Сабо А.Г. Моделювання технологічних процесів - файл n1.doc

Сабо А.Г. Моделювання технологічних процесів
скачать (2866.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2867kb.19.11.2012 14:04скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5
МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ

ТАВРІЙСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ

АГРОТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра АСВ

УДК 631.171:631.3-52.001.63(075)

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

для проведення лабораторних занять




за дисципліною

“Моделювання технологічних процесів”

для студентів спеціальності 8.091.901
факультету Енергетики сільськогосподарського виробництва





Мелітополь, 2008

Методичні вказівки розробив:

доцент каф. АСВ, к.т.н. Сабо А.Г.
Схвалено на засіданні кафедри АСВ

Протокол № 2 від 02 жовтня 2008 р.
Затверджено методичною радою факультету ЕСВ

Протокол № _ від __ ______ 2008 р.

Рецензент:


Заходи з охорони праці під час виконання лабораторних робот
Лабораторні роботи з дисціпліни «Моделювання технологічних процесів» виконуються виключно з використанням персональних комп'ютерів, тому під час їх виконання необхідно додержуватися всіх тих вимог та заходів щодо забезпечення охорони праці, що застосовуються при використанні персональних комп'ютерів. Крім того, необхідно додержуватися наступних правил:

  1. Включення та виключення персональних комп'ютерів, а також завантаження операційної системи здійснюється лише лаборантом або викладачем, що проводить заняття. Студентам категорично ЗАБОРОНЯЄТЬСЯ самостійно здійснювати включення та виключення персональних комп'ютерів.

  2. Для проведення робіт студенти розподіляються на робочі місця (індівідуально або бригадами – в залежності від їх кількості та наявності працюючих комп'ютерів) викладачем.

  3. Під час проведення занять студенти самостійно завантажують програмний пакет MATLAB, а принеобхідності створення звітів – текстовий редактор Word. Дозволяється провадити створення файлів за допомогою цих програм а також використання раніше створенних цими програмами файлів. Завантаження, використання або видалення інших програм та файлів ЗАБОРОНЯЄТЬСЯ. Студентам категорично ЗАБОРОНЯЄТЬСЯ самостійно встановлювати будь-які програмні продукти.

  4. Під час проведення занять студентам категорично ЗАБОРОНЯЄТЬСЯ провадити приєднання або роз'єднання наявного на робочому місці обладнання. В разі виявлення роз'єднань обладнання, наявності потенціалів на корпусах обладнання або інших ситуацій студенти повинні перервати виконання роботи та терміново звернутися до викладача, що проводить заняття, або до лаборанта для проведення ними усунення несправноситей або виключення обладнання.

  5. Для запису створенних під час роботи файлів студентам дозволяється використовувати з'ємні носії інформації – дискети та флеш-карти. При вставленні дискет та флеш-карт необхідно уважно стежити за вірним положенням носія та напрямком його приєднання а також не допускати при цьому від'єднання іншого обладнання або пошкодження дисковода.

  6. Якщо робота на персональному комп'ютері триває більше 45 хвилин без перерви, то студенту необхідно зробити перерву в роботі на 15 хвилин або ж передати своє місце біля комп'ютера іншому студенту з тої ж бригади.

  7. По закінченню роботи студентам необхідно закрити відкриті ними при проведенні роботи файли та програми, видалити з'ємні носії інформації, прибрати свої зошити, записники і т.п. та повідомити викладача або лаборанта про закінчення проведення роботи.

Лабораторна робота № 1

Вивчення основ створення моделей за допомогою ПК з використанням Simulink



Мета роботи: Вивчити основи роботи з побудови математичних моделей за допомогою ПК з використанням Simulink.


Програма роботи





  1. Уважно прочитати нотатки про основи роботи у Simulink. Переглянути презентації, представлені на робочому столі ПК Simulink_1 та Simulink_tutorial-2 необхідну кількість раз. Вивчити основні прийоми роботи, при необхідності виконати необхідні нотатки. Після засвоєння матеріалу перейти до виконання завдань.

  2. Дослідити роботу блоків з бібліотеки Sourses: Chirp Signal, Clock, Pulse Generator, Ramp, Repeating Sequenses, Sine Wave, Step, Signal Generator. При цьому треба змінювати параметри блоків та спостерігати результат за допомогою використання блоку Scope бібліотеки Sinks.

