Усовершенствованная шпора по ПСМ


1. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ – ИСТОРИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ.
Имитация, как метод решения нетривиальных задач, получила начальное развитие в связи с созданием ЭВМ в 1950х – 1960х годах.
Первый пример практического применения управляющей ЭВМ относится к 1959 году; он связан с работой нефтехимического завода компании "Texaco" в городе Порт-Артур, штат Техас. Компания "Texaco" выполнила эту пионерскую работу совместно с производителем ЭВМ – компанией Thomson Ramo Woolridge..
Важный шаг был сделан в 1962 году, когда английская компания ICI (Imperial Chemical Industries) представила концепцию прямого цифрового управления (раздел 12.4.3).
Изобретение в 1960-х годах транзистора дало заметный толчок развитию компьютерных приложений. Стоимость единицы вычислительной мощности мини-компьютера на транзисторной элементной базе была на порядок меньше, чем у больших ЭВМ (mainframe), хотя стоимость самого мини-компьютера все еще превышала 100 000 долларов.
Согласованное влияние трех главных факторов – совершенствование технической базы компьютеров, экономическая целесообразность их применения в управлении относительно простыми процессами и развитие теории управления – привело к широкому распространению компьютерного управления.
Современные персональные компьютеры намного превосходят мини-компьютеры 1960-х и 1970-х годов – типичная конфигурация, как правило, включает 16-или 32-разрядный центральный процессор (ЦП), несколько мегабайт оперативной памяти (оперативное запоминающее устройство – ОЗУ), гигабайты дисковой памяти, – а стоят несравнимо дешевле первых моделей ЭВМ.
Необходимо иметь в виду, что чрезмерное и одностороннее увлечение компьютерными технологиями может заслонить собой фундаментальные проблемы. Сегодня, после сорока лет применения компьютеров, существует достаточный опыт, чтобы задаться вопросом о реальных преимуществах, которые они принесли в промышленность и административное управление. В западных странах в 1950-60-х годах, еще до широкого распространения ЭВМ, один работающий мог содержать целую семью, включая выплату кредита за дом. В типичной современной семье, по крайней мере, уже двое должны работать, чтобы поддержать стиль жизни, удовлетворяющий средним запросам, уровень которых продолжает повышаться. То, что два десятилетия назад представлялось золотым веком, обусловленным повсеместным внедрением компьютеров и автоматизации, сильно потускнело сегодня благодаря новым проблемам – от безработицы до загрязнения окружающей среды. То же самое может произойти с сегодняшней чрезмерно высокой оценкой Интернета и компаний, основной бизнес которых построен на интернет технологиях (виртуальные магазины и т. д.). Нисколько не принижая их достоинства и преимущества, следует отметить, что они не дают надежных и эффективных способов решения реальных проблем.
1.2. МОДЕЛИ И МОДЕЛИРОВАНИЕ, КАКИМИ ОНИ БЫВАЮТ?
Слово МОДЕЛЬ происходит от латинского modulus – мера, образец.
1. Образец (эталон, стандарт) для массового изготовления какого-либо изделия или конструкции: а) тип, марку, наименование изделия или его номер в модельном ряду; б) изделие (иногда из легкообрабатываемого материала), с которого снимается форма для воспроизведения (например, посредством литья) в другом материале; разновидности таких моделей – лекала, шаблоны. В литье по выплавляемым моделям используется модель из воска ("восковка"). в) в конструировании, промышленном дизайне – изделие или деталь изделия которое воспроизводит форму и/или другие характеристики сложного изделия или детали.
2. Устройство, имитирующее строение и действие какого-либо другого (моделируемого) устройства в научных, образовательных, производственных (при испытаниях) или спортивных целях: а) в моделизме – выполненная в определённом (обычно уменьшенном) масштабе машина, сооружение или комплекс сооружений. Модели сооружений также называют макетами.
3. Любой образ, аналог (мысленный или условный: изображение, описание, схема, чертеж, график, карта и т. п.) какого-либо объекта, процесса или явления, "оригинала" данной модели: а) в науке – описание объекта (предмета, процесса или явления) на каком-либо формализованном языке, составленное с целью изучения его свойств. Такое описание особенно полезно в случаях, когда исследование самого объекта затруднено или физически невозможно; б) модель какой-либо системы аксиом – в математике и логике – любая совокупность (абстрактных) объектов, свойства которых и отношения между которыми удовлетворяют данным аксиомам, служащим тем самым совместным (неявным) определением такой совокупности; в) полигональная модель в компьютерной графике.
4. В индустрии моды – это человек, демонстрирующий модели одежды на показах: а) фотомодель в рекламном бизнесе; б) Позирующий художнику, скульптору, фотографу натурщик или изображаемые предметы ("натура").
5. В лингвистике – абстрактное понятие эталона или образца какой-либо системы (фонологической, грамматической и т.п.), представление самых общих характеристик какого-либо языкового явления; общая схема описания системы языка или какой-либо его подсистемы.
В общем случае, модель – это объект, в достаточной степени повторяющий свойства моделируемого объекта (прототипа), существенные для целей конкретного моделирования, и опускающий несущественные свойства, в которых он может отличаться от прототипа.
Моделирование – исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих предметов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя.
Можно выделить следующие виды моделирования: компьютерное моделирование; математическое моделирование; математико-картографическое моделирование; психологическое моделирование; статистическое моделирование; структурное моделирование; экономико-математическое моделирование; имитационное моделирование; схемотехническое моделирование.
Модель процесса – основа управления. Любая стратегия управления базируется на некотором понимании того, как физический процесс реагирует на входной сигнал. Поэтому умение анализировать и моделировать динамику системы является основной предпосылкой для успешного управления.
2. НАЗНАЧЕНИЕ ПРОГРАММ СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ. ОБЗОР ВОЗМОЖНОСТЕЙ ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ С ПРОГРАММОЙ ELECTRONICS WORKBENCH 5.12C.
Схемотехника, научно-техническое направление, охватывающее проблемы анализа и синтеза электронных устройств радиотехники, связи, автоматики, вычислительной техники и др. в целях обеспечения оптимального выполнения ими заданных функций и расчета параметров, входящих в них элементов.
Схема (от греч . schema – наружный вид, форма): чертёж, на котором условными графическими обозначениями показаны составные части изделия или установки и соединения или связи между ними; описание, изложение чего-либо в общих, главных чертах
Программа Electronics WorkBench позволяет моделировать аналоговые, цифровые и цифроаналоговые схемы большой степени сложности. Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор широко распространенных электронных компонентов. Есть возможность подключения и создания новых библиотек компонентов. Параметры компонентов можно менять в широком диапазоне значений. Простые компоненты описываются набором параметров, значения которых можно изменять непосредственно с клавиатуры, активные элементы – моделью, представляющей собой совокупность параметров и описывающей конкретный элемент или его идеальное представление (по умолчанию). Широкий набор приборов позволяет производить измерения различных величин, задавать входные воздействия, строить графики. Все приборы (амперметр, вольтметр, осциллограф, мультиметр, Боде плоттер – графопостроитель частотных характеристик схем, функциональный генератор, генератор слов, логический анализатор и логический преобразователь) изображаются в виде, максимально приближенном к реальному, поэтому работать с ними просто и удобно.
EWB может проводить анализ схем, работающих на постоянном и переменном токах.
В EWB можно исследовать переходные процессы при воздействии на схемы входных сигналов различной формы.
Программа Electronics WorkBench позволяет строить схемы различной степени сложности при помощи следующих операций:
выбор элементов и приборов из библиотек;
перемещение элементов и схем в любое место рабочего поля;
поворот элементов и групп элементов на углы, кратные 90 градусам;
копирование, вставка или удаление элементов, групп элементов, фрагментов схем и целых схем;
изменение цвета проводников;
выделение цветом контуров схем для более удобного восприятия;
одновременное подключение нескольких измерительных приборов и наблюдение их показаний на экране монитора;
присваивание элементу условного обозначения;
изменение параметров элементов в широком диапазоне;
задание температурных режимов, как отдельным элементам, так и всей схеме в целом.
Все операции производятся при помощи мыши и клавиатуры. Управление только с клавиатуры невозможно.
Программа Electronics WorkBench позволяет также использовать результаты, полученные в программах P-SPICE, PCB, а также передавать результаты из Electronics WorkBench в эти программы. Можно вставить схему или ее фрагмент в текстовый редактор и напечатать в нем пояснения или комментарии по работе схемы.
3. ПРИНЦИПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ.
Краеугольным камнем динамической модели любой механической системы является второй закон Ньютона.
Для применения закона Ньютона необходимо задать некоторую систему отсчета относительно которой будут определяться положение, скорость и ускорение. Пусть вектор F – сумма всех сил, действующих на тело, m – масса тела, а вектор z характеризует его положение. Ускорение a – вектор с тем же направлением, что и вектор F. Уравнение баланса сил имеет вид:

В действительности Ньютон сформулировал своё утверждение относительно импульса m∙υ следующим образом:

Второй закон Ньютона можно записать как систему дифференциальных уравнений первого порядка, в форме так называемых уравнений состояния. При прямолинейном движении координата z и скорость υ выражаются как скаляры:
и
Более общая форма уравнений динамики – это уравнения Лагранжа.
Закон Ньютона для систем вращения имеет вид:

где Т – сумма всех моментов, действующих на тело, J – момент инерции и ω – угловая скорость (рисунок 4.2). Часто J – непостоянная величина, например, при работе промышленного робота или прокатного стана, и нужно учитывать его зависимость от времени.

