Анализ динамических процессов систем управления
В отдельную группу задач анализа можно выделить исследования динамических процессов, протекающих в системах автоматического регулирования и управления наукоемких машиностроительных изделий.
К таким изделиям можно отнести тепловые энергетические установки, ядерные установки различного назначения, системы автоматического управления следящих приводов и роботов, двигателей, а также других технических систем, описание динамики которых может быть выполнено методами структурного моделирования. Для решения задач этого класса широкое применение находят специальные программные комплексы MATRIX, Simulink, VisSim, МВТУ и др.
Рассмотрим некоторые особенности работы с такими комплексами на примере программы МВТУ, разработанной в МГТУ им. Н. Э. Баумана.
Здесь возможно решение целого ряда задач:
• моделирование;
• оптимизация;
• анализ;
• контроль и управление (программа позволяет создавать виртуальные аналоги измерительных приборов и управляющих устройств контроля и управления переходными процессами).
Библиотеки типовых блоков.Вся совокупность типовых блоков программного комплекса условно может быть разделена на две группы: общетехническая библиотека и специализированные библиотеки. Общетехническая библиотека типовых блоков содержит следующие каталоги:
- субструктуры;
- динамические звенья;
- нелинейные звенья;
- ключи;
- логические звенья;
- функции математические;
- дискретные звенья;
- источники входных воздействий;
- операции математические;
- векторные операции;
- данные и т.д.
В каждом из перечисленных каталогов содержатся типовые или специально разработанные модели элементов динамических систем.
Например, из каталога «Динамические звенья» можно выбрать: динамическое звено общего вида, идеальное интегрирующее звено, интегратор с насыщением, интегратор с изменяемыми начальными условиями, апериодическое звено первого порядка, колебательное звено, инерционно-интегрирующее звено, инерционно-дифференцирующее звено, инерционно-форсирующее звено, переменные состояния, идеальное запаздывающее звено.
В каталоге «Нелинейные звенья» хранятся следующие звенья: квадратичный функционал качества, линейное с насыщением, линейное с зоной нечувствительности, линейное с насыщением и зоной нечувствительности, релейное неоднозначное, релейное неоднозначное с зоной нечувствительности, зазор, люфт, излом, произвольная однозначная нелинейность, запоминание минимума, запоминание максимума, запоминание макс./мин. из двух скалярных сигналов, запоминание макс./мин. из п векторных сигналов, переменное транспортное запаздывание, дифференцирование, ограничение скорости изменения, дельта-функция и др.
Специализированные библиотеки содержат каталоги различных приложений: «Реакторные блоки», «Логика АСУТП ВВЭР», «Роботы», «Элементы подземных хранилищ газа». Ряд фрагментов структурных схем, сформированных в процессе выполнения прикладных НИР и ОКР, хранится в виде субмоделей в отдельных каталогах. Фактически эти каталоги представляют собой дополнительные специализированные библиотеки, из элементов которых могут быть скомпонованы значительные фрагменты новых структурных схем.
Основные этапы работы с программой.Формирование и редактирование структурной схемы проекта, ввод параметров звеньев, начальных условий, выбор метода и параметров интегрирования осуществляется как с помощью специальных графических процедур, так и посредством команд. Структурную схему исследуемой задачи рекомендуется предварительно выполнить на черновике примерно в том же виде, в каком она должна быть представлена на экране монитора.
Формирование структурной схемы и параметров ее элементов, выбор метода, параметров интегрирования и т.п. целесообразно проводить в следующей последовательности.
• В окне монитора, предназначенного для формирования схемы моделирования, необходимые элементы размещают примерно так, как они должны быть расположены в структурной схеме.
• Предварительно подобранные элементы схемы можно перекомпоновать, используя процедуры их перемещения, изменения ориентации элементов, изменения их размеров и др.
• Информационные связи между элементами указывают на экране монитора, манипулируя «мышью».
• Параметры элементов (коэффициенты усиления, постоянные времени, начальные условия и т.д.) задают на структурной схеме.
• Для расчета процессов указывают конечное время интегрирования, метод интегрирования и другие параметры.
• Подготовленную схему (проект) необходимо сохранить, запустить задачу на расчет, наблюдая и анализируя результаты протекания процессов.
В качестве примера, демонстрирующего особенности использования программного комплекса, остановимся на задаче моделирования динамики системы автоматического регулирования ядерной паропроизводящей установки (ЯППУ) малой мощности с реактором интегрального типа. В процессе проектирования системы автоматического регулирования исследовались проблемы расчетного обоснования ядерной безопасности ЯППУ в переходных режимах и в проектных аварийных ситуациях (обесточивание, «стоп-вода», «стоп-пар», отключение главного циркуляционного насоса и секций парогенератора и др.). Структурная схема моделируемой системы скомпонована с помощью элементов каталога «Реакторные блоки», а субмодели «Кинетика нейтронов», «Система управления», «Теплофизические параметры АЗ» и т.д., представляющие собой сложные многоуровневые структуры, набраны из каталогов общетехнической библиотеки типовых блоков. Общее число элементов в схеме - более 370, функциональных переменных - около 3000. На этом же рисунке размещены окна визуализации поведения физических параметров системы автоматического регулирования в процессе моделирования.
Дата добавления: 2015-12-08; просмотров: 1519;