Software & Systems

Для исследования динамики систем автоматического регулирования (САР) наиболее популярной является программа SIMULINK, входящая в состав интегрированной среды MATLAB.

С целью эффективного исследования САР и получения сравнительных характеристик поведения системы при изменении различных ее свойств необходимо не только умение работать с данной программой, но и знание обширного круга команд и функций MATLAB, а также основ программирования в MATLAB и разработки М-файлов. Это может вызвать определенные трудности и значительно замедлить процесс исследований.

Для устранения данной проблемы разработана программа, ядром которой являются модуль связи Delphi и MATLAB, интегрирующая в себе ос- новные методы исследования САР, интерфейс которой представлен в терминах и понятиях, традиционных для систем автоматического регулирования. В частности, интерфейс модели для исследования комбинированных систем регулирования (рис. 1) имеет вид, приведенный на рисунке 2.

Из рисунков 1 и 2 видно, что настройка модели и необходимые коммутации осуществляются кликом мышки по соответствующему участку схемы и не требуют ввода коэффициентов в соответствующие блоки модели. Для управления моделью и представления результатов используется специальное окно настроек, приведенное на рисунке 3.

Запуск модели можно осуществлять циклически. При этом для любого параметра модели можно указать необходимое приращение. В частности, при щелчке по объекту открывается окно настроек, в котором указываются все его параметры и необходимые приращения (рис. 4). В группе управления графической информацией можно указать, каким образом выводить результаты, а также цвет и маркеры графиков. В качестве примера на рисунке 5 приведены графики переходных процессов, построенные в одном графическом окне для САР:

·     при отсутствии возмущающего воздействия;

·     при наличии возмущающего воздействия;

·     при компенсации возмущения с помощью интегрально-дифференцирующего звена.

При этом пользователю нет необходимости помнить и вводить в соответствующие блоки передаточную функцию используемого компенсатора – она формируется автоматически при выборе необходимого звена из раскрывающегося списка (рис. 3).

Не исключается задание пользователем любой передаточной функции компенсатора. При щелчке по блоку «компенсатор» открывается аналогичное окно настроек, как и при выборе объекта (рис. 4), в которое можно ввести любую передаточную функцию и в нем указать приращения ее параметров. Из рисунка 4 видно, что имеется возможность работы с буфером обмена, сохранения передаточных функций в файлах в различных форматах для обмена информацией с другими ранее разработанными программами и т.д.

Для удобства работы в программе реализованы такие классические системы, как одноконтурная, каскадная, комбинированная, хотя любую более сложную систему легко привести к более простой путем нехитрых коммутаций. В частности, чтобы из комбинированной системы (рис. 4) перейти к одноконтурной, достаточно разомкнуть ключи H2, H4, H5, H6, H7 и замкнуть ключи H1 и H3, что осуществляется кликом мышки в районе указанного ключа (см. рис. 2).

В данной статье говорится лишь о некоторых возможностях разработанной программы. Кроме этого, в ней реализованы:

·     расчет показателей качества переходных процессов;

·     оптимизация настроечных параметров системы различными методами с возможностью графического отображения поверхности настроечных параметров;

·     построение практически всех частотных характеристик системы;

·     анализ системы в пространстве состояний с возможностью вывода матриц управляемости и наблюдаемости, а также вычисления рангов указанных матриц;

·     вывод передаточных функций замкнутой системы по управлению и возмущению.

Использование разработанной программы значительно сокращает процесс моделирования систем управления и позволяет сосредоточить внимание на анализе полученных результатов.

Круг применения данной программы может быть достаточно широким: в учебном процессе по ряду дисциплин, в инженерных, научных исследованиях.

Литература

1.   Ануфриев И.А. Самоучитель MatLab 5.3/6.x. СПб: Изд-во «БХВ-Петербург», 2002. 512 с.

2.   Бобровский С.В. Учебный курс Delphi 7. М.: Питер, 2006. 712 с.

3.   Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SymPowerSystem и Simulink. М.: Питер, 2008. 288 с.

4.   Черных И.В. Simulink: Инструмент моделирования динамических систем. URL: http://matlab.exponenta.ru/simulink/ book1/index.php (дата обращения: 13.02.2010).

5.   Веремей Е.И., Погожев С.В. Nonlinear Control Design Blockset. URL: http://www.tspu.tula.ru/ivt/old_site/lcopy/Matlab_ RU/nonlinecondes/book1/preface.asp.htm (дата обращения: 13.02.2010).

6.   Шмелев В.Е. Partial Differential Equations Toolbox. Инструментарий решения дифференциальных уравнений в частных. URL: http://matlab.exponenta.ru/pde/book1/index.php (дата обращения: 13.02.2010).