Рисунок 4.2 – Закон Ньютона для вращения
Если ввести понятие угла поворота ε, то динамику вращения можно описать в форме уравнений состояния. При этом полагают, что известно направление вращения и что величина J постоянна. Тогда дифференциальные уравнения записываются в виде:
и
Уравнения Лагранжа являются обобщенной формой кона Ньютона. Существуют деформируемые механические системы, например, крыло самолета при Движении которых могут появляться нежелательные колебания такие динамические системы, вообще говоря, очень сложны для управления.
4. ПРИНЦИПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ.
Законы Кирхгоффа описывают связь между напряжениями и токами в электрической цепи. Электрические цепи образуются ветвями и узлами. Ветвь (branch) определяется как проводник или элемент с двумя концами. Элемент ветви может быть пассивным, т е. сохраняющим или потребляющим ток, или активным, т. е. генерирующим напряжение или ток. Узел (node) – это точка, в которое соединяются три или более ветвей. В узле ток может иметь более чем один путь.
Закон Кирхгоффа для тока – сумма всех токов в любом узле равна нулю.
Закон Кирхгоффа для напряжений – сумма падений напряжения по любому замкнутому контуру равна нулю.
Конденсатор в цепи накапливает электрический заряд, т. е. энергия сохраняется в электрическом поле. Ток, текущий через конденсатор, пропорционален производной от напряжения на конденсаторе по времени: , где С – емкость конденсатора.
Рассмотрим простую резистивно-емкостную (RС) цепь (рисунок 4.3) и проанализируем зависимость напряжения на конденсаторе от напряжения источника.
-161290-635После исключения тока i из дифференциального уравнения, имеем: . Это дифференциальное уравнение первого порядка характеризуется постоянной времени (time constant):
-1644650130175Если начальное напряжение на конденсаторе равно нулю, то скачок входного напряжения Ui вызовет экспоненциальный рост напряжения на конденсаторе:
На рисунке 4.4 показаны переходные процессы (transient response) в RC-цепи для различных значений постоянной времени – с ростом T реакция процесса замедляется.
В электронике и технике связи обычной практикой анализа систем является использование синусоидального входного сигнала. Выходной сигнал имеет такую же частоту, что и входной, но другие амплитуду и фазу:

где и
С ростом частоты амплитуда выходного напряжения падает и все больше и больше отстает по фазе. Цепь с такими свойствами называется низкочастотным фильтром (low-pass filter), поскольку она пропускает низкие, но гасит высокие частоты. При изменении магнитного поля во времени возникает электрическое поле. Это – закон Фарадея (закон электромагнитной индукции), который описывается одним из уравнений Максвелла. Соотношение между магнитной индукцией В и напряженностью магнитного поля H определяется свойствами среды: , где μ – магнитная проницаемость материала. В ферромагнитных материалах проницаемость непостоянна и для больших значений H величина магнитного потока Ф, пропорциональная магнитной индукции B будет достигать насыщения. Часто при описании магнитных цепей необходимо учитывать явление гистерезиса, из-за которого магнитная индукция не только функция тока, но и зависит от предыстории намагничивания.
5. ПРИНЦИПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ, УЧИТЫВАЮЩИХ БАЛАНС МАССЫ И КОНЦЕНТРАЦИИ КОМПОНЕНТОВ.
Для многих промышленных процессов существенным является моделирование баланса массы различных компонентов. В открытой системе, где происходит обмен с внешним миром, все уравнения баланса массы имеют одинаковую структуру
приращение массы = приход массы - расход массы
Такое уравнение можно сформулировать как для каждого отдельного компонента, так и для всей массы в целом. Приход (расход) массы может быть следствием как входного (выходного) потока, так и химических реакций или биологического роста.
Можно составлять уравнения баланса:
общей массы и массы компонента.
Интуитивно ясно, что концентрация будет меняться медленнее, если расход жидкости во входном потоке мал по сравнению с объемом V (это соответствует большому значению Т). То есть баланс массы компоненты имеет такие же динамические свойства, что и низкочастотный фильтр.
6. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ, В КОТОРЫХ НЕОБХОДИМО УЧИТЫВАТЬ УРАВНЕНИЯ СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ.
В некоторых процессах необходимо регулировать температуру. Динамическая модель системы управления температурой должна учитывать тепловые потоки и накопление тепловой энергии. Во многих случаях поток тепла через объект пропорционален разности температур на его границах:

где q – поток тепла, R – тепловое сопротивление и T– температура. Перенос тепла часто моделируется как величина, пропорциональная площади поверхности А и обратно пропорциональная длине пути I теплового потока:

где k – теплопроводность. Сохранение тепловой энергии можно описать как:

где C – теплоемкость, q – алгебраическая сумма входящих и исходящих тепловых потоков.
Иллюстрацией закона сохранения энергии служит тепловой баланс жидкости в баке
7. НАЗНАЧЕНИЕ ПРОГРАММ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ. ОБЗОР ВОЗМОЖНОСТЕЙ ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ С ПРОГРАММОЙ МВТУ.
Программный комплекс "Моделирование в технических устройствах" ("МВТУ") – современная среда интеллектуальной САПР, предназначенная для детального исследования и анализа динамических процессов в системах автоматического управления (САУ), следящих приводах и роботах, ядерных и тепловых энергоустановках, любых технических системах, описание динамики которых может быть реализовано методами структурного моделирования. Может использоваться для моделирования нестационарных процессов в физике, электротехнике, динамике машин и механизмов, астрономии и т.д., а также для решения нестационарных краевых задач (теплопроводность, гидродинамика и др.). Может функционировать в многокомпьютерных моделирующих комплексах, в том числе и в режиме удаленного доступа к технологическим и информационным ресурсам. Является альтернативой программным продуктам MATRIXx, Simulink, VisSim и др.
Программный комплекс "МВТУ" реализует режимы работы:
МОДЕЛИРОВАНИЕ, обеспечивающий:
моделирование динамических процессов в непрерывных, дискретных и гибридных САУ, в том числе и в системах большой размерности, с автоматическим анализом топологии структурной схемы, диагностикой и автоматической развязкой алгебраических контуров;рестарт задачи ("безударное" продолжение расчета), архивацию и воспроизведение результатов моделирования;
редактирование параметров структурной схемы и расчета в режиме "on-line";
расчет в масштабе реального времени (если позволяют технические возможности компьютера) или при масштабировании модельного времени;
ОПТИМИЗАЦИЯ, позволяющий решать задачи:
параметрической оптимизации САУ и идентификации опытных данных;
синтеза оптимальных регуляторов и оптимального управления в многокритериальной постановке при наличии ограничений на значения динамических переменных, управляющих воздействий, параметров элементов системы автоматического управления, функционалов качества.
ЧАСТОТНЫЙ АНАЛИЗ, обеспечивающий расчет амплитудно-фазовых частотных характеристик для любой линейной и большинства нелинейных систем управления (годограф АФЧХ, ЛАХ, ФЧХ и др.).
Программный комплекс "МВТУ" имеет следующие достоинства:
открытость за счет реализации в ПК "МВТУ" нескольких механизмов обмена данными с внешними расчетными программами, а также за счет встроенного в ПК интерпретатора математических функций;
принцип вложенности структур (глубина вложенности неограниченна), что особо актуально при моделировании сложных динамических систем;
векторизация алгоритмов передачи и обработки данных за счет реализации линий связи типа "шина" данных и векторизации входов/выходов практически всех типовых блоков;
наличие наиболее полной Общетехнической и ряда Специализированных библиотек типовых блоков, в т.ч. библиотеки теплофизических свойств основных рабочих тел;
наличие библиотеки Контроль и управление, что позволяет формировать в ПК "МВТУ" панели (щиты) приборов для отображения и оперативного управления моделируемой системой в процессе расчета;
14 алгоритмов интегрирования, включая 10 новых эффективных алгоритмов (7 явных и 3 неявных) для жестких систем дифференциальных уравнений;
функционирование в любой версии WINDOWS, наличие подробной контекстной справочной системы, эффективность в отраслевых разработках и учебном процессе. [1]
8. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ИХ РОЛЬ И МЕСТО В НАШЕЙ ЖИЗНИ.
Практически ни одна техническая система – от железной дороги до ядерного реактора – не работает без той или иной формы управления. Физический процесс – это последовательная смена состояний объектов физического мира ("комбинации связанных событий в системе, в результате которых изменяются, перемещаются или запасаются материя, энергия и информация"). Технический процесс определен как "процесс, физические переменные которого можно измерить и изменить техническими средствами". Итак, физический процесс не обязательно должен управляться извне, а технический процесс включает обработку информации для достижения заданной целевой функции.
Под системой будем понимать любой объект, который рассматривается, с одной стороны, как единое целое, а с другой – как совокупность связанных между собой определенным образом составляющих.
Цель системы – получить результат, качественно или количественно превосходящий механическую (простую) сумму результатов работы отдельных ее компонентов. Это "нечто большее" определяется не наличием тех или иных компонентов системы, а скорее есть результат их взаимодействия.
В технике под системой понимают совокупность машин и устройств, выполняющих какой-либо технологический процесс и взаимосвязанных между собой потоками энергии, вещества и информации.
ДС – это любая система, свойства и поведение которой существенно зависят от времени. В математических моделях ДС время является независимым аргументом.
В теории автоматического регулирования и управления динамическая система – это совокупность объекта управления и управляющего устройства.
К динамическим системам, в частности, относятся так называемые системы автоматического управления (САУ). Поясним суть изображённой на рисунке схемы: На вход САУ подаётся некое задающее воздействие X(t), определяющее, требуемое значение регулируемого параметра. Как правило, оно подаётся на один из входов элемента сравнения. Элемент сравнения, сравнивает сигнал X(t) с сигналом L(t), поступающим с датчика обратной связи и формирует на выходе сигнал ошибки e(t). Датчик обратной связи служит для преобразования величины регулируемого параметра Y(t) в сигнал такой же природы и размерности, как и у сигнала X(t). Кроме того, он может показывать значение сигнала Y(t) в форме удобной для наблюдения человеком. Управляющее устройство, в зависимости от величины и знака сигнала e(t), формирует управляющее воздействие U(t) подаёт его на вход О.У. Значение Y(t) с выхода О.У. поступает на датчик обратной связи. Помимо сигнала U(t), на О.У. воздействуют также внешние случайные факторы – возмущающие воздействия F(t), как правило, мешающие работе устройства в заданном режиме. Сигнал U(t) меняется так, чтобы сигнал L(t), а следовательно и сигнал Y(t), стал равным сигналу X(t).
где: X(t) –задающее воздействие; e(t) – сигнал ошибки рассогласования; U(t) – управляющее воздействие; F(t) –возмущающее воздействие; Y(t) – регулируемый параметр (координата); L(t) – сигнал обратной связи; О.С. – обратная связь.
9. ПРИНЦИП РАБОТЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕТОМ САМОЛЕТА (СИСТЕМА САМОЛЕТ – АВТОПИЛОТ).
Сочувствую тому, кому попался этот билет
Автопилоты. Современные автопилоты (АП) представляют собой комплекс совместно работающих устройств, обеспечивающих стабилизацию ЛА на траектории, стабилизацию высоты полета, управление маневрами ЛА и приведение его в горизонтальный полет.
В основу схемы автопилотов при работе в режиме стабилизации положен принцип регулирования по углу, угловой скорости (автопилоты типа АП-6Е, АП-28, АП-31, АП-40 и др.), а у некоторых автопилотов и по угловому ускорению (автопилоты типа АП-15). Система представляет единую замкнутую систему автоматического регулирования и управления. Автопилот состоит обычно из трех автоматических систем регулирования с внутренними перекрестными связями. Все три системы обычно выполняются по одинаковым схемам.
В состав каждого канала входят измерительные устройства ИУ, суммирующие устройства СУ, усилительные (У) и исполнительные устройства (РМ). Измерительные устройства ИУ автопилотов типа АП (например, датчики углов крена, тангажа, курса, высоты и т. п.) измеряют значения отклонений угла и угловой скорости (например, угла тангажа , угловой скорости тангажа ) и преобразуют эти отклонения в величины напряжений U и U. После алгебраического суммирования в суммирующем устройстве СУ сумма напряжений U усиливается усилителем У и подается на рулевую машину РМ автопилота. Последняя отклоняет руль высоты, в результате чего появившееся отклонение угла тангажа ликвидируется.
На суммирующее устройство с выхода рулевой машины подается сигнал Uос обратной связи. Отрицательная обратная связь обеспечивает устойчивость и быстрое затухание колебаний системы. Для задания определенного значения угла тангажа з в схеме автопилота предусматривается специальный задатчик этой величины. Аналогичные функциональные схемы имеют каналы управления креном и курсом самолета. Для устранения автоколебаний в системе в автопилотах применяется жесткая обратная связь. Жесткая обратная связь применяется для получения в установившемся состоянии пропорциональности между отклонением руля и отклонением ЛА.
В качестве чувствительных элементов, реагирующих на угловые отклонения ЛА относительно центра тяжести, применяются:
по курсу ≈ гирополукомпасы, дистанционные магнитные компас,ы, курсовые системы;
по крену и тангажу ≈ центральные гировертикали, гиродатчики дистанционных авиагоризонтов;
по курсу, крену и тангажу ≈ курсовертикали;
по угловой скорости ≈ демпфирующие гироскопы;
по угловому ускорению ≈ специальные устройства, вырабатывающие сигналы, пропорциональные угловому ускорению ЛА, путем дифференцирования сигналов датчиков угловой скорости.
Электрические сигналы отклонений ЛА по углу, угловой скорости и угловому ускорению, полученные с датчиков, усиливаются электронными или электромашинными усилителями, подаются на рулевые машины, которые перемещают соответствующие рули самолета или изменяют режимы работы (тягу) авиадвигателей. Автопилоты имеют электрические связи с курсовыми системами, централями скорости и высоты, демпферами колебаний, автоматами дополнительных усилий, навигационными вычислительными устройствами
10. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИСТЕМЫ MATLAB, ЕЁ НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ.
Система MatLab специально создана для проведения именно инженерных расчетов: математический аппарат, который используется в ней, предельно приближен к современному математическому аппарату инженера и учёного и опирается на вычисления, производимые с матрицами, векторами и комплексными числами; графическое представление функциональных зависимостей здесь организовано в форме, которую требует именно инженерная документация.
Язык программирования системы MatLab весьма прост, он содержит лишь несколько десятков операторов; незначительное количество операторов здесь компенсируется большим числом процедур и функций, содержание которых понятно пользователю, имеющему соответствующую математическую и инженерную подготовку.
В отличие от большинства математических систем, MatLab, является открытой системой: практически все процедуры и функции доступны не только для использования, но и для модификации. Почти все вычислительные возможности системы можно применять в режиме чрезвычайно мощного научного калькулятора, а также составлять собственные программы, предназначенные для многоразового применения; это делает MatLab незаменимым средством проведения научных исследований. По скорости выполнения задач MatLab опережает многие другие подобные системы.
Впервые система MatLab (Matrix Laboratory) начала использоваться в конце 1970-х годов, но широкое распространение она получила в конце 1980-х годов, в особенности после появления на рынке версии 4.0. Система MatLab поддерживает возможность обращения к программам, написанным на языках FORTRAN, C и С++.
Основной объект системы MatLab – прямоугольный числовой массив (матрица), в котором допускается применение комплексных элементов. Использование матриц не требует явного указания их размеров. [1]
MatLab может работать в двух основных режимах:
научный калькулятор;
программный режим.
После запуска программы MatLab 6.5 на экране появится окно MatLab, показанное на рисунке 8.1 (смотри след. стр.).
В нём могут отображаться несколько окон, главным из них является Окно команд (Command Window). Признаком того, что программа MatLab готова к восприятию и выполнению очередной команды, является наличие в последней строке командного окна знака ">>", справа от которого расположен мигающий курсор.
Для работы в режиме научного калькулятора используется Окно команд.
Программирование в системе MatLab осуществляется с помощью собственного языка программирования – т.н. М-язык. Программы, написанные на нём, пишутся в Редакторе М-файлов и оформляются в виде М-файлов с расширением *.m.
Важным понятием системы MatLab является понятие Рабочего пространства.
Рабочее пространство – это область памяти, в которой сохраняются все переменные, используемые программами MatLab в течение текущего сеанса работы. Благодаря этому может осуществляться обмен данными между различными компонентами системы MatLab.
11. Расширение Simulink системы MatLab его назначение и область применения.
Simulink – пакет для визуального моделирования динамических систем. Пакет Simulink позволяет осуществлять исследование (моделирование во времени) поведения динамических линейных и нелинейных систем, причём составление "программы" и ввод характеристик системы можно производить в диалоговом режиме, путём сборки на экране схемы соединений элементарных (стандартных или пользовательских) звеньев. В результате такой сборки получается модель системы (в дальнейшем будем называть её S-моделью), которая сохраняется в файле с расширением "*.mdl". Такой процесс составления вычислительных программ принято называть визуальным программированием.
12. Основные режимы работы системы MatLab, их назначение и область применения.
Основной объект системы MatLab – прямоугольный числовой массив (матрица), в котором допускается применение комплексных элементов. Использование матриц не требует явного указания их размеров. [1]
MatLab может работать в двух основных режимах:
научный калькулятор;
программный режим.
После запуска программы MatLab 6.5 на экране появится окно MatLab.
В нём могут отображаться н тр.). есколько окон, главным из них является Окно команд (Command Window). Признаком того, что программа MatLab готова к восприятию и выполнению очередной команды, является наличие в последней строке командного окна знака ">>", справа от которого расположен мигающий курсор.
Для работы в режиме научного калькулятора используется Окно команд.
Программирование в системе MatLab осуществляется с помощью собственного языка программирования – т.н. М-язык. Программы, написанные на нём, пишутся в Редакторе М-файлов и оформляются в виде М-файлов с расширением *.m.
Важным понятием системы MatLab является понятие Рабочего пространства.
Рабочее пространство – это область памяти, в которой сохраняются все переменные, используемые программами MatLab в течение текущего сеанса работы. Благодаря этому может осуществляться обмен данными между различными компонентами системы MatLab13. Установившиеся и переходные процессы, их особенности и влияние на работу электронных устройств.
Эффективность работы устойчивой ДС оценивают по прямым и интегральным оценкам качества. Вычисление оценок проводят по графикам динамических характеристик, т.н. переходных процессов. Введём определение переходного процесса:
Переходным процессом будем называть процесс перехода системы из одного установившегося состояния в другое установившееся состояние. Переходные процессы бывают монотонными (смотри рисунок 6.5) и колебательными (смотри рисунок 6.4).
-5461033020
Рисунок 6.4 – Оценка качества колебательных характеристик ДС
Рисунок 6.5 – Оценка качества монотонных характеристик ДС
-1612908191514. Режимы и критерии качества работы систем автоматического регулирования.
Оценить свойства и качество работы систем и отдельных частей систем можно по их статическим и динамическим характеристикам.
Под статической характеристикой системы (или объекта) понимают зависимость выходной координаты от входной при условии, что в системе (объекте) закончились процессы, связанные с переносом энергии и вещества.
Под динамическими характеристиками системы (или объекта) понимают зависимость выходной координаты от времени при воздействии на систему (объект) внешнего возмущения с известными свойствами.
15. Назовите программы, изучению которых посвящён данный курс лекций. Охарактеризуйте их.
EWB(Программа Electronics WorkBench позволяет моделировать аналоговые, цифровые и цифроаналоговые схемы большой степени сложности. Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор широко распространенных электронных компонентов.) МВТУ(Программный комплекс "Моделирование в технических устройствах" ("МВТУ") – современная среда интеллектуальной САПР, предназначенная для детального исследования и анализа динамических процессов в системах автоматического управления (САУ), следящих приводах и роботах, ядерных и тепловых энергоустановках, любых технических системах, описание динамики которых может быть реализовано методами структурного моделирования. Может использоваться для моделирования нестационарных процессов в физике, электротехнике, динамике машин и механизмов, астрономии и т.д., а также для решения нестационарных краевых задач (теплопроводность, гидродинамика и др.),
MatLab(Система MatLab специально создана для проведения именно инженерных расчетов: математический аппарат, который используется в ней, предельно приближен к современному математическому аппарату инженера и учёного и опирается на вычисления, производимые с матрицами, векторами и комплексными числами; графическое представление функциональных зависимостей здесь организовано в форме, которую требует именно инженерная документация.)
16. Расскажите о происхождении термина "модель" и приведите примеры того, какими бывают модели.
Слово модель происходит от латинского modulus – мера, образец. Оно может обозначать:
Образец (эталон, стандарт) для массового изготовления какого-либо изделия или конструкции.
в конструировании, промышленном дизайне – изделие или деталь изделия которое воспроизводит форму и/или другие характеристики сложного изделия или детали.
Устройство, имитирующее строение и действие какого-либо другого (моделируемого) устройства в научных, образовательных, производственных (при испытаниях) или спортивных целях.
Любой образ, аналог. И т.д.
Учебные, Опытные, Научно – техническиe, Игровые, Имитационные, компьютерные и т.д17. Дайте обобщённое определение модели и объясните, для чего она предназначена.
модель – это объект, в достаточной степени повторяющий свойства моделируемого объекта (прототипа), существенные для целей конкретного моделирования, и опускающий несущественные свойства, в которых он может отличаться от прототипа
Таким образом, модель выступает как своеобразный инструмент для познания, который исследователь ставит между собой и объектом и с помощью которого изучает интересующий его объект.
Модель, как правило, намного дешевле и быстрее в изготовлении, чем моделируемое изделие. Она используется для уточнения характеристик изделия или детали. Чаще всего в качестве модели выступает другой материальный или мысленно представляемый объект, замещающий в процессе исследования объект-оригинал. Соответствие свойств модели исходному объекту характеризуется адекватностью.
18. Дайте обобщённое определение понятию моделирование. Перечислите известные Вам виды моделирования.
Моделирование – исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих предметов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя
виды моделирования:
компьютерное моделирование;
математическое моделирование;
математико-картографическое моделирование;
психологическое моделирование;
статистическое моделирование;
структурное моделирование;
экономико-математическое моделирование;
имитационное моделирование;
- схемотехническое моделирование.
19. Перечислите наиболее важные из способов моделирования динамических систем.
Существует много способов моделирования динамических систем, наиболее важные из которых следующие.
Непрерывное во времени (аналоговое) описание. Система описывается линейными или нелинейными дифференциальными уравнениями баланса массы, энергии, сил или моментов.
Дискретное во времени описание.Физические свойства описываются линейными или нелинейными разностными уравнениями. Такой подход означает, что информация о системе доступна только в определенные, дискретные, моменты времени.
Модели систем с неопределенностями (system with uncertainties). Как на сами управляемые системы, так и на измерения часто влияют нежелательные шумы и возмущения. В одних случаях возмущения и неполные знания о техническом процессе можно интерпретировать статистически. В других – факторы неопределенности вместо количественных характеристик можно описывать лингвистическими и логическими выражениями.
Масштаб времени – одна из наиболее важных характеристик динамического процесса. Большинство технических систем и производств включают в себя несколько процессов, существенно отличающихся временем реакции. Поэтому при описании процесса важно выбрать масштаб времени, который соответствует поставленной цели.
20. Скажите, при прочих равных условиях, какую из нескольких моделей, описывающих один и тот же процесс, следует выбрать?
Следует выбрать ту модель, которая наиболее точно позволит определить процесс и его свойства, которая может дать больше информации по данному процессу чем какая-либо другая модел21. Объясните, что такое "масштаб времени" динамического процесса. От чего зависит его выбор?
Масштаб времени — одна из наиболее важных характеристик динамического процесса. Большинство технических систем и производств включают в себя несколько процессов, существенно отличающихся временем реакции. Поэтому при описании процесса важно выбрать масштаб времени, который соответствует поставленной цели. Блок осциллограф имитирует работу двуканального осциллографа и позволяет настраивать масштаб времени (ось Х), общий для обоих каналов.
22. Существует два основных способа разработки модели, используемых моделировании сложных систем, расскажите о них.
Непрерывное во времени (аналоговое) описание. Система описывается линейными или нелинейными дифференциальными уравнениями баланса массы, энергии, сил или моментов.
Дискретное во времени описание. Физические свойства описываются линейными или нелинейными разностными уравнениями. Такой подход означает, что информация о системе доступна только в определенные, дискретные, моменты времени. Определение интервала дискретизации, т е. периодичности обновления или пересчета данных, является наиболее важным элементом такого моделирования.
23. Дайте определение следующих понятий: схема и схемотехника.
Схемотехника - научно-техническое направление, охватывающее проблемы анализа и синтеза электронных устройств радиотехники, связи, автоматики, вычислительной техники и др. в целях обеспечения оптимального выполнения ими заданных функций и расчета параметров, входящих в них элементов.
Схема - чертёж, на котором условными графическими обозначениями показаны составные части изделия или установки и соединения или связи между ними; описание, изложение чего-либо в общих, главных чертах.
24. Дайте общую характеристику программы схемотехнического моделирования Electronics Workbench 5.12с.
Программа Electronics WorkBench позволяет моделировать аналоговые, цифровые и цифроаналоговые схемы большой степени сложности. Программа Electronics WorkBench использует стандартный интерфейс Windows, что значительно облегчает ее использование. В EWB можно исследовать переходные процессы при воздействии на схемы входных сигналов различной формы. Программа Electronics WorkBench позволяет также использовать результаты, полученные в программах P-SPICE, PCB, а также передавать результаты из Electronics WorkBench в эти программы. EWB может проводить анализ схем, работающих на постоянном и переменном токах.
25-28. 25. Схемы, работающие на каком роде тока можно моделировать в программе Electronics Workbench 5.12с? Можно ли проводить анализ переходных режимов работы схем?
EWB может проводить анализ схем, работающих на постоянном и переменном токах. При анализе на постоянном токе (DC) определяется рабочая точка схемы в установившемся режиме. Анализ на переменном токе (AC) использует результаты анализа на постоянном токе для получения моделей нелинейных компонентов. Анализ схем в режиме (AC) может проводиться как во временной, так и в частотной областях.В EWB можно исследовать переходные процессы при воздействии на схемы входных сигналов различной формы.
26. Опишите структуру и основные свойства рабочего окна программы Electronics Workbench 5.12с.
После запуска программы на экран монитора выводится рабочее окно программы.
Рабочее окно, в верхнем ряду, содержит строку меню (File, Edit, Circuit, Analysis, Window, Help), большая часть которой типична для операционной системы Windows.
Под строкой меню помещен ряд пиктограмм, выполненных в виде клавиш, которые позволяют выполнять отдельные пункты верхнего меню по укороченному пути и некоторые другие оперативные команды управления процессом моделирования. Пиктограммы в верхней части рабочего окна- панель выбора компонентов и инструментов. В средней части изображения находится рабочее поле, на котором и производится сборка электрической схемы из элементов, расположенных на панели выбора компонентов и инструментов.
Под рабочим полем находится информационная строка, на которую выводятся основные текущие параметры моделирования (готовность программы, текущее время, температура и т.п.).
27. Опишите структуру и основные свойства рабочего окна программы MatLab
После запуска программы MatLab 6.5 на экране появится окно MatLab.
В нём могут отображаться несколько окон, главным из них является Окно команд (Command Window). Признаком того, что программа MatLab готова к восприятию и выполнению очередной команды, является наличие в последней строке командного окна знака ">>", справа от которого расположен мигающий курсор.
Для работы в режиме научного калькулятора используется Окно команд.
Важным понятием системы MatLab является понятие Рабочего пространства.
Рабочее пространство – это область памяти, в которой сохраняются все переменные, используемые программами MatLab в течение текущего сеанса работы. Благодаря этому может осуществляться обмен данными между различными компонентами системы MatLab.
28. Опишите структуру и основные свойства рабочего окна программы МВТУ.
Главное Окно программного комплекса "МВТУ", где в верхней части Главного Окна - ленточное Командное меню, в центральной части - Панель инструментов, а ниже - "Линейка" типовых блоков с соответствующими пиктограммами и закладками названий отдельных библиотек, сформированных по функциональному принципу. Главное Окно имеет специальные кнопки, реализующие команды и опции. Учитывая, что все интерфейсные команды нецелесообразно вносить в Командное меню Главного Окна, часть команд реализовано посредством Дополнительного командного меню, вызов которого осуществляется нажатием правой клавиши "мыши" при расположении ее курсора в свободном месте схемного окна (Главного или субмодельного). Окно Дополнительное командное меню, содержит 13 дополнительных интерфейсных опций.
29. Перечислите состав строки меню программы Electronics Workbench 5.12с и коротко охарактеризуйте каждый из пунктов.
1) Меню File.
Первые четыре команды этого меню: New (Ctrl+N), Open… (Ctrl+O), Save (Ctrl+S), Save As… – типичные для Windows команды работы с файлами и поэтому пояснений не требуют.
Команды: Import… – прием данных из программы разработки печатных плат EWB ;
Export… – передача данных в программу EWB;
2) Меню EditМеню позволяет выполнять команды редактирования схем и копирования экрана.
Команды: Copy (Ctrl+C) – копирование выделенной части схемы в буфер обмена.
Paste (Ctrl+V) – вставка содержимого буфера обмена на рабочее поле.
Cut (Ctrl+X) – стирание (вырезание) выделенной части схемы с сохранением
3) Меню CircuitИспользуется при подготовке схем, а также для задания параметров моделирования. В раскрытом виде это меню приведено на рисунке 2.3.
Команды: Rotate (Ctrl+R) – вращение выделенного компонента.
Flip Horizontal – зеркальное отображение компонента по горизонтали.
Flip Vertical – зеркальное отображение компонента по вертикали.
4) Меню AnalysisМеню Analysis используется при подготовке схем, а также для задания параметров моделирования.
Команды:
Activate (Ctrl+G) – запуск моделирования.
Pause (F9) – прерывание моделирования.
Analysis Options…(Ctrl+Y) – набор вспомогательных команд для установки параметров моделирования.
5) Меню WindowМеню используется при оперативной работе с моделируемой схемой.
Команды:
Arrange (Ctrl+W) – упорядочивание информации в рабочем окне путем перезаписи экрана.
Circuit – вывод схемы на передний план.
Description (Ctrl+D) – вывод на передний план описания схемы.
6) Меню HelpМеню построено стандартным для Windows способом и содержит краткие сведения по всем рассмотренным выше командам, библиотечным компонентам и измерительным приборам, а также сведения о самой программе, изложенные на английском языке.
30. Для чего предназначены команды "Revend to Saved" и "Copy as Bitmap" и в каких меню они расположены?
Команда Revend to Saved… – стирание всех изменений, внесенных в текущем сеансе редактирования, и восстановление схемы в первоначальном виде (меню File).
Команда Copy as Bitmap – превращает курсор мыши в крестик, которым по правилу прямоугольника можно выделить нужную часть экрана, после отпускания левой клавиши мыши выделенная часть копируется в буфер обмена, после чего его содержимое может быть импортировано в любое приложение Windows (меню Edit).
31-34. 31. С помощью команд какого меню можно запустить/остановить процесс моделирования в программе Electronics Workbench 5.12с
Способы запуска моделирования:
Нажав сочетание клавиш: "Ctrl+G".
Выбрав пункт "Activate" меню "Analysis".
Нажав кнопку " Stop simulation".
Способы остановки моделирования
Нажав сочетание клавиш: "Ctrl+T".
Выбрав пункт "Stop" меню "Analysis".
Нажав кнопку " Stop simulation".
32. С помощью команд какого меню можно запустить/остановить процесс моделирования в программе MatLab
В конце панели инструментов Simulink находятся две важные кнопки управления моделированием. Одна из них, в виде чёрного треугольника (Start/Pause Simulation), запускает или приостанавливает начатый процесс моделирования, а другая, в виде чёрного квадратика (Stop), останавливает его. Все, что нужно для запуска моделирования – это нажать кнопку с изображением треугольника. Вместо кнопок можно использовать команды "Start" и "Pause" в меню "Simulation" окна модели.
33. С помощью команд какого меню можно запустить/остановить процесс моделирования в программе МВТУ
Процесс моделирования в программе МВТУ можно запустить следующими способами:
В меню моделирование выбрать команду «Начать»
Нажав клавишу F9
Нажать кнопку Старт на главном окне ПК МВТУ
Процесс остановки моделирования в программе МВТУ можно произвести следующими способами:
В меню моделирование выбрать команду «Остановить»
Нажав сочетание клавиш Shift + F9
Нажать кнопку Стоп на главном окне ПК МВТУ
34. Каким образом осуществляется перемещение необходимого компонента схемы из библиотеки компонентов в рабочее поле программы Electronics WorkBench?
Для перемещения необходимого компонента схемы из библиотеки компонентов в рабочее поле программы необходимо навести указатель мыши на пиктограмму требуемого компонента, нажать левую кнопку мыши и, не отпуская её, перетащить выбранный компонент в нужное место на рабочем поле, после чего отпустить левую кнопку мыши.
35. Как выделить, или снять выделение элемента схемы? Как при этом изменяется внешний вид элемента, курсора? Как открыть окно настройки свойств выбранного элемента в программе Electronics Workbench 5.12с?
Для выделения элемента необходимо навести на него курсор, и произвести однократный щелчок левой кнопкой мыши. Что бы снять выделение, необходимо щелкнуть по рабочему полю, либо на другой элемент схемы. При выделении элемент становится принимает красный цвет.
Что бы открыть окно настройки свойств элемента, возможны следующие способы:
Навести курсор на интересующий вас элемент, и произвести двойной щелчок левой кнопкой мыши.
Навести курсор на интересующий вас элемент, и произвести однократный щелчок правой кнопкой мыши. В открывшемся ниспадающем меню выбрать пункт "Component properties".
Навести курсор на интересующий вас элемент, и произвести однократный щелчок левой кнопкой мыши (выделить элемент). Выбрать пункт "Component properties", расположенный в меню "Analysis", "панели Меню".
36. Как соединить между собой два элемента схемы? Как разорвать ранее созданное соединение? Как присоединяются к схеме измерительные приборы в программе Electronics Workbench 5.12с?
Для выполнения подключения (соединения) курсор мыши подводится к выводу компонента и, после появления черной точки, нажимается левая клавиша мыши. Не отпуская левую кнопку мыши, перемещаем курсор к выводу того элемента, к которому хотим присоединиться. При появлении на нем такой же черной точки, кнопка мыши отпускается.
Для того чтобы разорвать соединение необходимо щелкнуть по нему левой клавишей мыши (выделить его) и нажать клавишу Delete. Либо щелкнуть по соединению правой кнопкой мыши и выбрать пункт Delete.
Чтобы измерить силу тока в цепи необходимо подключить к цепи амперметр. Амперметр подключается к цепи последовательно.
Для того чтобы измерить напряжение, необходимо подключить вольтметр. Вольтметр подключается параллельно к цепи.
37. Дайте краткую характеристику назначения библиотеки "Sources" и её элементов в программе Electronics Workbench 5.12с
Библиотека Sources (источники). Все источники в Electronics WorkBench идеальные. Внутреннее сопротивление идеального источника напряжения равно нулю, поэтому его выходное напряжение не зависит от нагрузки.
Компонент "заземление" имеет нулевое напряжение и таким образом обеспечивает исходную точку для отсчета потенциалов (напряжений). Не все схемы нуждаются в заземлении для моделирования, однако, любая схема, содержащая: операционный усилитель, трансформатор, управляемый источник, или осциллограф, должна быть обязательно заземлена, иначе приборы не будут производить измерения или их показания окажутся неправильными.
Источники постоянного напряжения, выглядят, как показано на рисунке 3.3а
222253175
Рисунок 3.3 – Некоторые источники питания из библиотеки Sources
ЭДС источника постоянного напряжения или батареи измеряется в Вольтах и задается производными величинами (от мкВ до кВ). Короткой жирной чертой в изображении батареи обозначается вывод, имеющий отрицательный потенциал по отношению к другому выводу.
Батарея в Electronics WorkBench имеет внутреннее сопротивление, равное нулю, поэтому, если необходимо использовать две параллельно подключенные батареи, то следует включить последовательно между ними небольшое сопротивление (например, в 1 Ом).
Источник постоянного тока выглядят, как показано на рисунке 3.3б
Ток источника постоянного тока (direct current) измеряется в Амперах и задается производными величинами (от мкА до кА). Стрелка указывает направление тока (от плюса к "минусу).
Источники переменного напряжения, выглядят, как показано на рисунке 3.3в
Действующее значение (root-mean-square – RMS) напряжения источника измеряется в Вольтах и задается производными величинами (от мкВ до кВ). Имеется возможность установки частоты и начальной фазы напряжения.
Источник переменного тока выглядят, как показано на рисунке 3.3г
Действующее значение тока источника измеряется в Амперах и задается производными величинами (от мкА до кА). Имеется возможность установки частоты и начальной фазы. Ток источника отсчитывается от вывода со знаком "~".
Действующее значение тока (напряжения) Iд, вырабатываемое источником переменного синусоидального тока (напряжения), связано с его амплитудным значением Ipeak следующим соотношением:

38. Дайте краткую характеристику назначения библиотеки "Basic" и её элементов в программе Electronics Workbench 5.12с
Библиотека Basic (базовые элементы)
2222589535Резистор в EWB выглядит, как показано на рисунке 3.4а. Сопротивление резистора измеряется в Омах и задается производными величинами (от Ом до МОм).
Рисунок 3.4 – Некоторые часто используемые элементы библиотеки Basic
Переменный резистор показан на рисунке 3.4б. Положение движка переменного резистора устанавливается при помощи специального элемента – стрелочки-регулятора. В диалоговом окне можно установить сопротивление, свойства модели, начальное положение движка (в процентах) и шаг приращения (также в процентах). Имеется возможность изменять положение движка при помощи клавиш-ключей.
Используемые клавиши-ключи:
буквы от А до Z;
цифры от 0 до 9;
клавиша Enter на клавиатуре;
клавиша пробел [Space].
Для изменения положения движка необходимо нажать клавишу-ключ. Для увеличения значения положения движка необходимо одновременно нажать [Shift] и клавишу-ключ, для уменьшения – клавишу-ключ. Имя управляющей клавиши можно ввести с клавиатуры в диалоговом окне "Value", появляющемся после двойного щелчка мышью на изображении элемента, причём это относится ко всем элементам, управляемым клавишами-ключами.
Ключ, управляемый клавишей изображен на рисунке 3.4в. Ключи могут быть замкнуты или разомкнуты при помощи управляющих клавиш на клавиатуре. Имя управляющей клавиши можно ввести с клавиатуры в диалоговом окне "Value", появляющемся после двойного щелчка мышью на изображении ключа.
Электромагнитное реле показано на рисунке 3.4г. Электромагнитное реле может иметь нормально замкнутые или нормально разомкнутые контакты. Оно срабатывает, когда ток в управляющей обмотке превышает значение тока срабатывания Ion. Во время срабатывания происходит переключение пары нормально замкнутых контактов реле на пару нормально разомкнутых контактов реле. Реле остается в состоянии срабатывания до тех пор, пока ток в управляющей обмотке превышает удерживающий ток Ihd. Значение тока Ihd должно быть меньше, чем Ion.
Следует помнить, что в EWB при задании параметров таких элементов как: катушка индуктивности, конденсатор, резистор; задаётся только номинальное значение, т.е. индуктивность, ёмкость, сопротивление.
39. Дайте краткую характеристику назначения библиотеки "Instruments" и её элементов в программе Electronics Workbench 5.12с
Данная библиотека содержит модели приборов, позволяющие генерировать аналоговые и цифровые входные сигналы, и модели приборов, позволяющие посмотреть форму и различные характеристики исследуемых сигналов. Рассмотрим следующие элементы этой библиотеки: "Function Generator" (функциональный генератор), "Oscilloscope" (осциллограф), "Bode Plotter" (Боде-плотер).
"Function Generator" (функциональный генератор) – это прибор, позволяющий имитировать синусоидальный, пилообразный и прямоугольный гармонический сигналы. Причём, это можно делать, не останавливая моделирование. Можно настраивать следующие параметры сигнала: амплитуду (Amplitude), частоту (Frequency), для прямоугольного сигнала: отношение времени максимума сигнала к времени, когда сигнал равен нулю (Duty Cycle), смещение сигнала (Offset).
"Oscilloscope" (осциллограф) предназначен для визуального анализа сигналов в моделируемой схеме, непосредственно во время моделирования. При выполнении двукратного щелчка мышью на значке осциллографа открывается окно настройки параметров в обычном либо расширенном режиме. Для переключения между этими режимами служит кнопка "Expand/Reduce".
Блок осциллограф имитирует работу двуканального осциллографа и позволяет:
смотреть форму сигналов;
измерять:
амплитуду сигнала,
период сигнала,
сдвиг фаз между двумя гармоническими сигналами,
скважность сигнала;
настраивать масштаб времени (ось Х), общий для обоих каналов;
настраивать индивидуально масштаб по сои Y для обоих каналов;
выбирать режим измерения:AD/DC/0. При выборе последнего режима, канал, для которого он выбран, не отображается на осциллографе;
строить т.н. фигуры Лисажу.
Следует помнить, что осциллограф показывает амплитудное значение сигнала, тогда как вольтметр и амперметр – действующее.
"Bode Plotter" (Боде-плотер) это прибор, автоматически строящий амплитудную и фазовую частотные характеристики в линейном и логарифмическом масштабе.
40. Дайте краткую характеристику назначения библиотеки "Indicators" и её элементов в программе Electronics Workbench 5.12с
Вольтметр "Voltmeter" – прибор необходимый для измерения напряжения в цепи. Имеет бесконечно большое сопротивление. Подключается к цепи параллельно.
621728536830Амперметр "Ammeter" – прибор необходимый для измерения силы тока в цепи. Имеет сопротивление бесконечно малое. Амперметр подключается последовательно к цепи.
Окна свойств вольтметра и амперметра идентичны.
6423025225425Поле для ввода "Resistance" позволяет задать внутренне сопротивление прибора в Омах, для вольтметра оно должно стремиться к бесконечности, а для амперметра – к нулю. В большинстве случаев не следует менять значение в этом поле. В отличие от реальных измерительных приборов, вольтметр и амперметр, представленные в программе, не требуют настройки диапазона измерений.
Поле для ввода "Mode" служит для выбора рода измеряемого сигнала: АС – для переменного тока (напряжения), а DC – для постоянного тока (напряжения).
6813550759460Пробник "Probe" – прибор, который определяет логический уровень (0 или 1) в конкретной точке схемы. Если исследуемая точка имеет уровень логической 1, индикатор загорается красным цветом. Уровень логического нуля свечением не отмечается. С помощью команды Value в меню Circuit можно изменить цвет свечения пробника.
41. Каким, в идеале, должно быть сопротивление вольтметра и амперметра? Как его задать в программе Electronics WorkBench?
Идеальный измерительный прибор не должен менять параметры цепи, то есть, не должен искажать измеряемую величину. Поэтому идеале сопротивление амперметра бесконечно мало (равно 0), а сопротивление вольтметра бесконечно велико. Это связано с тем, что при использовании амперметра необходимо как можно точнее измерить силу тока в цепи (на участке, в котором он подключен), поэтому он подключается последовательно и его сопротивление чем меньше, тем лучше. А при измерении сопротивления цепи вольтметр подключают параллельно и его сопротивление должно быть как можно больше (стремиться к бесконечности), т.к. часть тока пойдет в это ответвление цепи, и, чтобы не нарушить первоначальные параметры цепи, необходимо, чтобы ток через вольтметр не проходил.
В программе Electronics WorkBench задать сопротивление прибора можно в окне Properties, которое откроется после двойного щелчка по необходимому прибору. В большинстве случаев не следует менять значение в этом поле. В отличие от реальных измерительных приборов, вольтметр и амперметр, представленные в программе, не требуют настройки диапазона измерений.
42. Расскажите все, что знаете об элементе "Oscilloscope" (осциллограф).
"Oscilloscope" (осциллограф) предназначен для визуального анализа сигналов в моделируемой схеме, непосредственно во время моделирования. При выполнении двукратного щелчка мышью на значке осциллографа открывается окно настройки параметров в обычном либо расширенном режиме. Для переключения между этими режимами служит кнопка "Expand/Reduce". Блок осциллограф имитирует работу двуканального осциллографа и позволяет:
смотреть форму сигналов;
измерять:
амплитуду сигнала,
период сигнала,
сдвиг фаз между двумя гармоническими сигналами,
скважность сигнала;
настраивать масштаб времени (ось Х), общий для обоих каналов;
настраивать индивидуально масштаб по сои Y для обоих каналов;
выбирать режим измерения:AD/DC/0. При выборе последнего режима, канал, для которого он выбран, не отображается на осциллографе;
строить т.н. фигуры Лисажу.
Следует помнить, что осциллограф показывает амплитудное значение сигнала, тогда как вольтметр и амперметр – действующее.
43. Дайте определение понятию математическая модель.
Математическая модель – записанная в форме математических соотношений совокупность знаний, представлений и гипотез о техническом объекте или явлении.
44. Дайте определение понятию математическое моделирование.
Математическое моделирование – процесс исследования объекта или явления по его математической модели путем аналитического, численного (на ЭВМ), или аналогового (на АВМ) решения уравнений, входящих в математическую модель.
Частным случаем математического моделирования является т.н. имитационное моделирование.
45. Дайте определение понятию объект исследования.
Объекты исследования – это машины, механизмы, технологические линии, приводимые в действие электроприводом, системы управления и регулирования электроприводом, а также элементы этих систем: автоматические регуляторы; корректирующие звенья; фильтры; блоки задания и ограничения сигналов; датчики; отдельные электрические цепи.
46. Назовите и охарактеризуйте группы параметров, выделяемые при проектировании устройств.
Параметры элементов, из которых состоит проектируемое устройство- внутренние, а параметры окружающей среды – внешние;
параметры устройства, по которым оценивается качество его работы, – выходные, параметры действующих на устройство внешних информационных сигналов – входные. эти параметры относятся к проектированию любых устройств независимо от их физической природы.
47. Расскажите все, что знаете о "чёрном ящике".
Чёрный ящик – это метод исследования объекта, при котором есть возможность анализировать его входные и выходные параметры.
ОИ, представленный в виде чёрного ящика, графически можно представить, так как показано на:
3429057150где: X(t) – вектор полезных входных сигналов; Y(t) – вектор выходных сигналов; F(t) – вектор возмущающих воздействий; W(p) – обозначение передаточной функции.
Для изображения О.И. в виде чёрного ящика на графических схемах, его рисуют в виде прямоугольника, с записанной внутри передаточной функцией. Такие прямоугольники принято называть звеньями, или блоками. Соответственно схемы, состоящие из таких звеньев, могут называться: структурными, функциональными, либо блок-схемами.
48. Что такое преобразование Лапласа? Для чего и как оно выполняется?
Для описания того, каким образом ОИ преобразует сигналы, поступающие на его входы, используются различные математические модели. ОИ исследования может быть описан в виде дифференциальных уравнений, записанных в естественной, или операторной форме;
Естественная форма записи дифференциальных уравнений изучается в школьном курсе математики. Для того чтобы записать уравнение в операторной форме надо в уравнении, записанном в естественной форме сделать следующую замену:
Такая замена называется преобразованием Лапласа. Буквы p и s обозначают одно и то же и называются – оператор Лапласа. Формулы иллюстрируют т.н. прямую замену. Преобразование Лапласа позволяет решать дифференциальные уравнения как простые алгебраические, и используется для описания передаточных функций.
49. Дайте определение передаточной функции.
Передаточная функция определяется как отношение между изображениями Лапласа выходного и входного сигналов Для схемы (1) передаточная функция может выглядеть следующим образом:
схема 1
50. Обычно тип звена определяется соотношением между сигналами на его выходе и входе. Какими могут быть эти соотношения?
В зависимости от типа звена соотношение между выходным и входным сигналами звена может выражаться в виде:
Математических функций, например: синуса, косинуса, логарифма, показательной функции и т. п. Число, поданное на вход такого блока, подставляется в реализуемую блоком функцию в качестве аргумента.
Математических операций (сложение и вычитание, взятие производной либо интегрирование).
Т. н. коэффициента передачи, т.е. простого отношения выход/вход.
51. На чём основан физический подход к моделированию механических систем?
Физический подход к моделированию динамических систем основан на уравнениях баланса сил, массы, энергии и моментов.
При физическом подходе к моделированию динамических систем переменными модели являются физические состояния процессов в реальной системе, такие как: силы, ускорения, скорости, углы, температуры, напряжения и т.п. Изменение состояний производится процедурами, реализующими соответствующие законы динамики с учетом существующих ограничений и отношений между элементами системы. В процессе физического моделирования задаются некоторые характеристики внешней среды, и исследуется поведение либо реального объекта, либо его модели при заданных или создаваемых искусственно воздействиях внешней среды.
Механические системы
Краеугольным камнем динамической модели любой механической системы является второй закон Ньютона. Для применения закона Ньютона необходимо задать некоторую систему отсчета относительно которой будут определяться положение, скорость и ускорение. Пусть вектор F – сумма всех сил, действующих на тело, m – масса тела, а вектор z характеризует его положение. Ускорение a – вектор с тем же направлением, что и вектор F. Уравнение баланса сил имеет вид: Второй закон Ньютона можно записать как систему дифференциальных уравнений первого порядка, в форме так называемых уравнений состояния. При прямолинейном движении координата z и скорость υ выражаются как скаляры:
и
Закон Ньютона для систем вращения имеет вид:
235585081915
где Т – сумма всех моментов, действующих на тело, J – момент инерции и ω – угловая скорость (рисунок 4.2). Часто J – непостоянная величина, например, при работе промышленного робота или прокатного стана, и нужно учитывать его зависимость от времени.