  3. Дослідити роботу блоків з бібліотеки Nonlinear: Coloumb, Dead Zone, Relay, Saturation. При цьому треба змінювати параметри блоків та спостерігати результат за допомогою використання блоків Scope та XY-Grath бібліотеки Sinks та використовувати сигнали блоку Sine Wave з бібліотеки Sourses.

  4. Спробуйте відтворити приклади з тих, що наведені у презентаціях, та створити власні схеми за вибором.


ОСНОВИ РОБОТИ У SIMULINK

1. Загальна характеристика Simulink
Програма Simulink є додатком до пакету MATLAB. При моделюванні з використанням Simulink використано принцип візуального програмування, коли користувач на екрані з бібліотеки стандартних блоків створює модель пристрою та здійснює розрахунки. При цьому йрму, на відміну від класичних способів моделювання, не треба досконало вивчати мову програмування та методи математики, а досить загальних знань, потрібних при роботі на комп'ютері та знань тої предметної галузі, в якій він працює.
Simulink є достатньо самостійним іінструментом MATLAB - при роботі з ним зовсім не треба знати сам MATLAB та інші його додатки. Проте, доступ до функцій MATLAB та його інструментам є відкритим , їх можна використовувати в Simulink. Частина згаданих додатків та пакетів мають інструменти, що вбудовані в Simulink (наприклад, LTI-Viewer додатку Control System Toolbox - пакета для розробки систем управління). Також є додаткові бібліотеки блоків для різних галузей використання (наприклад, Power System Blockset - моделювання електротехнічних пристроїв, Digital Signal Processing Blockset - набір блоків для рлзробки цифрових пристроїв і т.п).

Працюючи з Simulink користувач може модернізувати бібліотечні блоки, створювати свої власні блоки і навіть складати нові бібліотеки блоків.
2. Запуск Simulink
Для запуску програми необхідно спочатку запустити пакет MATLAB. Основне вікно пакета MATLAB показано на рис. 2.1. Там же показано підказку, що з'являється у вікні при наведенні миші на ярлик Simulink на панелі інструментів.

Рис 2.1. Основне вікно програми MATLAB
Після відкриття основного вікна програми MATLAB треба запустити програму Simulink одним зі способів:

 Натиснути кнопку (Simulink) на панелі інструментів командного вікна MATLAB.

 В командній строці головного вікна MATLAB надрукувати Simulink та натиснути Enter на клавиатурі.

 Виконати команду Open в меню File та відкрити файл моделі (mdl - файл) – цей спосіб використовують, якщо вже є якась модель.

Використання першого та другого способів веде до відкриття вікна оглядача розділів бібліотеки Simulink (рис. 2.2).

Рис 2.2. Вікно оглядача розділів бібліотеки Simulink
3. Оглядач розділів бібліотеки Simulink
Вікно оглядача бібліотеки блоків містить такі елементи (Рис. 2.2):
1. Заголовок, з назвою вікна Simulink Library Browser.

2. Меню, з командами File, Edit, View, Help.

3. Панель інструментів.

4. Вікно коментаря.

5. Список розділів бібліотеки, реалізований у вигляді дерева.

6. Вікно змісту розділу бібліотеки.

7. Строка стану, що містить підказку з виконаної дії.
Бібліотека Simulink включає такі основні розділи:
1. Continuous - лінійні блоки.

2. Discrete - дискретні блоки.

3. Functions & Tables - функції та таблиці.

4. Math - блоки математичних операцій.

5. Nonlinear - нелинейні блоки.

6. Signals & Systems – сигнали та системи.

7. Sinks - реєстручі пристрої.

8. Sources - джерела сигналів та впливів.

9. Subsystems - блоки підсистем.
При виборі певного розділа бібліотеки в правій части вікна відображаєтся його зміст (рис. 3.1).

Рис 3.1. Вікно оглядача з набором блоків розділа бібліотеки.
Меню оглядача бібліотек має такі пункти:
File (Файл) - Робота з файлами бібліотек.

Edit (Редагування) Додавання блоків та іх пошук (за назвою).

View (Вигляд) – Керування показом елементів інтерфейса.

