Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Теория управления» с применением программных продуктов VisSim, Mathcad, Excel

Министерство образования Российской Федерации

КРАСНОЯРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И ЗОЛОТА

Методические указания

к лабораторным работам по дисциплине

«Теория управления»

с применением программных продуктов 

VisSim, Mathcad, Excel

Красноярск 2002

ВВЕДЕНИЕ

Все многообразие науки и техники заключается  в построении в той  или иной форме моделей, отражающих поведение изучаемых сторон реального мира, и практическое использование свойств этих моделей.

Чаще под моделированием реальных явлений понимают реализацию с помощью компьютеров законов, описывающих объект исследования, обычно выраженных математическим языком, и экспериментирование с полученной программной моделью.

Процесс  построения  моделей  весьма  сложен  и  многопланов. Построение моделей начинается с собирания фактов некоторой области реальной действительности, затем проводится их обобщение, построение схемы – модели, включающей в себя эти факты, объясняющей  их.

Модель проверяется на соответствие реальному явлению и, если такое соответствие установлено, полученная модель может быть использована для выявления новых сторон изучаемого объекта, явления.

Наиболее часто используются математические модели – представленные в форме дифференциальных или иных уравнений.

Решающее влияние на практическое применение методов моделирования оказывает наличие мощной и доступной вычислительной техники, без которой реализация большинства моделей, интересующих исследователей явлений, невозможна либо малоэффективна.

Для построения модели изучаемого явления используются физические или иные законы, описывающие интересующие стороны явления.

Как правило, это различные законы сохранения энергии, вещества и т.д. Наиболее часто эти законы записываются в форме дифференциальных уравнений, связывающих величины, характеризующие состояние явления и скорости их изменения. Поэтому одна из проблем, возникающих при реализации программно-математической модели – подбор методов решения дифференциальных уравнений, описывающих систему.

     Обычно эти уравнения содержат некоторые неизвестные или известные приближенно параметры, константы объекта, которые можно получить лишь на основе измерений реальных процессов, прямо или косвенно. Подбирая параметры модели объекта из условия наилучшего соответствия (минимальной меры отклонения) модельных и реальных процессов, можно получить наилучшую, в некотором смысле модель.

1.  Теоретические сведения о VisSim. Моделирование процессов в VisSim

С помощью системы VisSim можно промоделировать практически любую динамическую систему, описываемую обыкновенными дифференциальными уравнениями до 255 порядка. Система содержит большое количество стандартных блоков нелинейностей, позволяет задавать неявно определенные функции (значение функции выражается через само себя).

Имеется возможность вводить в систему сигналы и функции, заданные таблично, и даже сигналы, управляемые мышью. Система содержит достаточный набор алгоритмов интегрирования.

Самое большое достоинство VisSim заключается в ее простом и удобном интерфейсе с пользователем, позволяющем очень быстро реализовать самые разнообразные модели, легко управлять режимами моделирования.

В результате запуска VisSim появляется новое окно, оно состоит из следующих частей (рис. 1):

1. Титульная строка, содержащая название открытой диаграммы (блок-схемы). Название диаграммы по умолчанию – Diagram 1.

2. Панель инструментов с пиктограммами, наиболее часто используемых команд.

3. Дерево диаграмм.

4. Строка статуса.

5. Строка меню, состоящая из шести основных меню: File (Файл), Edit (Правка), Simulate (Моделирование), Blocks (Блоки), Analyze (Анализ) View (Вид) и Help (Помощь). Щелчок на имени меню показывает список команд или блоков.

6. Поле диаграммы.

В строке состояния (статуса) показана информация о моделируемой диаграмме, а именно: диапазон моделирования, алгоритм интегрирования, размер шага, неявный решатель. По окончанию моделирования будет показано время моделирования.

Дерево диаграмм – это схема составных блоков диаграммы. Вершина дерева диаграмм представляет собой самый верхний уровень диаграммы. Ниже расположены названия блоков, скрытых в диаграмме. Сложная диаграмма может иметь много уровней – составных блоков. Для просмотра дерева диаграмм нужно нажимать на значок плюса рядом с названием уровня диаграммы.

1.1. Команды меню VisSim

Основное меню состоит из следующих пунктов (рис. 1):

Ø  File – управление файловой системой;

Ø  Edit – редактирование блок-схемы модели процесса;

Ø  Simulate – запуск процесса моделирования и управление параметрами модели;

Ø  Blocks – выбор типовых блоков систем;

Ø  Analyze – анализ систем и их частей;

Ø  View – представление.

Ø  Help – помощь.

В строке File меню содержатся операции:

Ø New – начать создание новой блок-схемы;

Ø Open – открыть (загрузить) ранее созданную и сохраненную блок-схему;