Рисунок 4.2 – Закон Ньютона для вращения
Если ввести понятие угла поворота ε, то динамику вращения можно описать в форме уравнений состояния. При этом полагают, что известно направление вращения и что величина J постоянна. Тогда дифференциальные уравнения записываются в виде:
и
Уравнения Лагранжа являются обобщенной формой кона Ньютона. Существуют деформируемые механические системы, например, крыло самолета при Движении которых могут появляться нежелательные колебания такие динамические системы, вообще говоря, очень сложны для управления.
52. На чём основан физический подход к моделированию электромагнитных цепей?
Динамика большинства электромагнитных цепей определяется несколькими основными законами. Законы Кирхгоффа описывают связь между напряжениями и токами в электрической цепи.
Закон Кирхгоффа для тока – сумма всех токов в любом узле равна нулю.
Закон Кирхгоффа для напряжений – сумма падений напряжения по любому замкнутому контуру равна нулю.
Закон Кирхгоффа для напряжений есть следствие принципа сохранения энергии. При записи баланса напряжений можно идти вокруг замкнутого контура в любом направлении и суммировать падения напряжения (каждый элемент учитывается только один раз).
Основы электромагнитной теории сформулированы в уравнениях Максвелла. С точки зрения динамических систем имеется два элемента с зависимым от времени состоянием: конденсатор – для накопления электрического заряда и индуктивность – для накопления энергии магнитного поля. Конденсатор в цепи накапливает электрический заряд, т. е. энергия сохраняется в электрическом поле. Ток, текущий через конденсатор, пропорционален производной от напряжения на конденсаторе по времени:
В электронике и технике связи обычной практикой анализа систем является использование синусоидального входного сигнала. Выходной сигнал имеет такую же частоту, что и входной, но другие амплитуду и фазу. С ростом частоты амплитуда выходного напряжения падает и все больше и больше отстает по фазе. Цепь с такими св-ми наз-ся низкочастотным фильтром (low-pass filter), поскольку она пропускает низкие, но гасит высокие частоты.
Приведенный пример иллюстрирует два основных метода описания линейных систем – во временной области (time-domain) и в частотной области (frequency-domain). Анализ во временной области рассматривает поведение системы во времени, т. е. зависимость от времени ее реакции на конкретный входной сигнал – скачок. Частотный анализ исследует поведение системы под воздействием внешних возмущений различной частоты.
1890395146051890395257810-6667513335При изменении магнитного поля во времени возникает электрическое поле. Это – закон Фарадея (закон электромагнитной индукции). где Ψ – потокосцепление витков катушки (потокосцепление – это произведение магнитного потока Ф через один виток на число витков N). Потокосцепление катушки с током I и индуктивностью L:
Дифференциальные уравнения для емкости и индуктивности представляют собой основу для описания электромагнитных цепей. Другие отношения можно получить из этих основных уравнений с помощью алгебраических преобразований.
В ферромагнитных материалах проницаемость непостоянна и для больших значений H величина магнитного потока Ф, пропорциональная магнитной индукции B будет достигать насыщения. Связь между магнитным потоком и током, создающим напряжённость, магнитного поля, показана на рисунке 4.5. Рисунок: Простая магнитная цепь (а); типовая кривая намагничивания без гистерезиса (б).
Часто при описании магнитных цепей необходимо учитывать явление гистерезиса, из-за которого магнитная индукция не только функция тока, но и зависит от предыстории намагничивания.
53. На чём основан физический подход к моделированию систем, при описании которых используются уравнения баланса масс?
Баланс массы.
Для многих промышленных процессов существенным является моделирование баланса массы различных компонентов. В открытой системе, где происходит обмен с внешним миром, все уравнения баланса массы имеют одинаковую структуру
приращение массы = приход массы - расход массы
Такое уравнение можно сформулировать как для каждого отдельного компонента, так и для всей массы в целом. Приход (расход) массы может быть следствием как входного (выходного) потока, так и химических реакций или биологического роста.
Можно составлять уравнения баланса:
общей массы и массы компонента.
Интуитивно ясно, что концентрация будет меняться медленнее, если расход жидкости во входном потоке мал по сравнению с объемом V (это соответствует большому значению Т). То есть баланс массы компоненты имеет такие же динамические свойства, что и низкочастотный фильтр
54. На чём основан физический подход к моделированию систем, при описании которых используются уравнения сохранения энергии?
Уравнения сохранения энергииВ некоторых процессах необходимо регулировать температуру. Динамическая модель системы управления температурой должна учитывать тепловые потоки и накопление тепловой энергии. Во многих случаях поток тепла через объект пропорционален разности температур на его границах:

где q – поток тепла, R – тепловое сопротивление и T– температура. Перенос тепла часто моделируется как величина, пропорциональная площади поверхности А и обратно пропорциональная длине пути I теплового потока:

где k – теплопроводность. Сохранение тепловой энергии можно описать как:

где C – теплоемкость, q – алгебраическая сумма входящих и исходящих тепловых потоков.
Иллюстрацией закона сохранения энергии служит тепловой баланс жидкости в баке.
55. Расскажите все, что знаете о функции "единичное ступенчатое воздействие".
Единичным ступенчатым воздействием называется воздействие, описываемое единичной ступенчатой функцией

Реакция представляет собой функцию времени, в соответствии с которой изменяется выходной сигнал. Ступенчатое единичное воздействие это функция времени, равная нулю при отрицательных значениях времени и единице при положительных.
В программе МВТУ эту функцию можно реализовать при помощи блока «Ступенька».
56. Назначение и область применения ПК МВТУ.
Программный комплекс "Моделирование в технических устройствах" ("МВТУ") – современная среда интеллектуального САПР, предназначенная для детального исследования и анализа динамических процессов в системах автоматического управления (САУ), в следящих приводах и роботах, в ядерных и тепловых энергоустановках, в любых технических системах, описание динамики которых может быть реализовано методами структурного моделирования.
Может использоваться для моделирования нестационарных процессов в физике, в электротехнике, в динамике машин и механизмов, в астрономии и т.д., а также для решения нестационарных краевых задач (теплопроводность, гидродинамика и др.).
57. Перечислите режимы работы ПК МВТУ.
Программный комплекс "МВТУ" реализует следующие режимы работы:
МОДЕЛИРОВАНИЕ, обеспечивающий:
моделирование нестационарных процессов в непрерывных, дискретных и гибридных технических системах, в том числе и при наличии обмена данными (синхронный или асинхронный) с внешними программами и устройствами;
расчет в реальном времени или в режиме масштабирования модельного времени;
рестарт, архивацию и воспроизведение результатов моделирования.
ОПТИМИЗАЦИЯ, позволяющий решать задачи:
cинтеза оптимальных регуляторов и оптимального управления в многокритериальной постановке при наличии ограничений на значения динамических переменных, управляющих воздействий, параметров элементов системы автоматического управления, функционалов качества.
АНАЛИЗ, обеспечивающий:
расчет амплитудно-фазовых частотных характеристик для любой линейной и большинства нелинейных систем (ЛАХ, ФЧХ, различные годографы и др.);
расчет коэффициентов, полюсов и нулей передаточных функций.
КОНТРОЛЬ И УПРАВЛЕНИЕ, позволяющий:
создавать электронные аналоги измерительных приборов и управляющих устройств для оперативного контроля и управления переходными процессами;
выполнять статистическую обработку сигналов (в том числе и внешних), основанную на быстром преобразовании Фурье.
СИНТЕЗ *, позволяющий:
синтезировать регуляторы с заданными характеристиками с помощью частотного и корневого методов.
58. Назовите достоинства ПК МВТУ.
Программный комплекс "МВТУ" имеет следующие достоинства: 
открытость за счет реализации в ПК "МВТУ" нескольких механизмов обмена данными с внешними расчетными программами, а также за счет встроенного в ПК интерпретатора математических функций; 
принцип вложенности структур (глубина вложенности неограниченная), что особо актуально при моделировании сложных динамических систем; 
векторизация алгоритмов передачи и обработки данных за счет реализации линий связи типа "шина" данных и векторизации входов/выходов всех типовых блоков; 
наличие наиболее полной Общетехнической и ряда Специализированных библиотек типовых блоков, в т.ч. библиотеки теплофизических свойств основных рабочих тел; 
наличие библиотеки Контроль и управление, что позволяет формировать в ПК "МВТУ" панели (щиты) приборов для отображения и оперативного управления моделируемой системой в процессе расчета; 
16 алгоритмов интегрирования, включая 10 новых эффективных алгоритмов (5 явных и 5 неявных) для жестких систем дифференциальных уравнений; 
функционирование в любой версии WINDOWS, наличие подробной контекстной справочной системы, эффективность в отраслевых разработках и учебном процессе. 
59. Перечислите порядок действий, выполняемых при составлении структурной схемы, в ПК МВТУ.
Формирование структурной схемы и ее параметров, выбор метода, параметров интегрирования и т.п. целесообразно проводить в следующей последовательности:
используя "Линейку" типовых блоков заполните Схемное Окно необходимыми блоками примерно так же, как они должны быть расположены в структурной схеме;
используя процедуры "перетаскивания" блоков, изменения ориентации блоков и их размеров придайте структурной схеме "осмысленный" вид;
используя манипулятор типа "мышь", соедините блоки линиями связи;
двигаясь слева-направо и сверху-вниз (по блокам в Схемном Окне) задайте параметры блоков на структурной схеме (коэффициенты усиления, постоянные времени, начальные условия и т.д.);
используя кнопку Параметры расчета, задайте конечное время интегрирования, выберите необходимый метод интегрирования и другие параметры расчета;
сохраните набранную схему (проект) под оригинальным именем на жесткий диск (например, task_1. mrj или, например, proba. mrj);
запустите задачу на счет, смотрите текущие результаты в графических окнах и анализируйте ....
Рекомендуется выполнять процедуру сохранения на жесткий диск не в конце ввода всех условий задачи, а после каждого из вышеперечисленных этапов.
60. Дайте определение понятию физический процесс.
Физический процесс – это последовательная смена состояний объектов физического мира. Процессами в этом смысле, следовательно, являются движение, химические реакции или теплообмен.
Примеры процессов – промышленное или химическое производство, кондиционирование воздуха в помещении (изменение физических параметров – температуры и влажности), движение транспортного средства, которое есть суть управляемое изменение его скорости и положения.
Обработка информации сама по себе не привносит видимых изменений в физический мир и, таким образом, не может быть отнесена к физическим процессам.
61. ДАЙТЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЮ ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС.
Технический процесс определен как "процесс, физические переменные которого можно измерить и изменить техническими средствами"
62. ОБЪЯСНИТЕ РАЗНИЦУ МЕЖДУ ТЕХНИЧЕСКИМ И ФИЗИЧЕСКИМ ПРОЦЕССАМИ.
Физический процесс не обязательно должен управляться извне, а технический процесс включает обработку информации для достижения заданной целевой функции.
63. Назовите факторы, воздействующие на технический процесс, и объясните роль информации при управлении техническим процессом.
Любой физический процесс характеризуется входом и выходом в виде: материальных компонентов; энергии, информации. В общем случае материальные компоненты (энергию и информацию) можно рассматривать как входные и выходные потоки, которые изменяются в ходе физических/технических процессов. Материалы и энергия, очевидно, являются основными составляющими физического процесса. Информация – тоже неотъемлемая часть всякого процесса, однако осознание этого факта произошло не так давно.
Всегда существуют посторонние по отношению к цели процесса факторы, которыми нельзя управлять, но которые оказывают влияние на процесс. Эти факторы рассматриваются как возмущения, отклоняющие процесс от штатного рабочего режима. Возмущения сами по себе не являются физическими величинами, а проявляются в виде случайных флуктуации в потоках материалов, энергии и информации.
Информация – важнейший компонент управления физическими процессами, поскольку она позволяет лучше использовать два других слагаемых процесса – материю и энергию. Обработка информации, улучшающая характеристики технического процесса, выгодна в любом случае.
64. Объясните, как используется компьютер при управлении техническим процессом, его место и назначение.
Компьютеры предназначены для обработки информации, в том числе и относящейся к техническим/физическим процессам. В большинстве случаев компьютеры выполняют две основные функции: во-первых, контролируют, находятся ли параметры технического процесса в заданных пределах, и, во-вторых, инициируют соответствующие управляющие воздействия, чтобы параметры оставались в этих пределах даже при наличии внешних возмущений.