Help (Довідка) – Вікно довідки оглядача бібліотек.
Для роботи з оглядачем можно також використовувати кнопки на панелі інструментів (Рис.3.2).

Рис 3.2. Панель інструментів оглядача розділів бібліотек
Кнопки панелі інструментов мають таке призачення:

1. Створити нову S-модель (відкрити нове вікно моделі).

2. Відкрити одну з існуючих S-моделей.

3. Змінити властивості вікна оглядача. Ця кнопка дозволяє встановити режим відображення вікна оглядача «зверху всіх вікон».

4. Пошук блока за назвою (за першими символами назви)..
4. Створення моделі
Для створення моделі в SIMULINK необхідно виконати такі дії.
4.1. Створити новий файл моделі за допомогою команди File/New/Model, або натиснувши кнопку на панелі інструментів. Створене вікно моделі показано на рис. 4.1.


Рис 4.1. Порожнє вікно моделі.
4.2. Розташувати блоки у вікні моделі. Для цього треба відкрити відповідний розділ бібліотеки (Наприклад, Sources - Джерела). Далі, вказавши курсором на потрібний блок, натиснути на ліву клавішу «миші» і утримувати її - перетягнути блок в вікно. На рис 4.2 показано вікно моделі з блоками.


Рис 4.2. Вікно моделі з блоками.

Для видалення блоку треба вибрати блок (вказати курсором на його зображенні, натиснути ліву клавішу «миші»), а потім натиснути клавішу Delete на клавіатурі.
Для зміни розмірів блока треба обрати блок, встановити курсор в його кут, натиснути ліву клавішу «миші», змінити розмір блока (курсор перетворюється в двосторонню стрілку).
4.3. Якщо треба змінити параметри блоку, то треба двічі клацнути левою клавішею «миші», вказавши курсором на зображенні блоку. Відкриється вікно редагування параметрів даного блока. После внесення змін треба закрити вікно кнопкою OK. На рис.4.3 як приклад показано блок, моделюючий передатну функцію, та вікно редагування параметрів даного блока.

Рис 4.3. Блок, що моделює передатну функцію та вікно редагування параметрів блоку

4.4. Після установки на схемі блоків з бібліотек треба виконати приєднання елементів схеми. Для поєднання блоків треба вказать курсором на вихід блока, а далі, натиснути та утримуючи ліву клавішу «миші», провести лінію до входу іншого блока, після чого відпустити клавішу. Для створення точки розгалуження на лінії поєднання треба підвести курсор до майбутнього узла, натиснути праву клавішу «миші» та протянути лінію. Для видалення лінії треба обрати лінію (як і для блока), а далі натиснути клавішу Delete на клавіатурі. Схема моделі, де зроблені поєднання між блоками, показана на рис. 4.4.


Рис 4.4. Схема моделі
4.5. Після цього схему можна зберегти у вигляді файла на диск, обравши пункт меню File/Save As... в вікні схеми та вказавши папку та назву файла (не більше 32 символів, повинно починаться з літери, кириличні та спеціальні символи не використовувати).
5. Вікно моделі
Вікно моделі містить такі елементи (див. рис. 4.4):
1. Заголовок, з назвою вікна. Новому вікну дається назва Untitled з відповідним номером.

2. Меню з командами File, Edit, View і т.п.

3. Панель інструментів.

4. Вікно для створення схеми моделі.

5. Строка стану моделі.
Меню вікна містить команди для редагування моделі, її настройки та управління процесом розрахунку, роботи з файлами та т.п.:

File (Файл) - Работа з файлами моделей.

Edit (Редагуванне) - Зміна моделі та пошук блоків.

View (Вид) - Управління показом элементов интерфейса.

Simulation (моделювання) – Настроювання процесу моделювання та управління процесом розрахунку.

Format (Форматування) - Зміна виду блоків та моделі в цілому.

Tools (Інструментальні средства) – Засоби роботи з моделью.

Help (Довідка) – Вікно довідки.
Для роботи з моделью можна також використовувати кнопки на панелі інструментів (рис.5.1).

Рис 5.1. Панель інструментів вікна моделі
Кнопки панелі інструментів мають таке призначення:

1. New Model - Відкрити нове (порожнє) вікно моделі.

2. Open Model - Відкрити вже існуючий mdl-файл.

3. Save Model - Зберегти mdl-файл на диск.

4. Print Model - Вивод на друк блок-діаграми моделі.

5. Cut - Вирізати виділену частину моделі в буфер проміжного зберігання.

6. Copy – Зберегти виділену частину моделі в буфер проміжного зберігання.

7. Paste - Вставити в вікно моделі наявне в буфері.

8. Undo – Скасувати попередню операцію редагування.

9. Redo – Поновити попередню операцію редагування.

10. Library Browser - Відкрити вікно оглядача бібліотек.

11. Toggle Model Browser - Відкрити вікно оглядача моделі.

12. Go to parent system - Перехід з підсистеми в систему вищого рівня.

13. Debug - Запуск наладки моделі.

14. Start/Pause/Continue Simulation - Запуск моделі на виконання – пауза – продовження.

15. Stop - Закінчити моделювання

16. Normal/Accelerator - Звичайний/прискоренний режим розрахунку.
6. Основні засоби подготовки та редагування моделі
6.1. Поєднання блоків
Для поєднання блоків треба встановити курсор миші на вихідний порт одного з блоків. Курсор перетворюється в великий хрест з тонких ліній (рис. 6.1). Утримуючи натиснутою ліву кнопку миши, треба перемістити курсор до вхідного порту іншого блока. Курсор миші буде мати вигляд хреста з тонких подвоєних ліній (рис. 6.2). Після створення лінії треба відпустити ліву клавішу миші. Про створення приєднання свідчить жирна стрілка на вході блоку.

Виділення лінії робиться як і для блока одинарним клацанням лівої клавіши миші. Чорні маркери у вузлах лінії свідчать, що лінія виділена.

Рис 6.1. Початок поєднання.

Рис 6.2. Завершення поєднання.
Створення петлі лінії поєднання виконують як і переміщення блока. Лінія поєднання виділяєтся, потім потрібна її частина переміщується. Рис. 6.3 пояснює цей процес.



Рис 6.3. Створення петлі на лінії.
Видалення поєднань ведуть як і для блоків.
6.2. Зміна розміру блоків
Для зміни розміру блока його виділяють, потім встановлюють курсор миші на маркер в будь-якому куті блока. Після перетворення курсора в двосторонню стрілку, треба натиснути ліву клавішу миші та розтягнути (або ж стиснути) зображення блоку. На рис. 6.4 показано цей процес.



Рис. 6.4. Зміна розміру блока
6.10. Форматування об'єктів
В меню Format є набор команд форматування блоків. Команди форматування розділяются на кілька груп:
1. Зміна представлення написів:

Font - Форматування шрифта написів та текстових блоків.

Text alignment - Вирівнювання текста в текстових написах.

Flip name - Переміщення підпису блока.

Show/Hide name – Показати-приховати підписи блоку.

2.Зміна кольорів відображення блоків:

Foreground color - Вибор кольору ліній для виділених блоків.

Background color - Вибор кольору фона виділених блоків.

Screen color - Вибор кольору фона для всього вікна моделі.

3. Зміна положения блока та його вигляда:

Flip block - Зеркальне відбиття відносно вертикальної вісі симетрії.

Rotate block - Поворот блока на 900 за стрілкою годинника.

Show drop shadow – Показати тінь від блока.

Show port labels – Показати мітки портів.
7. Закінчення роботи
Для закінчення роботи треба зберегти модель в файл, закрити вікно моделі, вікно оглядача бібліотек, а також основне вікно пакету MATLAB.
8. Збереження моделі для подальшого використання та збереження зображення моделі для його використанні у текстових файлах.
Для збереження моделі для подальшого використання використовують команди з меню File Save (також можна натиснути на зображення дискетки на панелі інструментів) або ж Save as… , де треба буде вказати папку для збереження файлу. Оскільки студенти будуть використовувати для збереження необхідних їм файлів дискети або флеш-карти, то вони повинні відповідним чином вказати шлях для збереження цих файлів. Для повторного відкриття файлів треба вказати шлях до них при відкритті в меню File. Якщо вже створений файл треба буде редагувати, то доцільно попередньо його переписати (наприклад, на робочій стіл) і відповідно вказати шлях до нього при відкритті, а потім не забути переписати його на дискету та видалити з робочого столу.
Якщо необхідно вбудувати зображення моделі у текстовий документ (Наприклад, документ Word), що наприклад, необхідно буде при представленні звіту з роботи, треба виконати наступні дії: в меню Edit вибрати команду Copy model to clipboard, а потім в документі, в який треба вбудувати модель, треба натиснути Ctrl+V або ж використати команду Paste в меню Edit.
9. Збереження даних моделі у вигляді графіків для їх використанні у текстових файлах.
Для збереження даних моделі для їх вбудовування в текстові файли (наприклад, для наступного представлення у звіті) можна використовувати опцію PrintScreen з наступним використанням команди Paste в меню Edit, що вставляє зображення, наявне на екрані. Але оскільки в Simulink зображення в блоці Scope завжди будується на чорному фоні, то воно буде пагано розрізнятися при роздруковуванні. Крім того, такий спосіб не дає змоги редагувати зображення.

