Откройте окно модели object. Заданные числовые значения H1 = 5 м, S1 = 0.005 м2, S2 = 0.01 м2 соответствуют номинальному режиму, а условие H(0) = 0 означает, что в начале моделирования емкость пуста. Введите время моделирования 60 с и включите запуск модели. Откройте окно просмотра осциллографа и после автоматической установки масштабов убедитесь, что процесс выглядит так, как на рис. 19, а. На дисплее
а б
Рис. 19
высвечивается значение 9.9981e-001, практически равное заданному H0 = 1.
Введите теперь значения H(0) = 1.5 м, S1 = 0.003 м2, S2 = 0.008 м2 и проведите моделирование. Результат показан на рис. 19, б. Режим отличается от номинального, а достигнутое значение уровня не совпадает с заданным и составляет 6.1695e-001.
Проведите моделирование и для других сочетаний исходных данных по согласованию с преподавателем.
Создайте теперь подсистему «объект», пользуясь указаниями п. 1. 7. Предварительно скопируйте файл Object.mdlв файл Subobject.mdl. Затем
выделите часть системы как показано на рис. 20 (нажата левая клавиша мыши). После отпускания клавиши вместо рамки появятся маркеры
Рис. 20
выделенных элементов, а после выполнения команд Edit → Create Subsystem окно модели примет вид, показанный на рис. 21.
Корректировкой расположения блоков и соединительных линий добейтесь в окне модели изображения, показанного на рис. 22. Сохраните изменения в файле Subobject.mdl.
Запустите моделирование и убедитесь, что получается результат, совпадающий с тем, что на рис. 19, а.
Щелкните дважды на прямоугольнике подсистемы и получите ее развернутое изображение. Убедитесь, что оно соответствует выделенной
Рис. 21
Рис. 22
на рис. 20 части. Нажатием кнопки 10 (см. рис. 5) вернитесь к виду модели, показанному на рис. 22.
Завершите моделирование, закрыв все окна. ▲
2.2. Исполнительный механизм
Исполнительный механизм включает в себя двигатель постоянного тока и редуктор. Выходной вал редуктора служит для открывания и закрывания вентиля 3 (см. рис. 15). При полностью закрытом вентиле угол поворота вала α считается равным 0: α = αmin = 0. Полное открывание вентиля происходит после 10 оборотов вала т.е. при α = αmax = 62.8 рад. Во избежание поломок исполнительного механизма или вентиля предусмотрены ограничители, не позволяющие валу выйти за пределы αmin – αmax, и устройство для отключения двигателя в этих крайних положениях.
Известно, что уравнение двигателя постоянного тока относительно его угловой скорости ω(t) при управлении путем подачи напряжения Ua(t) на якорную обмотку имеет вид
(5)
или
, (6)
где T1 – постоянная времени, а k1 – коэффициент передачи двигателя. Примем T1 = 0.1 с и k1 = 0.2 1/Вс.
Для угла поворота вала двигателя φ имеем
. (7)
Уравнения (6) и (7) должны сопровождаться начальными условиями: заданными значениями ω(0) и φ(0).
Обозначим коэффициент передачи редуктора k2 и положим k2 = 0.1. Связь между α и φ даетсяравенством
α = k2φ . (8)
При этом диапазону изменения α от αmin = 0 до αmax = 62.8 рад будет соответствовать диапазон изменения φ от φmin = 0 до φmax = 628 рад.
Рассмотрим подробнее условия остановки двигателя в крайних положениях. Пусть U(t) – управляющее напряжение, поступающее на двигатель независимо от его положения. При полностью закрытом вентиле (α = 0) и при U < 0, когда управляющий сигнал направлен на уменьшение угла поворота, напряжение с якоря должно быть снято: Ua = 0. При полностью открытом вентиле (α = 62.8) и при U > 0, когда управляющий сигнал направлен на увеличение α, также должно быть Ua = 0. В остальных случаях Ua = U.
Пусть имеется переменная R, принимающая значения (–1), 0 и 1 согласно правилу:
R = – 1, если α = αmin ;
R = 0, если αmin < α < αmax ; (9)
R = 1, если α = αmax .
Пусть далее
Z = –UR. (10)
Тогда напряжение на якорной обмотке должно подчиняться условиям
Ua = U, если Z ≥ 0;
(11)
Ua = 0, если Z < 0.
Техническая реализация условий (9) – (11) может быть обеспечена схемой на релейных или логических бесконтактных элементах, в подробности которой вдаваться не будем. Программную реализацию рассмотрим позже.
(5)
, (6)
. (7)