Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Работа № 112158


Наименование:


Курсовик МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОБЪЕКТОВ УПРАВЛЕНИЯ Вариант 5

Информация:

Тип работы: Курсовик. Добавлен: 09.04.18. Сдан: 2016. Страниц: 17. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Некоммерческое акционерное общество
«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

Кафедра Инженерной кибернетики


Курсовая работа

По дисциплине «МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОБЪЕКТОВ УПРАВЛЕНИЯ»

Специальность ТЭФ Автоматизация и управление

Выполнил:
__________________________________ Группа АУТ – 12 – 5

Вариант 5

?
Содержание

Постановка задачи курсовой работы 3
Уравнения модели с обоснованием их вывода 4
Перечень входных и выходных переменных модели 5
Подробные блок-диаграммы в пакете Simulink, с комментариями и поясняющими надписями 5
Проведение имитационных экспериментов на модели 14
Выводы по работе 15
Список литературы 17
?
Постановка задачи курсовой работы

Исследуемая система представляет собой два цилиндрических бака, расположенных вертикально на разной высоте таким образом, что дно первого бака находится на расстоянии 0.34 метров от дна второго (см. рисунок 1). Баки имеют одинаковую высоту 0.875 метров и различные диаметры: первый – 10.5 см, второй – 4.375 см. Система имеет входную трубу, находящуюся в первом баке на расстоянии 0.875 от его дна. Баки соединены трубой, являющейся выходной трубой первого бака (и расположенной у самого его дна) и входной трубой второго бака (расположенной на расстоянии 0.34 от его дна). Также система имеет выходную трубу, расположенную у самого дна второго бака.



Рисунок 1 - Система двух баков

Требуется подобрать параметры модели Timel, Time2, L_plus и L_min таким образом, чтобы смоделировать следующие ситуации в работе системы:
а) режим нормальной работы системы;
б) переполнение первого бака;
в) переполнение второго бака;
г) периодическое открытие и закрытие выходного крана. Для этого случая необходимо отметить время первого и десятого переключения, а также значения уровня h2 в эти моменты.
По результатам экспериментов заполнить следующую таблицу:

Ситуация Timel [с] Time2 [с] L_plus [м] L_min |м]
а
б
в
г
Уравнения модели с обоснованием их вывода

Входная труба системы снабжена входным краном V_input, который открывается мгновенно, и скорость входного потока воды определяется как (л/ч)

V_input/dt={-(0,если V_input закрыт@const,если V_input открыт)+ (1)

Управление открытием/закрытием кранов V_input, V_1 и V_2 осуществляется специальным контроллером.
Если через А_1 и А_2 обозначить площади оснований баков, то система уравнений для уровней воды в баках h_1 и h_2 запишется так

(dh_1)/dt=1/A_1 ((dV_input)/dt-?dV?_12/dt) (2)

?dh?_2/dt=1/A_2 (?dV?_12/dt-?dV?_out/dt)

где ?dV?_12/dt – скорость протекания воды по трубе между баками, ?dV?_out/dt – скорость вытекания воды из системы.
Скорость протекания воды между баками зависит от уровней воды h_1 и h_2, значения H и положения задержки P_1 в кране V_1

?dV?_12/dt={-(K_1 (P_1)•v(h_1-(h_2-H),h_2>H;)@K_1 (P_1 )•v(h_1 ),? h?_2?H.)+ (3)

Скорость вытекания воды из системы зависит от уровня воды во втором баке h_2 и положения задвижки P_2 на кране V_2

(4)

Индивидуальные свойства кранов определяются функциями

(5)
?
Перечень входных и выходных переменных модели

Входными сигналами являются V_input, V_1, V_2, которые подаются от контроллера.
Основными уравнениями модели является система (2) соответственно выходами являются h_1 и h_2.

Подробные блок-диаграммы в пакете Simulink, с комментариями и поясняющими надписями

Общий вид диаграммы
Окончательный вид диаграммы модели в пакете Simulink имеет вид, представленный на рисунке 2.



Рисунок 2 – Окончательный вид диаграммы модели

Блок System не имеет входов, но имеет два выхода – h_1 и h_2, соединенные со стандартным блоком Мuх, объединяющим их в вектор (h_1, h_2). Последний связан со стандартным блоком вывода Scope, на который он подает вектор выходных величин (h_1, h_2).

Диаграмма подсистемы System

Чтобы построить диаграмму модели, необходимо выделить в системе отдельные относительно независимые элементы и определить, каким образом они взаимосвязаны между собой.
В рассматриваемой задаче, в первую очередь, можно выделить два основных элемента: саму систему из двух баков и устройство, управляющее открытием/закрытием кранов (контроллер).
Контроллер посылает системе из двух баков сигналы, управляющие поведением кранов Vinput, V1, V2. Для правильного управления системой баков ему необходимо иметь значения интервалов времени Time1, Time2, уровней L_plus и L_min, а также получать от системы баков значение уровня воды во втором баке h_2, необходимое для управления поведением выходного крана V2.
Основная подсистема модели (назовем ее System) представляет собой составной блок (см. рисунок 3). Он содержит в себе функциональную схему, включающую диаграмму Stateflow (представленную блоком Controller, являющимся экземпляром стандартного блока Chart и описывающим поведение контроллера), и составной блок Tank_System_Block - подсистему определения уровней воды в баке, которые соединены соответствующими функциональными связями.
Также в блоке System присутствуют часы Clock, подающие системное время из Simulink в диаграмму Stateflow. Это объясняется тем, что при построении моделей, в которых используются блоки Stateflow (содержащие в себе переходы, инициируемые истечением неких временных интервалов), необходимо синхронизировать внутреннее системное время в Stateflow и в Simulink. Для этого необходимо на отдельный вход в блоке Stateflow подавать системное время из Simulink, и именно это время использовать при составлении условий переходов (таких, как истечение отрезков времени Time1 и Time2 в задаче о двух баках).



Рисунок 4 - Диаграмма подсистемы System

К связи, соединяющей блоки Clock и Controller, подсоединяются два экземпляра блока Hit Crossing. Еще два экземпляра блока Hit Crossing подсоедините к связи блока Controller и выхода h2 блока Tank_System_Block.
Использование блоков Hit Crossing необходимо для правильного выполнения переходов в диаграмме Stateflow, включенной в модель Simulink, в которой происходит непрерывное интегрирование. На вход блока Hit Crossing подается некая величина (в модели двух баков для двух блоков Hit Crossing это системное время, для еще двух - величина h2). Сам блок Hit Crossing содержит в себе некую величину, при совпадении которой с входной величиной система уменьшает шаг интегрирования. В связи со спецификой системы Stateflow это влияет на правильное выполнение переходов и не позволяет системе «проскочить момент», когда должен выполниться тот или иной переход. У первого блока Hit Crossing внутренней величиной является момент времени Time1, у второго – Time1+Time2, у третьего - значение L_plus, у четвертого – L_minus.

Составные блоки подсистемы Tank_System_Block

Составной блок Tank_System_Block содержит следующие элементы, соединенные соответствующими функциональными связями:
- составной блок Tank_System (имеет три входа, соединенные с соответствующими выходами блока Chart, и два выхода – h1 и h2);
- блоки проверки переполнения баков (реализуются экземплярами стандартных блоков Const, Relational Operator и Stop Simulation).(см. рисунок 5)



Рисунок 5 - Составные блоки подсистемы Tank_System_Block

Система двух баков Tank_System должна реагировать на сигналы контроллера, а именно: управлять открытием/закрытием кранов, а также отслеживать ситуацию, когда вода во втором баке поднимается выше уровня Н, и при возникновении такой ситуации изменять скорость поступления воды во второй бак в соответствии с формулой (3). Также система должна отслеживать ситуацию переполнения баков и должным образом на нее реагировать.
Исходя из этих требований, можно провести декомпозицию системы на несколько частей, а именно:
- выделить элемент, отвечающий за открытие/закрытие крана Vinput; назовем эту подсистему Vin_Control;
- выделить элементы, управляющие открытием/закрытием задвижек Р1 и Р2 по формулам (5); это будут подсистемы K1_Control и K2_Control;
- в качестве еще одного элемента системы можно выделить подсистему (назовем ее Two_Tanks), на которую возлагается задача отслеживания аварийной ситуации переполнения баков и ситуации, когда вода во втором баке поднимается выше уровня Н.(см. рисунок 6)



Рисунок 6 – Составные блоки подсистемы Tank_System

Блок управления входным краном.

