Методические указания по работе с сигналами и системами управления ==================================================================== Программный комплекс для автоматизации моделирования нестационарных процессов в механических системах и системах иной физической природы Для работы с сигналами и системами управления в ПК Pradis добавлена библиотека Signals, которая работает совместно с библиотекой математики. Сигнал является узлом с одной степенью свободы типа скорость. Поэтому, когда нужно посмотреть сигнал, ставится индикатор V (рисунок 1). .. figure:: media/signals_and_control_systems_1.png :scale: 70% Рисунок 1. Синусоидальный сигнал с индикатором Для моделей с сигналами обязательно должен быть подключен вход: либо к другой сигнальной модели (рисунок 2), либо на землю (рисунок 3). Выход подключать необязательно .. figure:: media/signals_and_control_systems_2.png :scale: 70% .. figure:: media/signals_and_control_systems_3.png :scale: 70% Рисунок 2. Подключение модели сигнала к другой сигнальной модели .. figure:: media/signals_and_control_systems_2.png :scale: 70% .. figure:: media/signals_and_control_systems_4.png :scale: 70% Рисунок 3. Подключение сигнальной модели на землю Если нужно что-либо сделать с сигналами, то из библиотеки Mathematics нужно выбрать необходимое действие и подключить так, как указано на рисунке 4 .. figure:: media/signals_and_control_systems_2.png :scale: 70% .. figure:: media/signals_and_control_systems_5.png :scale: 70% Рисунок 4. Подключение сумматора к сигнальным моделям Допустимо соединять входы между собой (рисунок 5) .. figure:: media/signals_and_control_systems_2.png :scale: 70% .. figure:: media/signals_and_control_systems_6.png :scale: 70% Рисунок 5. Допустимое подключение сигналов ВАЖНО! Нельзя подключать два выхода параллельно, так как расчеты будут неверные (рисунок 6). .. figure:: media/signals_and_control_systems_7.png :scale: 70% .. image:: media/signals_and_control_systems_8.png :scale: 70% Рисунок 6. Недопустимое подключение выходов ВАЖНО! Нельзя оставлять неподключенный вход (рисунок 7) .. figure:: media/signals_and_control_systems_7.png :scale: 70% .. figure:: media/signals_and_control_systems_9.png :scale: 70% Рисунок 7. Неподключенные входы сигналов Библиотека Signals состоит из: 1. Источников: +------------------------------------------+---------------------------------------------------------+ | - Синусоидальный | .. image:: media/signals_and_control_systems_10.png | +------------------------------------------+---------------------------------------------------------+ | - Кусочно-линейный | .. image:: media/signals_and_control_systems_11.png | +------------------------------------------+---------------------------------------------------------+ | - Трапециевидный | .. image:: media/signals_and_control_systems_12.png | +------------------------------------------+---------------------------------------------------------+ | - Линейный | .. image:: media/signals_and_control_systems_13.png | +------------------------------------------+---------------------------------------------------------+ | - Источник частотно-модулированного | .. image:: media/signals_and_control_systems_14.png | | сигнала | | +------------------------------------------+---------------------------------------------------------+ 2. Датчиков, которые генерируют сигналы: +-------------------------------------------+-----------------------------------------------------+ | - Преобразователь силы в сигнал | .. image:: media/signals_and_control_systems_15.png | +-------------------------------------------+-----------------------------------------------------+ | - Преобразователь разности потенциалов в | .. image:: media/signals_and_control_systems_16.png | | сигнал | | +-------------------------------------------+-----------------------------------------------------+ | - Преобразователь разности перемещений в | .. image:: media/signals_and_control_systems_17.png | | сигнал | | +-------------------------------------------+-----------------------------------------------------+ | - Преобразователь разности ускорений в | .. image:: media/signals_and_control_systems_18.png | | сигнал | | +-------------------------------------------+-----------------------------------------------------+ | - Источник частотно-модулированного | .. image:: media/signals_and_control_systems_14.png | | сигнала | | +-------------------------------------------+-----------------------------------------------------+ 3. Преобразований: +-----------------------------------------+------------------------------------------------------+ | - Кусочно-линейное | .. image:: media/signals_and_control_systems_19.png | +-----------------------------------------+------------------------------------------------------+ | - Кусочно-линейное периодическое | .. image:: media/signals_and_control_systems_20.png | +-----------------------------------------+------------------------------------------------------+ | - Насыщения | .. image:: media/signals_and_control_systems_21.png | +-----------------------------------------+------------------------------------------------------+ | - Переменные насыщения | .. image:: media/signals_and_control_systems_22.png | +-----------------------------------------+------------------------------------------------------+ | - Ограничение скорости роста | .. image:: media/signals_and_control_systems_23.png | +-----------------------------------------+------------------------------------------------------+ | - Пересенное ограничение скорости | .. image:: media/signals_and_control_systems_24.png | | роста | | +-----------------------------------------+------------------------------------------------------+ | - Люфт | .. image:: media/signals_and_control_systems_25.png | +-----------------------------------------+------------------------------------------------------+ | - Переменный люфт | .. image:: media/signals_and_control_systems_26.png | +-----------------------------------------+------------------------------------------------------+ | - PID регулятор | .. image:: media/signals_and_control_systems_27.png | +-----------------------------------------+------------------------------------------------------+ | - Переменный PID регулятор | .. image:: media/signals_and_control_systems_28.png | +-----------------------------------------+------------------------------------------------------+ | - Вертикальный люфт | .. image:: media/signals_and_control_systems_29.png | +-----------------------------------------+------------------------------------------------------+ | - Переменный вертикальный люфт | .. image:: media/signals_and_control_systems_30.png | +-----------------------------------------+------------------------------------------------------+ | - Гистерезис | .. image:: media/signals_and_control_systems_31.png | +-----------------------------------------+------------------------------------------------------+ | - Гистерезис с памятью | .. image:: media/signals_and_control_systems_32.png | +-----------------------------------------+------------------------------------------------------+ | - Преобразование 1-го порядка | .. image:: media/signals_and_control_systems_33.png | +-----------------------------------------+------------------------------------------------------+ | - Преобразование 2-го порядка | .. image:: media/signals_and_control_systems_34.png | +-----------------------------------------+------------------------------------------------------+ | - Функция LeadLag | .. image:: media/signals_and_control_systems_35.png | +-----------------------------------------+------------------------------------------------------+ | - Передаточная полиномиальная функция | .. image:: media/signals_and_control_systems_36.png | | 2-го порядка | | +-----------------------------------------+------------------------------------------------------+ Рассмотрим примеры. Открываем проект tests DINAMA\\examples\\tests. Модели насыщения ------------------ .. image:: media/signals_and_control_systems_37.jpeg Рисунок 8. Модели насыщения Синусоидальный источник SinusSource1 выдает синусоиду, модель насыщения Saturation1 по заданным в ней параметрам (1 и -1) срезает синусоиду (рисунок 9) .. image:: media/signals_and_control_systems_38.png Рисунок 9. График модели насыщения Saturation1 Модель переменного насыщения VariableSaturation1 управляется параметрами VH и VL, которые указывают верхнюю и нижнюю границы, по которым нужно срезать синусоиду (рисунок 10) .. image:: media/signals_and_control_systems_39.png Рисунок 10. График модели переменного насыщения VariableSaturation1 Модели ограничения скорости сигнала ------------------------------------- .. image:: media/signals_and_control_systems_40.jpeg Рисунок 11. Модель ограничения скорости сигнала Модель RateLimiter1 показывает модель скорости роста синусоиды, заданной источником (рисунок 12) .. image:: media/signals_and_control_systems_41.png Рисунок 12. График модели скорости роста синусоиды RateLimiter1 Модель VariableRateLimiter1 ограничивает скорость роста синусоиды исходя из значений, заданных параметрами VH и VL, которые указывают верхнюю и нижнюю границы (рисунок 13) .. image:: media/signals_and_control_systems_42.png Рисунок 13. График модели переменного ограничения скорости роста синусоиды RateLimiter1 Модели PID регулятора ------------------------- .. image:: media/signals_and_control_systems_43.jpeg Рисунок 14. Модель PID регулятора В модели PID1 задаются коэффициенты умножения, дифференцирования и интегрирования (рисунок 15) .. image:: media/signals_and_control_systems_44.png Рисунок 15. График модели PID регулятора Для переменного PID регулятора значения коэффициентов умножения, дифференцирования и интегрирования задаются через входы Vp, Vd и Vi (рисунок 16) .. image:: media/signals_and_control_systems_45.png Рисунок 16. График модели переменного PID регулятора Модели передаточных функций ---------------------------- .. image:: media/signals_and_control_systems_46.jpeg Рисунок 17. Модели передаточных функций. .. image:: media/signals_and_control_systems_47.png Рисунок 18. График апериодического звена Lag11 .. image:: media/signals_and_control_systems_48.png Рисунок 19. График дифференцирующего звена LeadLag1 .. image:: media/signals_and_control_systems_49.png Рисунок 20. График колебательного звена Lag21 .. image:: media/signals_and_control_systems_50.png Рисунок 21. График сложной передаточной функции TransferPolynom2nd1 Модели вертикального люфта --------------------------- .. image:: media/signals_and_control_systems_51.jpeg Рисунок 22. Модели вертикального люфта .. image:: media/signals_and_control_systems_52.png Рисунок 23. График модели вертикального люфта InvDeadBand1 Для модели переменного вертикально люфта заданы параметры VH и VL, которые указывают верхнюю и нижнюю границы (рисунок 24) .. image:: media/signals_and_control_systems_53.png Рисунок 24. График модели переменного вертикального люфта Модели гистерезиса ----------------------- .. image:: media/signals_and_control_systems_54.jpeg Рисунок 25. Модель гистерезиса Модель Hysteresis1 преобразует сигнал таким образом, что когда сигнал растет, то он идет по нижнему графику, а когда падает – по верхнему (рисунок 26) .. image:: media/signals_and_control_systems_55.png Рисунок 26. График модели гистерезиса Hysteresis1 В модели с памятью MemHysteresis1 запоминается прошлое состояние элемента (рисунок 27, 28): .. image:: media/signals_and_control_systems_56.png Рисунок 27. График модели гистерезиса с памятью MemHysteresis2 .. image:: media/signals_and_control_systems_57.png Рисунок 28. График модели гистерезиса с памятью MemHysteresis1 Модели люфта ------------------ .. image:: media/signals_and_control_systems_58.jpeg Рисунок 29. Модель люфта .. image:: media/signals_and_control_systems_59.png Рисунок 30. График модели люфта DeadBand1 Для модели переменного люфта заданы параметры VH и VL, которые указывают верхнюю и нижнюю границы (рисунок 31) .. image:: media/signals_and_control_systems_60.png Рисунок 31. График модели переменного люфта