Разработка и применение пакета расширения Spektr_SM СВМ VisSim

в кнкрлльнок лтвнтство по оврлвовллппо московский лвилционный институт (государственный технический университет) В.В, РЫВИН Учебное пособие Утверждено на, заседании редсовета аа августа 2ООУ г, Рыбин В.В, Разработка и применение пакета расширения Яре)ссг ЯМ СБМ У)аЯВп; Учебпоо пособие. — М.: Изд-во МЛИ-ПРИНТ, 2008. —— 72 с.: ил. Рассмотрена техкология разработки пакета расширения Ярсйсг ЯМ системы визуаньнеао МоДЕЛИрования У1ЗЯ1Ш, КОтОрый позволяет проводить анализ а опсктральиой области линейных нестационарны х непрерывных. дншсретных и иепре)панно-дискретных систем унравлепйл„' наййдльйихпд;шщ воедейстаием детермнииРовапных и слУ)айимн аигйалгра:Дентен жеРактеРистика и описание пакета. Приводится ЩЖМВРы,,йатоиатйанроааиното ввода постановок задач длй'аналнаа систйм' уй1)ейлейии и их расчета с использованием пакета Вре)ссг, ВМ, пособие моисет быть полйанб ирн изучении технологий разработки зетом 1тизиРоааннмх енотам провкгироааиия систем управления н арак"гичеекото нх применении прн проведении компью торных занятий и вмппаиацни курейвыж и дипломных работ по днсниплиаам, которые иаучанху сйатемы управления и их автоматнзирщтаиное проектйтроваине Преднааиачене для с"«удзнтов снацкальности "прикладная математике'", Оно такгае мокнет быть полезно студентам и аспирантам других специальностей„иоучамгйих современные методы теории управления.и ааиимагорйннсн йокросамн проектирования систем управления Реие~~згнгньп ВаФедра "Ввтоматиащнй биогехиических систем МГУ прикладной бнотехнолегиЩалн,.

зсдфщюй д.р техн. наук, проф. В.и. Иолов); Ванд, фиа. мат,йод дойент В,В. чадов Ю Московский авиационный институт 0'бсударстзенаый технический 'университет), 2008 ПРКДИСЛОВИК Под расчетом систем управлении обычно поинмаетсн исследование динамических свойств, формирование, проекткрование математической модели системы с жевательными динамическими свойствами. Скстему, обеспечивающую автоматизацию такого расчета, называют системой математического визуального моделировании (СВМ) систем управления. В настоящее времл для анализа в спектральной области линейных нестационарпых непрерывных, дискретных и непрерывно-дискретных систем управления, паходищцхсн под воздействием детерминированных и случайньзх сигналов 11 — б, 71, разработаны пакеты прикладных программ спектрального метода Яре)г(г ЯМ для СКМ МатЬса~1, Мар1е, Ма(Ьета$1са, Ма$1аЬ, (6, 8, 10).

На базе пакета прикладных программ спектрального метода ЯреЫг ЯМ+ МаВаЬ 16,8,10) разработан пакет расширения Яре)ссг ЯМ системы Я)шц! 81х+Ма()аЬ 111, 121, который позволнет рассчитывать блочно заданные линейные нестационарные непрерывные, дискретные и непрерывно-дискретные системы управления спектральным методом. 11акет расширения Яре)стг ЯМ+Я(шц11п)с+Ма11аЬ валяется проблемно-алгоритмической компонентой компьютерного курса "Спектральная форма математического описании линейных вестацкопарцых систем управления*' (6, 8) и используется при проведении лабораторных и курсовых работ по курсам "Теории управления", "Основы построения кибернетических систем", "Компьютерные методы в задачах теории управлении" и др. В настолщее время все больший интерес вызывает у специалистов в области математического моделирования и разработчиков систем компьютерной математики (СКМ) небольшая по объему универсальнал система блочного визуального математического моделирования Ч1з81т, которая создана корпорацией Ъ')зца1 Яо1пра!и 1пс4США) (14, 151.

Эта система нашла широкое распространение в системе образования 1'оссии. Для изучении теории систем автоматического регулирования и управления иа базе системы У1зЯЬн создав учебно-методический комплекс 117~. Система Ъ'гаИш позволяет создавать нестандартные блоки и пакеты расширения с использованием технологии создания внешних "011-моделей*' 1161.

По этой технологии пользователь можег, используя известный ему язык программировании С, С++, Раэса1 (Пе1р1н), Ваэ1с, гог1гап„создавать собственные процедуры и функции. Существенно упростить процесс создания блока пользователя по этой технологии позволяет мастер 611%'1хагб, который ветраивается в программу МЯ Уипа1 С++ 6 (181.

Система У1эИш вызвала интерес у разработчиков СКМ Ма1Ь- сад корпорации Ма1ЬЯотФ, которая обеспечила стыковку С16М МаФЬсад с программой Ч1эИш. Система Ч1аЯ!ш+Ма1Ьсай позволяет создавать нестандартные блоки и пакеты расширения с использованием механизма создания специализированных блоков - объектов Ма1Ьсад ОЬ3ес$. По этой технологии пользователь может внедрять собственные процедуры и функции, написанные на языке системы Ма1Ьсас1, в моделирующую программу У1эЯ1ш 1Щ.

В данном пособии рассмотрена технология разработки пакета расширения ЯреЬ1г ЯМ+МабЬсад+с111 СВМ Ъ'1эЯ1ш, который позволяет проводить анализ в спектральной области линейных нестационарных непрерывных, дискретных и непрерывно-дискретных систем управления, находящихся под воздействием детерминированных и случайных сигнадов, Дается характеристика н описание пакета. Приводятся примеры ввода блочных моделей систем управления и их расчета с использованием пакета Ярей1г ЯМ. 1. РАЗРАБОТКА ПАКБТА РАС)ПИРКНИЯ Бре)г(г 8М 1.1.

Краткан характеристика снетемьт ' математического визуального моделирования У(нЯип Система У)е81ш (19) это универсальная система, которая продпазиачона для математического модолирования различных физических, химических, зкономических и прочих явлений и систем (будем ориентироваться на русифицированную версию т(а8)в 6.0), Она широко применяется для решении задач в области'автоматйческого регулирования и управления, модели которых составлщот из отдельных блоков (компонентов), т.е. элементарных или типовых звеньев, В розультате такой сборки образуется модель исследуемой системы, Формирование моделей средствами 71з8)т основано па использовании технологии Пгад*апс(.0гор (Перетащи и оставь).

Элементарпыс или типовьш звенья, из когорых строятся модели, хранятся в библиотеке Ч)з81щ, После переноса в окно формируемой модели оии пасграиваются по заданным параметрам. 7)а81ш обеспечивает создание моделей с включенными в них подмоделями (субблоками). Для формирования таких маскированных подснстом (субблоков) служит команда Создать составной блок... в разделе меню Правка, а по команде Распаковать составной блок... можно удалить маскировку. Библиотека блоков У1в81т представляет собой набор визуальных объектов, при помощи которых можно, соединяя блоки, перенесенные в окно модели, линиями функциональной свюш, составлять блок-схему любой системы.

Библиотека блоков Ч1з8(ш, предсгавлеиная в разделе меню Блоки и инструмеитальнымп панелями, которые содержат кнопки (пиктограммы) вызова блоков, показана иа рис. 1.1. Рассмотрим нз разделов библиотеки блоков только некоторые вспомогательные блоки, которые в дальнейше~ будем использоват~. Блок метки !аЬе1, Блок метки служит для установки в окне модели небольших текстовых комментариев, которые заменяют слово "(абе)" иа нужный комментарий с помощью окна свойств этого олокэ (рис. 1.2). Блок задания переменных чаг(аЫо. Этот блок присваивает имя переменной, подаваемой на вход блока (рис.

1.3). С выхода блока переменная передается иа другой блок задания переменной с тем х"е именем. Блок задания константы сопя(, Блок сопя( генерирует либо висло, либо катрину писал, либо алфавитно-пифрову~о текстову~о строку. Диалоговое окно блока позволяет задать этот генерируемый сигнал (рис. 1.4). Блок цифровой индикации й1вр1ау. Блок Йвр1ау отображает текущее значение входного сигнала, а в окне свойств можно зада. вать нужные параметры (рнс. 1.Ь).

Примеры применения блока показаны на рнс. 1.4, Рве. 1.4 Блок графопостроителя р1о(. Блек виртуального графопостроителя служит для визуального отображения результатов моделирования (рис. 1.6), ! ! Я~ Подробно с описанием всех блоков СВМ Ч(зВ1п1 5.0 можно познакомиться в практическом руководстве (191, а примеры применения рассмотренных блоков показаны на рисунках 2.2 — 2.6. 1.2.Характеристика пакета прикладных программ спектрального метода М1.БЪ' ЯМ Для анализа и синтеза нестационарных непрерывных и, в облаем случае, непрерывно-дискретных систем управления разработан спектральный метод расчета (1 — 9).

В спектральной области системные характеристики и характеристики сигналов представляются матрицами н векторами, а алгоритмы анализа и синтеза ис- пользуют три алгебраические операции: сложение, умножение и обращение матриц. Любая сложная система с помощью метода декомпозиции может быть представлена з виде набора элементарных и типовых звеньев, которые соединяются в систему прн помощи трех типов соединений: последовательного, параллельного и с обратной саязыо. В спектральной области всем элементарным операциям стазится з соотзетстзие система элементарных алгоритмоз.

На базе этой системы строится система алгоритмов исследования конкретной системы управления. 7.3.7. Основные харанжеристияи саенжральной формы онисания непрерывно-оиснрепьных систем Основным понятием спектрального метода язляется понятие нестационарной спектральной характеристики (НСХ). Для одномерзюй функции НСХ (модифицнронанная НСХ вЂ” МНСХ) определяется как скалярное произведение вида: Н(х) -- Х(О =- (рн((), х) ~ЯМ(х) = 8М()) = (н((), х) ь (1.) ) 1 которое раскрывается для непрерывной функции времени как Н(х(т)) = Х(йз) = ) р(цт)р (Сцт) х(т)отх о х 8М(х(т)) = ЗМ(йг) = ) р(С(,т) х(т)с)т Ф о я для дискретной функции времени как Х-1 Ях())) = Х(СХ) = ~~~ р(7„()н'(С7„))х(1)х 9 У" х ЯМ(х(()) = ЯМ(С7,) = ~~ фй7„()х(() .

ыо Аналогично определяется понятие НСХ функции двух переменных (ДНСХ): 3 )х) = Х (6,1) = ~р р д(6) р'(1), х . (1.4) ел чд Например„выраясение (1.4) для непрерывно-дискретной функции времени раскрываетсн как М-1 = ~ Р(СО)д (А,С0) ~~~ р(М,т) р((,Млн) х(0,т)Ю. Подобными формуламн определи~отея многомерные НСХ функций многих переменных. Наметим, что иногда по некоторым аргумонтам НСХ описываются как МНСХ.