Для того, щоб побудувати залежність на світлому фоні можна, звичайно, використати блок ХУ-Graph з бібліотеки Sinks, але більш прийнятним є оволодіння основами побудови графічних залежностей в самому середовищі MATLAB. Тому доцільно виконати такі дії.

Перш за все треба зберегти дані з моделі у вікно MATLAB, для чого треба використовувати блок ToWorkspace з бібліотеки Sinks з використанням певного імені змінних. В блоці ToWorkspace треба встановити формат даних Array. При цьому слід мати на увазі, що значення часу зберігаються в робочому вікні автоматично під ім'ям tout і його можна використовувати при побудові графіків.

Тепер розглянемо, як можна будувати і редагувати графіки.

Найпростіший спосіб побудувати залежність змінної у від х - це набрати в робочому вікні MATLAB

»plot(х,у)

З використанням цієї команди в спеціальному вікні буде побудовано графік, однак без сітки та підписів вісі. Якщо набрати наступну послідовність команд

»plot(х,у);

»hold on;

» plot(х,z)
то в вікні буде побудовано відразу дві залежності від х. Але для такого випадку краще скористатися командою

»plot(х,у,х,z)
оскільки при цьому побудова залежностей йде різними колорами.

Якщо необхідно побудувати кілька графіків у одному вікні, то можна зробити наступним чином:

»subplot(1,2,1);plot(х,у);

» subplot(1,2,2);plot(х,z)

де в команді subplot перша цифра позначає кількість рядів підвікон, друга - кількість строчок підвікон, а третя – номер вікна (номери вікон йдуть рядами зліва направо і продовжуються за порядком при переході до нової строки).

Якщо набрати команди

»plot(х,z); grid

То графік буде побудований з сіткою, а введення таких команд як

»xlabel(‘х’); ylabel(‘coord y’)

дозволяє добавити до вісі х напис «х», а до осі у – напис «coord y».

Також можна задавати різні кольори та типи лінії графіків за допомогою команди формату

»plot(х,у,' z '),

де z – це спеціальний маркер або маркери, що визначають тип та кольор лінії графіку та типу точки на лінії.

Наприклад, команда

»plot(х,у,'r--o')

дозволить побудувати штрихову червону лінію з точками у вигляді кружків.
Додаткові засоби редагування графіків надають панель інструментів та панель меню графічного редактора.

Для збереження графічних залежностей та для використання їх в файлах іншого формату для звітів, статей і т.п. треба скористатися командами Save as або ж Export з меню Fіle, при цьому краще за все зберігати графік у форматах jpg або bmp. Не забувайте вірно вказати папку (файл) для збереження графіку!
Зміст звіту з лабораторної роботи №1, що надається викладачеві для перевірки.
Оскільки перша лабораторна робота має за мету ознайомити студентів з основами роботи та базовими прийомами з побудови моделей у Simulink , то представлення звіту з роботи не передбачається. Студенти самостійно вирішують, що їм потрібно занотувати виходячи з власного рівня обізнаності з прийомами роботи на ПК та у Simulink.
Лабораторна робота № 2

Рішення алгебраїчних та диференційних рівнянь за допомогою ПК з використанням Simulink



Мета роботи: Навчитися знаходити рішення систем лінійних алгебраїчних рівнянь та диференційних рівнянь за допомогою ПК з використанням Simulink.


  1   2   3   4   5


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации