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).

../../_images/signals_and_control_systems_1.png

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

../../_images/signals_and_control_systems_2.png
../../_images/signals_and_control_systems_3.png

Рисунок 2. Подключение модели сигнала к другой сигнальной модели

../../_images/signals_and_control_systems_2.png
../../_images/signals_and_control_systems_4.png

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

../../_images/signals_and_control_systems_2.png
../../_images/signals_and_control_systems_5.png

Рисунок 4. Подключение сумматора к сигнальным моделям

Допустимо соединять входы между собой (рисунок 5)

../../_images/signals_and_control_systems_2.png
../../_images/signals_and_control_systems_6.png

Рисунок 5. Допустимое подключение сигналов

ВАЖНО! Нельзя подключать два выхода параллельно, так как расчеты будут неверные (рисунок 6).

../../_images/signals_and_control_systems_7.png
../../_images/signals_and_control_systems_8.png

Рисунок 6. Недопустимое подключение выходов

ВАЖНО! Нельзя оставлять неподключенный вход (рисунок 7)

../../_images/signals_and_control_systems_7.png
../../_images/signals_and_control_systems_9.png

Рисунок 7. Неподключенные входы сигналов

Библиотека Signals состоит из:

  1. Источников:

  • Синусоидальный

 ../../_images/signals_and_control_systems_10.png

  • Кусочно-линейный

 ../../_images/signals_and_control_systems_11.png

  • Трапециевидный

 ../../_images/signals_and_control_systems_12.png

  • Линейный

 ../../_images/signals_and_control_systems_13.png

  • Источник частотно-модулированного сигнала

 ../../_images/signals_and_control_systems_14.png

  1. Датчиков, которые генерируют сигналы:

  • Преобразователь силы в сигнал

 ../../_images/signals_and_control_systems_15.png

  • Преобразователь разности потенциалов в сигнал

 ../../_images/signals_and_control_systems_16.png

  • Преобразователь разности перемещений в сигнал

 ../../_images/signals_and_control_systems_17.png

  • Преобразователь разности ускорений в сигнал

 ../../_images/signals_and_control_systems_18.png

  • Источник частотно-модулированного сигнала

 ../../_images/signals_and_control_systems_14.png

  1. Преобразований:

  • Кусочно-линейное

 ../../_images/signals_and_control_systems_19.png

  • Кусочно-линейное периодическое

 ../../_images/signals_and_control_systems_20.png

  • Насыщения

 ../../_images/signals_and_control_systems_21.png

  • Переменные насыщения

 ../../_images/signals_and_control_systems_22.png

  • Ограничение скорости роста

 ../../_images/signals_and_control_systems_23.png

  • Пересенное ограничение скорости роста

 ../../_images/signals_and_control_systems_24.png

  • Люфт

 ../../_images/signals_and_control_systems_25.png

  • Переменный люфт

 ../../_images/signals_and_control_systems_26.png

  • PID регулятор

 ../../_images/signals_and_control_systems_27.png

  • Переменный PID регулятор

 ../../_images/signals_and_control_systems_28.png

  • Вертикальный люфт

 ../../_images/signals_and_control_systems_29.png

  • Переменный вертикальный люфт

 ../../_images/signals_and_control_systems_30.png

  • Гистерезис

 ../../_images/signals_and_control_systems_31.png

  • Гистерезис с памятью

 ../../_images/signals_and_control_systems_32.png

  • Преобразование 1-го порядка

 ../../_images/signals_and_control_systems_33.png

  • Преобразование 2-го порядка

 ../../_images/signals_and_control_systems_34.png

  • Функция LeadLag

 ../../_images/signals_and_control_systems_35.png

  • Передаточная полиномиальная функция 2-го порядка

 ../../_images/signals_and_control_systems_36.png

Рассмотрим примеры. Открываем проект tests DINAMA\examples\tests.

Модели насыщения

../../_images/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)

../../_images/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)

../../_images/signals_and_control_systems_39.png

Рисунок 10. График модели переменного насыщения VariableSaturation1

Модели ограничения скорости сигнала

../../_images/signals_and_control_systems_40.jpeg

Рисунок 11. Модель ограничения скорости сигнала

Модель RateLimiter1 показывает модель скорости роста синусоиды, заданной источником (рисунок 12)

../../_images/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)

../../_images/signals_and_control_systems_42.png

Рисунок 13. График модели переменного ограничения скорости роста синусоиды RateLimiter1

Модели PID регулятора

../../_images/signals_and_control_systems_43.jpeg

Рисунок 14. Модель PID регулятора

В модели PID1 задаются коэффициенты умножения, дифференцирования и интегрирования (рисунок 15)

../../_images/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)

../../_images/signals_and_control_systems_45.png

Рисунок 16. График модели переменного PID регулятора

Модели передаточных функций

../../_images/signals_and_control_systems_46.jpeg

Рисунок 17. Модели передаточных функций.

../../_images/signals_and_control_systems_47.png

Рисунок 18. График апериодического звена Lag11

../../_images/signals_and_control_systems_48.png

Рисунок 19. График дифференцирующего звена LeadLag1

../../_images/signals_and_control_systems_49.png

Рисунок 20. График колебательного звена Lag21

../../_images/signals_and_control_systems_50.png

Рисунок 21. График сложной передаточной функции TransferPolynom2nd1

Модели вертикального люфта

pradis_tutorials/signals_and_control_systems/media/signals_and_control_systems_51.jpeg

Рисунок 22. Модели вертикального люфта

../../_images/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)

../../_images/signals_and_control_systems_53.png

Рисунок 24. График модели переменного вертикального люфта

Модели гистерезиса

../../_images/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)

../../_images/signals_and_control_systems_55.png

Рисунок 26. График модели гистерезиса Hysteresis1

В модели с памятью MemHysteresis1 запоминается прошлое состояние элемента (рисунок 27, 28):

../../_images/signals_and_control_systems_56.png

Рисунок 27. График модели гистерезиса с памятью MemHysteresis2

../../_images/signals_and_control_systems_57.png

Рисунок 28. График модели гистерезиса с памятью MemHysteresis1

Модели люфта

../../_images/signals_and_control_systems_58.jpeg

Рисунок 29. Модель люфта

../../_images/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)

../../_images/signals_and_control_systems_60.png

Рисунок 31. График модели переменного люфта