Составной блок Vin_Control содержит в себе функциональную схему, состоящую из стандартного блока Switch и двух экземпляров стандартного блока Const, содержащих в себе значения, соответствующие скорости входного потока воды в систему двух баков, когда входной кран открыт и закрыт. Переключение между этими значениями происходит в блоке Switch в зависимости от значения, поступающего на вход блока Vin_Control от контроллера. Соответствующее значение Vin подается на выход.
Блок Vin_Control имеет один вход и один выход (см. рисунок 7).



Рисунок 7 - Составные блоки подсистемы Vin_control.
?
Блок управления краном между баками,

Составные блоки K1_Control и K2_Control имеют идентичные функциональные схемы, различающиеся только значением коэффициентов в уравнении, представленном в стандартном блоке Fcn (формулы (5)). Функциональная схема каждого из них состоит из следующих элементов:
- двух экземпляров стандартного блока Switch, первый из которых необходим для переключения между положениями кранов V1/V2 открыто/закрыто, а второй - для отслеживании ситуации, когда параметр Р становится равным 80, и соответствующего переключения между значениями функции К(Р);
- двух экземпляров стандартного блока Const, содержащих в себе значения 1 и -1, соответствующие положению крана V1/V2 (отк-ся/закр-ся), и один блок Const, содержащий значение 0 для функции К(Р) в ситуации, когда Р>=80;
- стандартного блока Integrator, интегрирующего поступающее от первого переключателя значение (1 или -1) в пределах от 0 до 80 с начальным значением интегрируемой величины 80 (значение с этого блока поступает на второй переключатель);
- стандартного блока Fсn, в котором происходит вычисление значения функции К1(Р)/К2(Р).
Переключения в блоке Switch происходят в зависимости от величины V1/V2, поступающей на вход блока K1_Control/K2_ControI от контроллера.
Соответствующее значение функций kl/k2 подается на выход. Блоки K1_Control/ K2_Control имеют один вход и один выход.
На рисунке 8 приведена блок-диаграмма подсистемы K1_control. Параметры основных блоков и графики P1 и зависящего от него коэффициента K1 приведены на рисунке 8а.



Рисунок 8 - составные блок-диаграммы подсистемы K1_control
?


Рисунок 8а - Параметры основных блоков и графики P1 и зависящего от него коэффициента K1

Так как составные блок-диаграммы K1_control и K2_control идентичны, для K2_control приведем только параметры блоков и графики P2 и зависящего от него коэффициента K2.(см. рисунок 8б)



Рисунок 8б - Параметры основных блоков и графики P2 и зависящего от него коэффициента K2
?
Подсистема Two_Tanks.

Подсистема Two_Tanks имеет входные переменные kl, k2 и Vin, представляющие соответственно значения функций, управляющих кранами V1 и V2, а также скорость входного потока воды в систему. Эти переменные поступают в рассматриваемую подсистему с выходов блоков, в которых они рассчитывались.
Выходные переменные - уровни воды в первом и втором баках h1 и h2. Значения этих переменных рассчитываются по формулам (2). Правые части этих уравнений содержат величины Vout и V12, закон изменения которых задается формулами (3) и (4). Следовательно, вначале надо сформировать подсистемы для вычисления этих переменных, назовем их Vout_calc, V12_calcl и V12_calc2 (два блока, так как формула (3) имеет две ветви).
На вход блока Vout_calc поступают значения k2 и h2. Для объединения этих значений в один вектор используется стандартный блок Мuх. С этого блока вектор поступает на вход стандартного блока Fсn, в котором происходит вычисление выходной величины Vout (формула (4), см. рисунок 9а).



Рисунок 9а – подсистема Vout_calc и уравнение в блоке Fcn

Аналогично создаются два блока для вычисления выходной величины V12 (формула (3)). Составной блок V12_calcl имеет функциональную схему, состоящую из стандартного блока Мuх, который объединяет в один вектор значения kl и h1, поступающие на его входы, и подающего этот вектор на вход стандартного блока Fсn, в котором происходит вычисление выходной величины V12. Блок V12_calc1 имеет два входа и один выход.(см. рисунок 9б)
?


Рисунок 9б - подсистема V12_calc1 и уравнение в блоке Fcn

Составной блок V12_calc2 имеет функциональную схему, состоящую из стандартного блока Мuх, объединяющего в один вектор значения kl, hl и h2, которые поступают на его вход, и подающего этот вектор на вход стандартного блока Fcn, в котором происходит вычисление выходной величины V12. Блок V12_calc2 имеет три входа и один выход.(см. рисунок 9в)



Рисунок 9в - подсистема V12_calc2 и уравнение в блоке Fcn

Составной блок Two_Tanks имеет функциональную схему, образованную из следующих элементов:
- составных блоков Vout_calc, V12_calcl и V12_calc2;
- стандартного блока Switch;
- двух экземпляров стандартного блока Мих, объединяющих в векторы
соответствующие значения - Vin (поступающее на вход блока Two_Tanks с выхода блока Vin_Control) и V12, а так же V12 и Vout;
- блоков Fcn, в которых вычисляются правые части уравнений (формулы (2));
- двух экземпляров стандартного блока Integrator, выходами которых являются значения h1 и h2, поступающие на выход.
Переключение в блоке Switch происходит в зависимости от значения h2, поступающего на вход блока Switch от интегратора. При этом подключается один из блоков, вычисляющих V12 (см. рисунок 10)



Рисунок 10 – Составной блок Two_Tanks


Блок-диаграмма контроллера

Диаграмма отражает логику поведения блока Contoller. Процесс из начальной точки мгновенно переходит в состояние state1, входным действием которого является посылка сигнала, открывающего входной кран Vinput. По истечении времени Time1 происходит переход в состояние state2, входным действием которого является посылка сигнала, открывающего кран между баками. По истечении времени Time2 происходит переход в состояние state3, входным действием которого является посылка сигнала, открывающего выходной кран V2. В данном состоянии система находится до тех пор, пока не станет истинным условие перехода h2 < L_min, говорящее о том, что уровень воды во втором баке стал ниже уровня L_min. Если условие выполняется, то система переходит в состояние state4, входным действием которого является посылка сигнала, отключающего кран V2. Система находится в этом состоянии до тех пор, пока не выполняется условие перехода h2 > L_plus, говорящее о том, что уровень воды во втором баке стал выше уровня L_plus. Тогда система переходит обратно в состояние state3. (см. рисунок 11)



Рисунок 11- Диаграмма контроллера


Проведение имитационных экспериментов на модели

а) режим нормальной работы системы;
б) переполнение первого бака;
в) переполнение второго бака;
г) периодическое открытие и закрытие выходного крана. Для этого случая необходимо отметить время первого и десятого переключения, а также значения уровня h2 в эти моменты.(таблица 1)

Ситуация Timel [с] Time2 [с] L_min [м] L_plus |м]
а 50 70 0.05 0.7
б 60 80 0.05 0.7
в 40 50 0.5 0.7
г 30 40 0.4 0.5

Таблица 1 – таблица результатов имитационных экспериментов на модели
?
Выводы по работе

Данная модель является динамической, ситуационной. Правильность работы и аварии во многом зависят от посылаемых контроллером сигналов.
Так нормальный режим достигается при Timel =50, Time2=70, L_plus [м]= 0.05, L_min= 0.7. Важно отметить, что разность уровней L_plus и L_minus должно быть большим. (см. рисунок 12)
Переполнение первого бака достигается при условии, что Time1 имеет большое значение. (см. рисунок 13)
Переполнение второго бака достигается, когда L_plus приближенно равно уровню бака.(см. рисунок 14)
Авария, то есть периодическое открывание и закрывание клапанов происходит, когда разность уровней L_plus и L_minus мала.(см. рисунок 15)



Рисунок 12 –нормальный режим работы



Рисунок 13 – переполнение первого бака


Рисунок 14 – переполнение второго бака



Рисунок 15 – авария

В режиме аварии время первого переключения t=83c, h_2=0.87м, десятого переключения – t =668c, h_2=0.61м
?
Список литературы

1. Ибраева Л.К., Хисаров Б.Д. Моделирование и идентификация объектов управления. Учебное пособие. – Алматы: АИЭС, 2009.
2. Ибраева Л.К. Моделирование и идентификация объектов управления. Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов всех форм обучения специальности 5В070200 – Автоматизация и управление. – Алматы: АУЭС, 2012 -18 с.



Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть похожие работы

* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.