем, управляющим процессом моделирования. В блоке аналоговых преобразователей решаются задачи нормирования и противоподменного сглаживания аналоговых сигналов.

После чего, поступающие из действующей системы управления сигналы W,U,Y, преобразуются в аналого-цифровом преобразователе в цифровую последовательность и подвергаются в ЭВМ предварительной обработке. В первую очередь в блоке коррекции и децимации сигналов осуществляется цифровая коррекция входных сигналов, вызванная наличием в блоке аналоговых преобразователей противоподменного фильтра. Зачастую из-за сложности аппаратной реализации аналогового оптимального противоподменного фильтра ограничиваются подключением в аналоговую часть подсистемы ввода данных в ЭВМ более простых по структуре фильтров, например, в виде инерционного звена первого или второго порядков, поскольку последние относятся к классу фильтров с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ-фильтры), в то время как требуется подавать ограниченный спектр частот помехи, то такая противоподменная фильтрация приводит к искажению полезной составляющей входного сигнала. Для уменьшения этих искажений используется программная коррекция цифрового сигнала.

Децимация (прореживание с заданным коэффициентом) сигнала, в общем-то, не является обязательной операцией во всех процедурах предварительной обработки данных. Однако эту операцию целесообразно применять в испытательно- наладочном и обучающем комплексе по той причине, что он может быть использован для испытаний и настройки различных систем и их частей с заранее неизвестными свойствами и алгоритмами. Может оказаться поэтому, что различные испытуемые системы будут требовать наличие входных сигналов с различным шагом дискретности, например, в целях формирования управляющих решений и выдачи их через различные интервалы времени.

Блок оценивания предназначен для оценивания текущих значений контролируемых входных и выходных переменных натурного объекта, в частности, путем сглаживания сигналов W, U и Y об измеренных значениях входных и выходных переменных. Полученные сглаженные значения сигналов рассматриваются как оценки действительных значений переменных. Кроме того, здесь же расчётным путем с использованием модели каналов регулирования и преобразования контролируемых внешних воздействий оцениваются неконтролируемые возмущающие воздействия натурного объекта в виде приведённого к выходам объекта возмущения YН.

Для реализации пересчётных математических моделей могут быть использованы следующие алгоритмы:

· алгоритм пересчётной модели в виде последовательного соединения апериодического звена и звена чистого запаздывания;

· алгоритм пересчётной модели в виде последовательного соединенных звена чистого запаздывания и интегрального звена с отсечкой;

· алгоритм пересчётной модели в виде последовательно соединённых интегрального звена и звена чистого запаздывания;

· алгоритм пересчётной модели в виде последовательно соединённых усилительного звена и звена чистого запаздывания.

В качестве испытываемых систем могут служить системы регулирования как с типовыми, так и с более сложными законами регулирования, , а также их отдельные элементы и части.

Детализация общей структуры ИНиОК для решения конкретных задач.

Представленный ниже образец многовариантного испытательно-наладочного и обучающего комплекса предназначен для решения следующих функциональных задач:

· первичной обработки аналоговых сигналов системы управления с целью выделения полезной составляющей;

· оценивания приведённого к выходу объекта возмущения;

· формирования внешних и управляющих воздействий с желаемыми свойствами;

· испытания САР:

с использованием натурных воздействий;

с использованием натурно-модельных воздействий;

· обучение:

с использованием натурных воздействий;

с использованием натурно-модельных воздействий;

· испытания САР и обучения:

с использованием натурных воздействий;

с использованием натурно-модельных воздействий.

Процедура решения первой из указанных выше задач, а именно - первичной обработки сигнала приведена на рис.21 в виде функциональной схемы, показывающей последовательность выполнения операций. Здесь первый блок обозначен генератором аналоговых сигналов чисто условно. В качестве такого может выступать действующая натурная система управления, генерирующая действительные значения переменных W, U, Y и Y* непрерывно в темпе процессом. Им может быть также накопитель данных, работающий в режиме воспроизведения предварительно проанализированных, отобранных и записанных сигналов с натурной действующей системы. И, наконец, генератором аналоговых сигналов может быть генератор типовых функций, таких как синусоидальных, прямоугольной волны и др. Однако в этом случае режим моделирования следует классифицировать как чисто модельный.

Во втором случае, испытательно-наладочный и обучающий комплекс, работающий в режиме ретроспективного моделирования, должен обеспечивать возможность автоматизированного анализа с реализацией данных и отбора тех временных участков данных, на которых режим функционирования натурного объекта приближается к желаемому (так называемых информативных участков). Накопителем данных должна обеспечиваться возможность синхронной записи и многократного воспроизведения сигнала W, U, Y, U*, Y* W*.

На рис. 24 приведена схема, поясняющая процесс оценивания приведённых к выходу объекта управления возмущений N. В основу этой процедуры положены сглаженные значения WH, UH, YH сигналов об изменениях контролируемых внешних W, управляющих U, и выходных Y воздействий, характеризующих работу действующей системы управления, вводимые вручную оператором базовые значения входных и выходных воздействий объекта управления U*, Y*, W*, а также модели каналов преобразования внешних воздействий и каналов регулирования.

Согласно рассматриваемой процедуре первоначально определяется отклонения контролируемых возмущений WH, управлений UH, выходов YH относительно их базовых значений U*, Y*, W*

(131)

Затем осуществляется преобразование отклонений и с помощью соответствующих моделей с целью определения эффекта их влияния на выходные переменные объекта управления.

Полученные приведённые к выходу объекта возмущения сопоставляются с теми изменениями выходной его переменой, которые имели бы место, если бы контролируемые внешние WH и управляющие UH воздействия совпадали бы с их базовыми уровнями U*, W*.

Реализация натурно-модельного режима функционирования объекта управления осуществляется оператором по команде с пульта управления. В этом случае подключается в работу блок формирования натурно-модельных данных, где осуществляется формирование возмущающих (в том числе и приведённых к выходу объекта управления) и управляющих воздействий с желаемыми свойствами по схеме, представленной на рис. 23.

При формировании возмущающих и управляющих воздействий с желаемыми свойствами используют следующие данные:

· о желаемых изменениях входных воздействий WМ* и UM*, а также приведенных к выходу объекта управления возмущений NM*;

· сглаженные оценки натурных изменений входных и выходных переменных объекта управления WH, UH, YH, NH;

· модели каналов преобразования отклонений регулирующих и контролируемых возмущающих воздействий ;

Формирование UM* и WM* осуществляется по единой схеме, а именно:

1). Первоначально определяются отклонения δUM* и δWM*,

δUM*= UM*- UH; (132)

δWM*= WM*- WH; (133)

2). Затем осуществляется расчёт натурно-модельных значений контролируемых возмущений WНМ и управлений UНМ c учётом указанных выше ограничений, а именно:

UHM=UH+δUM, (134)

где

; (135)

и – ограничения на управляющие воздействия;

; (136)

и – ограничения на возмущения.

Расчёт реакции натурно-модельного объекта управления на желаемые значения UHM и WHM осуществляется по следующей схеме:

- рассчитываются значения с использованием соответствующих моделей канала регулирования и преобразования внешних воздействий , т.е.

(137)

(138)

- рассчитываются натурно-модельные значения выходных переменных объекта управления YHM

(139)

где (140)

Схема, поясняющая реализацию задачи испытания системы автоматического регулирования как с натурными, так и натурно-модельными воздействиями, приведена на рис. 16 и 11. Указанные схемы являются практически одинаковыми, с той лишь разницей, что на последней присутствует блок формирования натурно-модельных данных, предназначенный для получения реализаций WHM, UHM, YHM, Ywн с желаемыми свойствами.

Схемы включают в себя:

· пересчётную модель канала регулирования для расчётного определения текущих значений YM с использованием реализаций UM, UH (или UHM), YH (или YHM). В предлагаемом варианте испытательно-наладочного и обучающего комплекса в качестве пересчётной модели используется последовательное соединение инерционного звена первого порядка и запаздывающего звена;

· испытуемый автоматический регулятор, качество работы которого требуется оценить и по возможности повысить в процессе испытания и настройки;

· система отображения информации, состоящая из печатающего устройства, графопостроителя и экрана.

На рис. 18 и 19 приведены схемы испытательно-наладочного и обучающего комплекса, работающего в режиме обучения с использованием как натурных, так и натурно-модельных воздействий.

Как и в предыдущем случае, эти схемы полностью аналогичны как для режима обучения с использованием натурных воздействий, так и натурно-модельных. В случае обучения с использованием натурно-модельных воздействий применяется вместо блока оценивания блок формирования натурно-модельных воздействий.

Пульт управления используется для реализации управляющих воздействий, сформированных обучаемым. При этом следует обратить внимание, что эти воздействия наносятся на втором, активном периоде обучения. В связи с этим весь процесс обучения разбивается на два периода:

1. Пассивный, когда с помощью системы отображения информации обучаемому демонстрируются характерные состояния объекта управления, типовые нарушения и соответствующие им реализации входных и выходных переменных;

2. Активный, когда обучаемому предоставляется возможность формирования и реализации на натурно-модельном объекте необходимых управляющих воздействий.

Рис. 21 и 22 поясняют работу испытательно-наладочного комплекса в том случае, когда реализуются одновременно оба режима - и испытания, и обучения - как с использованием натурных, так и натурно-модельных воздействий. Как видно из рисунков, испытательно-наладочный и обучающий комплекс представлен в виде двухканальной системы. В первом канале решается задача испытания и настройки системы, а во втором канале – обучения.


Рисунок 15 - Укрупнённая структура ИНиОК

  Пересчётные модели
  Действующая система управления
 
Накопитель на магнитной ленте
Аналого-цифровой преобразователей
Блок аналоговых преобразователей
Блок подготовки данных
Блок коррекции и децимации сигналов
 
Блок формирования натурно модельных данных
  Блок оценивания
Блок аналоговых преобразователей
Блок подготовки данных
  Пересчётные модели

Рисунок 16 - Испытания САР с натурными воздействиями

 


W
U
Y
W*
U*
Ywн
Y*
  Модель канала регулирования
  Автоматический регулятор
  Система отображения информации
Блок оценивания
WHM
UHM
Y*
UM
YHM
δUн
δY М*
+
+
+
-

Рисунок 17 -Испытание САР с использованием натурно-модельных воздействий

YM
YHM
W
U
Y
W*
U*
Ywн
Y*
  Модель канала регулирования (в отклонениях)
  Автоматический регулятор
  Система отображения информации
Блок формирования натурно-модельных данных
 
WHM
UHM
Y*
UM
YHM
δYM*
+
+
δUM




<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Проблема некорректности задачи идентификации | НАТУРНО-МОДЕЛЬНЫЕ ОБУЧАЮЩИЕ КОМПЛЕКСЫ


Карта сайта Карта сайта укр


Уроки php mysql Программирование

Онлайн система счисления Калькулятор онлайн обычный Инженерный калькулятор онлайн Замена русских букв на английские для вебмастеров Замена русских букв на английские

Аппаратное и программное обеспечение Графика и компьютерная сфера Интегрированная геоинформационная система Интернет Компьютер Комплектующие компьютера Лекции Методы и средства измерений неэлектрических величин Обслуживание компьютерных и периферийных устройств Операционные системы Параллельное программирование Проектирование электронных средств Периферийные устройства Полезные ресурсы для программистов Программы для программистов Статьи для программистов Cтруктура и организация данных


 


Полезен материал? Поделись:

Не нашли то, что искали? Google вам в помощь!

 
 

© life-prog.ru При использовании материалов прямая ссылка на сайт обязательна.

Генерация страницы за: 0.004 сек.