65. Дайте определение следующим понятиям: система, техническая система, динамическая система. Чем они характеризуются?
Под системой будем понимать любой объект, который рассматривается, с одной стороны, как единое целое, а с другой – как совокупность связанных между собой определенным образом составляющих.
В технике под системой понимают совокупность машин и устройств, выполняющих какой-либо технологический процесс и взаимосвязанных между собой потоками энергии, вещества и информации.
Важнейшей характеристикой системы является ее динамика, знание которой позволяет предсказать поведение системы и выбрать правильное управляющее воздействие в соответствии с поставленной целью. Отсюда можно вывести определение динамической системы.
ДС – это любая система, свойства и поведение которой существенно зависят от времени. В математических моделях ДС время является независимым аргументом. В теории автоматического регулирования и управления динамическая система – это совокупность объекта управления и управляющего устройства. К динамическим системам, в частности, относятся так называемые системы автоматического управления (САУ).
На вход САУ подаётся некое задающее воздействие X(t), определяющее, требуемое значение регулируемого параметра. Как правило, оно подаётся на один из входов элемента сравнения.
1)Элемент сравнения, сравнивает сигнал X(t) с сигналом L(t), поступающим с датчика обратной связи и формирует на выходе сигнал ошибки e(t).
2) Датчик обратной связи служит для преобразования величины регулируемого параметра Y(t) в сигнал такой же природы и размерности, как и у сигнала X(t). Кроме того, он может показывать значение сигнала Y(t) в форме удобной для наблюдения человеком.
3) Управляющее устройство, в зависимости от величины и знака сигнала e(t), формирует управляющее воздействие U(t) подаёт его на вход О.У.
4) Значение Y(t) с выхода О.У. поступает на датчик обратной связи.
5) Помимо сигнала U(t), на О.У. воздействуют также внешние случайные факторы – возмущающие воздействия F(t), как правило, мешающие работе устройства в заданном режиме.
6) Сигнал U(t) меняется так, чтобы сигнал L(t), а следовательно и сигнал Y(t), стал равным сигналу X(t).
где: X(t) –задающее воздействие;
-1333526670e(t) – сигнал ошибки рассогласования;
U(t) – управляющее воздействие;
F(t) –возмущающее воздействие;
Y(t) – регулируемый параметр (координата);
L(t) – сигнал обратной связи;
О.С. – обратная связь.
66. Что такое САУ и в чём заключается суть работы подобных систем?
К динамическим системам, в частности, относятся так называемые системы автоматического управления (САУ). Обобщённая схема САУ показана на рисунке 6.2.
Поясним суть изображённой на рисунке 6.2 схемы:
На вход САУ подаётся некое задающее воздействие X(t), определяющее, требуемое значение регулируемого параметра. Как правило, оно подаётся на один из входов элемента сравнения.
Элемент сравнения, сравнивает сигнал X(t) с сигналом L(t), поступающим с датчика обратной связи и формирует на выходе сигнал ошибки e(t).
Датчик обратной связи служит для преобразования величины регулируемого параметра Y(t) в сигнал такой же природы и размерности, как и у сигнала X(t). Кроме того, он может показывать значение сигнала Y(t) в форме удобной для наблюдения человеком.
Управляющее устройство, в зависимости от величины и знака сигнала e(t), формирует управляющее воздействие U(t) подаёт его на вход О.У.
Значение Y(t) с выхода О.У. поступает на датчик обратной связи.
Помимо сигнала U(t), на О.У. воздействуют также внешние случайные факторы – возмущающие воздействия F(t), как правило, мешающие работе устройства в заданном режиме.
Сигнал U(t) меняется так, чтобы сигнал L(t), а следовательно и сигнал Y(t), стал равным сигналу X(t).

где: X(t) – задающее воздействие; e(t) – сигнал ошибки рассогласования; U(t) – управляющее воздействие; F(t) –возмущающее воздействие; Y(t) – регулируемый параметр (координата); L(t) – сигнал обратной связи; О.С. – обратная связь.
Рисунок 6.2 – Обобщённая схема САУ
67. Дайте определение следующим понятиям: статическая и динамическая характеристика.
Оценить свойства и качество работы систем и отдельных частей систем можно по их статическим и динамическим характеристикам.
Под статической характеристикой системы (или объекта) понимают зависимость выходной координаты от входной при условии, что в системе (объекте) закончились процессы, связанные с переносом энергии и вещества.
Под динамическими характеристиками системы (или объекта) понимают зависимость выходной координаты от времени при воздействии на систему (объект) внешнего возмущения с известными свойствами.
68. Расскажите все, что знаете об устойчивости динамических систем.
Важной характеристикой работы ДС является устойчивость.
Динамическая система устойчива, если после прекращения действия на нее внешних возмущающих воздействий она возвращается в прежнее или приходит в новое устойчивое состояние. Реальная техническая система должна быть устойчивой.
На рисунке 6.3 показаны примеры и графики выходной координаты для: неустойчивой ДС (а); нейтрально устойчивой ДС (б); и абсолютно устойчивой ДС (в).
-13208049530
Рисунок 6.3 – Виды устойчивости ДС
69. Что такое переходной процесс? Какие бывают переходные процессы, и какими параметрами и критериями качества они описываются?
Эффективность работы устойчивой ДС оценивают по прямым и интегральным оценкам качества. Вычисление оценок проводят по графикам динамических характеристик, т.н. переходных процессов. Введём определение переходного процесса:
Переходным процессом будем называть процесс перехода системы из одного установившегося состояния в другое установившееся состояние. Переходные процессы бывают монотонными (смотри рисунок 6.5) и колеательными (смотри рисунок 6.4).

Рисунок 6.4 – Оценка качества колебательных характеристик ДС
-16129035560Рисунок 6.5 – Оценка качества монотонных характеристик ДС
70. Дайте определение понятиям анализ и синтез динамических систем. Опишите их.
Среди задач исследования динамических систем следует выделить следующие, требующие наличия математических моделей:
– задачи анализа ДС.
– задачи синтеза управляемых ДС.
Задача анализа динамических систем решается с целью определения работоспособности систем и эффективности их функционирования. Понятие работоспособности ДС часто отождествляют с устойчивостью.
В задачах анализа моделирование позволяет проанализировать выходные параметры и характеристики схемы в предельных и запредельных режимах, физическая реализация которых опасна для макета. Кроме того, моделирование позволяет выполнить, например, расчет серийнопригодности и анализ различных статистических характеристик схемы без ее запуска в серию, анализ воздействия на схему внешних условий без реальных климатических и других испытаний, анализ нереализуемых на макете зависимостей выходных параметров схемы от внутренних, например зависимостей выходных параметров схемы от внутренних параметров транзистора.
Среди задач синтеза динамических систем выделяют задачи параметрической оптимизации и задачи структурного синтеза ДС.
Моделирование включает решение задач расчета, анализа, оптимизации и синтеза. Эти задачи называются проектными процедурами и имеют следующее содержание.
Расчет – определение выходных параметров и характеристик устройства при неизменных значениях его внутренних параметров и постоянной структуре.
Анализ – определение изменения выходных параметров и характеристик устройства в зависимости от изменения его внутренних и входных параметров.
Синтез – это генерация исходного варианта устройства, включая его структуру (структурный синтез) и значения внутренних параметров (параметрический синтез).
71-72.
71. Каков типовой порядок действий при проектировании технических устройств?

72. Дайте определение понятию имитационная модель. Назовите элементы процесса моделирования.
Имитационная модель – логико-математическое описание объекта, которое может быть использовано для экспериментирования на компьютере в целях проектирования, анализа и оценки функционирования объекта.
Процесс моделирования включает три элемента: субъект (исследователь); объект исследования; и модель, определяющую отношения познающего субъекта и познаваемого объекта.
73. Дайте определение понятию имитационное моделирование.
Имитационное моделирование – это метод, позволяющий строить модели, описывающие процессы так, как они проходили бы в действительности.
Имитационное моделирование – это метод исследования, основанный на том, что изучаемая система заменяется имитатором и с ним проводятся эксперименты с целью получения информации об этой системе
74. Что такое частотная передаточная функция? Что такое декада?
Декада – это изменение сигнала в десять раз.
Частотная передаточная функция – это изображений Фурье (частотных изображений) выходной и входной величин:

75. Дайте общее описание системы MatLab.
Система MatLab специально создана для проведения именно инженерных расчетов: математический аппарат, который используется в ней, предельно приближен к современному математическому аппарату инженера и учёного и опирается на вычисления, производимые с матрицами, векторами и комплексными числами; графическое представление функциональных зависимостей здесь организовано в форме, которую требует именно инженерная документация.
76. Когда была впервые использована система MatLab?
Впервые система MatLab (Matrix Laboratory) начала использоваться в конце 1970-х годов, но широкое распространение она получила в конце 1980-х годов, в особенности после появления на рынке версии 4.0. Система MatLab поддерживает возможность обращения к программам, написанным на языках FORTRAN, C и С++.
77. Что является основным элементом системы MatLab?
Основной объект системы MatLab – прямоугольный числовой массив (матрица), в котором допускается применение комплексных элементов. Использование матриц не требует явного указания их размеров.
78. Перечислите режимы работы среды MatLab. Что такое рабочее пространство?
MatLab может работать в двух основных режимах:
научный калькулятор;
программный режим.
Рабочее пространство – это область памяти, в которой сохраняются все переменные, используемые программами MatLab в течение текущего сеанса работы. Благодаря этому может осуществляться обмен данными между различными компонентами системы MatLab79. Опишите структуру основного окна среды MatLab.

80. Что такое Simulink и как его запустить? Что такое S-модель?
Пакет Simulink позволяет осуществлять исследование (моделирование во времени) поведения динамических линейных и нелинейных систем, причём составление "программы" и ввод характеристик системы можно производить в диалоговом режиме, путём сборки на экране схемы соединений элементарных (стандартных или пользовательских) звеньев. В результате такой сборки получается модель системы (в дальнейшем будем называть её S-моделью), которая сохраняется в файле с расширением "*.mdl". Такой процесс составления вычислительных программ принято называть визуальным программированием.
81. Опишите структуру браузера библиотек и рабочего окна Simulink. Как создать рабочее окно?
Ядром пакета Simulink является библиотека Simulink, указанная в первой строке браузера. Чтобы ознакомиться с составом какой-либо из библиотек следует дважды щёлкнуть левой кнопкой мыши на её имени.
Рисунок 8.2 – Окно Simulink Library BrowserЧтобы начать сборку блок-схемы моделируемой системы, необходимо в окне браузера Simulink вызвать команду File/New/Model (Файл/Новый/Модель). После этого на экране появится новое (пустое) окно (рис. 8.3) untitled, в котором будет собираться S-модель.

Приложенные файлы

  • docx 8383880
    Размер файла: 747 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий