pobieranie: Simulink Modelowanie układów regulacji
Pobierz dokument pdfPrzeglądaj wersję html pliku:
Modelowanie układów regulacji – pakiet Matlab/Simulink
1. Zamodeluj w Matlab oraz Simulink obiekty regulacji: silnik sterowany prądowo oraz napięciowo traktując je jako układy liniowe (liczbowe wartości parametrów dla obiektów podaje prowadzący, model nie zawiera momentu obcią enia ani sił tarcia) – w przypadku Simulink patrz rys.1. Wykonaj eksperymenty w pakiecie Matlab i Simulink (patrz rys.1). Porównaj i przedstaw na wykresach uzyskane przebiegi prędkości i pozycji dla odpowiedzi skokowych. 2. Zamodeluj w Simulink obiekty: inercyjny pierwszego rzędu, inercyjny drugiego rzędu, całkujący. Porównaj i przedstaw na wykresach uzyskane przebiegi odpowiedzi skokowych dla ró nych parametrów transmitancji. 3. Zamodeluj w Matlab oraz w Simulink obiekt inercyjny pierwszego rzędu z opóźnieniem oraz porównaj uzyskane odpowiedzi skokowe (Matlab – aproksymacja Padé, Simulink - blok Transport Delay z biblioteki Continuous). 4. Dla obiektu inercyjnego pierwszego rzędu zamknij pętlę ujemnego sprzę enia zwrotnego i wykonaj eksperyment skoku jednostkowego w pakiecie Simulink. Porównaj uzyskane przebiegi z odpowiedziami skokowymi dla układu otwartego. Uzasadnij analitycznie uzyskane wyniki. 5. Zamodeluj, w pakiecie Simulink (rys.9,10), układ regulacji serwomechanizmu sterowanego prądowo (wykład 8). Na podstawie wzorów z wykładu 8 dobierz nastawy regulatora dla obiektu o jednostkowym wzmocnieniu i czasie regulacji podanym przez prowadzącego (regulator PI zbuduj z bloków podstawowych, ró niczkowanie zamodeluj przy pomocy bloku Derivative z biblioteki Continuous). Przedstaw odpowiedź skokową oraz porównaj odpowiedzi uzyskane w pakiecie Matlab oraz Simulink. 6. Dla układu regulacji z punktu 5 sprawdź parametry śledzenia dla wymuszenia przedstawionego na rysunku – parametry wymuszenia podaje prowadzący. Wymuszenie zrealizuj przy pomocy bloku Repeating Sequence z biblioteki Sources. Porównaj wyniki z przewidywaniami teoretycznymi (np. uchyby ustalone)– podaj wnioski.
7. Przeprowadź eksperyment jak w punkcie 6 wprowadzając w układzie zakłócenie liniowe na wejście obiektu (rys. 11). Porównaj wyniki z uzyskanymi w punkcie 6 – podaj wnioski i uzasadnij je na podstawie teorii.
Literatura: L. Trybus (2005). Teoria Sterowania – wykłady. PRz. M. Szymkat (1993). Komputerowe wspomaganie w projektowaniu układów regulacji, WNT, Warszawa.
1. Tworzenie modeli i przeprowadzanie symulacji w pakiecie Simulink – wprowadzenie
Poni ej przedstawiono modele które nale y utworzyć zgodnie z punktem 1 instrukcji.
Rys.1. Modelowanie obiektów regulacji
Tworzenie schematu:
a) Uruchom okno pakietu Simulink – rys 2.
Rys.2. Uruchomienie pakietu Simulink
b) W oknie Simulink – wybierz opcję nowy model – rys. 3.
Rys.3. Wybór nowego modelu Simulink c) W nowym oknie utwórz schemat (rys.1) przeciągając bloki z biblioteki Simulink na okno modelu – rys.4.
Rys.4. Tworzenie nowego modelu Simulink Wejścia oraz wyjścia bloków mo na połączyć przy pomocy myszki. Wyjście bloku wybiera się wskazując go myszką i naciskając lewy przycisk, następnie (z naciśnietym lewym przyciskiem myszki) nale y doprowadzić sygnał do wejścia innego bloku.
d) Bloki potrzebne do stworzenia schematu z rys. 1 znajdują się w bibliotekach Simulink pokazanych na rys.5.
Rys.5. Bloki z rys. 1 oraz ich przynale ność do bibliotek Simulink
Dodatkowe ustawienia:
Blok Scope – w bibliotece znajduje się blok Scope o jednym wejściu. W celu zwiększenia ilości wejść nale y wybrać opcję pokazaną na rys. 6.
Rys.6. Parametry bloku Scope
W Data history dostępna jest opcja Save data to workspace dzięki której dane z wykresów są automatycznie zapisywane (po wykonaniu symulacji) w zmiennej ScopeData dostępnej w przestrzeni roboczej Matlab. Informacje o ilości oraz nazwach zmiennych dostępnych w danym momencie w przestrzeni roboczej mo na uzyskać przy pomocy komendy whos. Informacje o strukturze danych przechowywanych w zmiennej uzyskuje się wpisując jej nazwę w linii poleceń Matlab i naciskając enter. Przykładowe informacje dla schematu z rys. 1: >> whos Name
Size
Bytes Class 321758 struct array 321760 struct array 8000 double array
ScopeData 1x1 ScopeData1 1x1 tout 1000x1
Grand total is 81143 elements using 651518 bytes >> ScopeData ScopeData = time: [10001x1 double] signals: [1x3 struct] blockName: 'Ident/Scope' >> ScopeData.signals ans = 1x3 struct array with fields: values dimensions label title plotStyle Przy pomocy danych zapisanych przestrzeni roboczej mo liwe jest wykonywanie wykresów - funkcja plot jak pokazano poni ej. >> plot(ScopeData.time,ScopeData.signals(2).values);grid Mo liwy jest równie zapis (odczyt) danych do pliku w formacie mat: Zapis zmiennej ScopeData do pliku o nazwie ScopeData.mat >> save('ScopeData.mat','ScopeData'); Odczyt danych z pliku mat mo na wykonać przy pomocy komendy load: >> load('ScopeData.mat');
bądź klikając dwukrotnie na nazwie pliku w oknie Current Directory pakietu Matlab. Po wykonaniu wczytania danych nale y sprawdzić przy pomocy whos jakie dane pojawiły się w przestrzeni roboczej. Pomocnicze komendy: - usuwanie wszystkich zmiennych z przestrzeni roboczej >> clear all - czyszczenie okna komend >> clc.
Przeprowadzenie symulacji:
Symulację uruchamia się naciskając przycisk Start Simulation – patrz rys. 7. Parametry symulacji określa się przy pomocy opcji Simulation -> Simulation parametres....
Rys.7. Parametry i start symulacji Je eli nie zostanie określone inaczej parametry symulacji Solver options nale y ustawiać na Fixed-step oraz ode4 (Runge-Kutta). Pozostałe parametry takie jak Start time, Stop time oraz Fixed step size nale y dobierać w zale ności od przeprowadzanej symulacji. Aby obserwować przebiegi podczas symulacji nale y otworzyć (dwukrotne klikając na bloku Scope) okno wykresów przed symulacją.
2. Układ regulacji serwomechanizmu sterowanego prądowo
Wykład 8 – Teoria Sterowania – L. Trybus
Rys.9. Układ regulacji serwomechanizmu sterowanego prądowo Dobór nastaw: Ti ≡ Td - zało enie o podwójnym zerze (jak Ziegler-Nichols)
Ti = tr 27 , kp = 4 2 4 tr
Przykładowe realizacje układu regulacji w pakiecie Simulink:
Rys.9. Układ regulacji serwomechanizmu sterowanego prądowo – realizacja pierwsza
Rys.10. Układ regulacji serwomechanizmu sterowanego prądowo – realizacja druga
Rys.10. Układ regulacji serwomechanizmu sterowanego prądowo – zakłócenie liniowe
Simulink Modelowanie układów regulacji
Modelowanie układów regulacji – pakiet Matlab/Simulink
1. Zamodeluj w Matlab oraz Simulink obiekty regulacji: silnik sterowany prądowo oraz napięciowo traktując je jako układy liniowe (liczbowe wartości parametrów dla obiektów podaje prowadzący, model nie zawiera momentu obcią enia ani sił tarcia) – w przypadku Simulink patrz rys.1. Wykonaj eksperymenty w pakiecie Matlab i Simulink (patrz rys.1). Porównaj i przedstaw na wykresach uzyskane przebiegi prędkości i pozycji dla odpowiedzi skokowych. 2. Zamodeluj w Simulink obiekty: inercyjny pierwszego rzędu, inercyjny drugiego rzędu, całkujący. Porównaj i przedstaw na wykresach uzyskane przebiegi odpowiedzi skokowych dla ró nych parametrów transmitancji. 3. Zamodeluj w Matlab oraz w Simulink obiekt inercyjny pierwszego rzędu z opóźnieniem oraz porównaj uzyskane odpowiedzi skokowe (Matlab – aproksymacja Padé, Simulink - blok Transport Delay z biblioteki Continuous). 4. Dla obiektu inercyjnego pierwszego rzędu zamknij pętlę ujemnego sprzę enia zwrotnego i wykonaj eksperyment skoku jednostkowego w pakiecie Simulink. Porównaj uzyskane przebiegi z odpowiedziami skokowymi dla układu otwartego. Uzasadnij analitycznie uzyskane wyniki. 5. Zamodeluj, w pakiecie Simulink (rys.9,10), układ regulacji serwomechanizmu sterowanego prądowo (wykład 8). Na podstawie wzorów z wykładu 8 dobierz nastawy regulatora dla obiektu o jednostkowym wzmocnieniu i czasie regulacji podanym przez prowadzącego (regulator PI zbuduj z bloków podstawowych, ró niczkowanie zamodeluj przy pomocy bloku Derivative z biblioteki Continuous). Przedstaw odpowiedź skokową oraz porównaj odpowiedzi uzyskane w pakiecie Matlab oraz Simulink. 6. Dla układu regulacji z punktu 5 sprawdź parametry śledzenia dla wymuszenia przedstawionego na rysunku – parametry wymuszenia podaje prowadzący. Wymuszenie zrealizuj przy pomocy bloku Repeating Sequence z biblioteki Sources. Porównaj wyniki z przewidywaniami teoretycznymi (np. uchyby ustalone)– podaj wnioski.
7. Przeprowadź eksperyment jak w punkcie 6 wprowadzając w układzie zakłócenie liniowe na wejście obiektu (rys. 11). Porównaj wyniki z uzyskanymi w punkcie 6 – podaj wnioski i uzasadnij je na podstawie teorii.
Literatura: L. Trybus (2005). Teoria Sterowania – wykłady. PRz. M. Szymkat (1993). Komputerowe wspomaganie w projektowaniu układów regulacji, WNT, Warszawa.
1. Tworzenie modeli i przeprowadzanie symulacji w pakiecie Simulink – wprowadzenie
Poni ej przedstawiono modele które nale y utworzyć zgodnie z punktem 1 instrukcji.
Rys.1. Modelowanie obiektów regulacji
Tworzenie schematu:
a) Uruchom okno pakietu Simulink – rys 2.
Rys.2. Uruchomienie pakietu Simulink
b) W oknie Simulink – wybierz opcję nowy model – rys. 3.
Rys.3. Wybór nowego modelu Simulink c) W nowym oknie utwórz schemat (rys.1) przeciągając bloki z biblioteki Simulink na okno modelu – rys.4.
Rys.4. Tworzenie nowego modelu Simulink Wejścia oraz wyjścia bloków mo na połączyć przy pomocy myszki. Wyjście bloku wybiera się wskazując go myszką i naciskając lewy przycisk, następnie (z naciśnietym lewym przyciskiem myszki) nale y doprowadzić sygnał do wejścia innego bloku.
d) Bloki potrzebne do stworzenia schematu z rys. 1 znajdują się w bibliotekach Simulink pokazanych na rys.5.
Rys.5. Bloki z rys. 1 oraz ich przynale ność do bibliotek Simulink
Dodatkowe ustawienia:
Blok Scope – w bibliotece znajduje się blok Scope o jednym wejściu. W celu zwiększenia ilości wejść nale y wybrać opcję pokazaną na rys. 6.
Rys.6. Parametry bloku Scope
W Data history dostępna jest opcja Save data to workspace dzięki której dane z wykresów są automatycznie zapisywane (po wykonaniu symulacji) w zmiennej ScopeData dostępnej w przestrzeni roboczej Matlab. Informacje o ilości oraz nazwach zmiennych dostępnych w danym momencie w przestrzeni roboczej mo na uzyskać przy pomocy komendy whos. Informacje o strukturze danych przechowywanych w zmiennej uzyskuje się wpisując jej nazwę w linii poleceń Matlab i naciskając enter. Przykładowe informacje dla schematu z rys. 1: >> whos Name
Size
Bytes Class 321758 struct array 321760 struct array 8000 double array
ScopeData 1x1 ScopeData1 1x1 tout 1000x1
Grand total is 81143 elements using 651518 bytes >> ScopeData ScopeData = time: [10001x1 double] signals: [1x3 struct] blockName: 'Ident/Scope' >> ScopeData.signals ans = 1x3 struct array with fields: values dimensions label title plotStyle Przy pomocy danych zapisanych przestrzeni roboczej mo liwe jest wykonywanie wykresów - funkcja plot jak pokazano poni ej. >> plot(ScopeData.time,ScopeData.signals(2).values);grid Mo liwy jest równie zapis (odczyt) danych do pliku w formacie mat: Zapis zmiennej ScopeData do pliku o nazwie ScopeData.mat >> save('ScopeData.mat','ScopeData'); Odczyt danych z pliku mat mo na wykonać przy pomocy komendy load: >> load('ScopeData.mat');
bądź klikając dwukrotnie na nazwie pliku w oknie Current Directory pakietu Matlab. Po wykonaniu wczytania danych nale y sprawdzić przy pomocy whos jakie dane pojawiły się w przestrzeni roboczej. Pomocnicze komendy: - usuwanie wszystkich zmiennych z przestrzeni roboczej >> clear all - czyszczenie okna komend >> clc.
Przeprowadzenie symulacji:
Symulację uruchamia się naciskając przycisk Start Simulation – patrz rys. 7. Parametry symulacji określa się przy pomocy opcji Simulation -> Simulation parametres....
Rys.7. Parametry i start symulacji Je eli nie zostanie określone inaczej parametry symulacji Solver options nale y ustawiać na Fixed-step oraz ode4 (Runge-Kutta). Pozostałe parametry takie jak Start time, Stop time oraz Fixed step size nale y dobierać w zale ności od przeprowadzanej symulacji. Aby obserwować przebiegi podczas symulacji nale y otworzyć (dwukrotne klikając na bloku Scope) okno wykresów przed symulacją.
2. Układ regulacji serwomechanizmu sterowanego prądowo
Wykład 8 – Teoria Sterowania – L. Trybus
Rys.9. Układ regulacji serwomechanizmu sterowanego prądowo Dobór nastaw: Ti ≡ Td - zało enie o podwójnym zerze (jak Ziegler-Nichols)
Ti = tr 27 , kp = 4 2 4 tr
Przykładowe realizacje układu regulacji w pakiecie Simulink:
Rys.9. Układ regulacji serwomechanizmu sterowanego prądowo – realizacja pierwsza
Rys.10. Układ regulacji serwomechanizmu sterowanego prądowo – realizacja druga
Rys.10. Układ regulacji serwomechanizmu sterowanego prądowo – zakłócenie liniowe
