УДК 621.438-52

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний університет кораблебудування

імені адмірала Макарова

Бугрім Л.І., Білюк І.С.

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни “Автоматичні системи керування тепловими енергетичними системами”

У двох частинах

Частина 1

МИКОЛАЇВ 2010

УДК 621.438-52

Бугрім Л.І., Білюк І.С. Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни “Автоматичні системи керування тепловими енергетичними системами”. Ч.1. Миколаїв: НУК, 2010. – … с.

Кафедра автоматики

В методичних вказівках приведена методика дослідження систем автоматичного регулювання теплоенергетичних об’єктів і їх елементів з використанням ПЕОМ та пакета програм MATLAB.

Приведено устрій , принцип дії та математичний опис елементів і систем.

Призначені для студентів машинобудівного інституту (спеціальностей 8.090509 “Суднові енергетичні установки та устаткування”, 8.090510 “Теплоенергетика”)

Рецензент канд. техн. наук, доц. І.О. Ратушняк

Згідно з наказом №110 від 25.04.07 “методичні вказівки публікуються в авторській редакції, і відповідальність за їх редагування несе автор.”

© Видавництво НУК, 2010

Вступ

Надійна експлуатація теплових енергетичних систем можлива на базі комплексної автоматизації і належної кваліфікації обслуговуючого персоналу.

Ефективність впровадження засобів автоматизації в значній мірі залежить від якості налагодження автоматичних регуляторів.

Одним із ефективних методів дослідження якості роботи систем автоматичного регулювання з метою одержання оптимальних параметрів налагодження регуляторів є математичне моделювання. Математичне моделювання основане на побудові математичних моделей процесів в системі з послідуючою їх реалізацією на електронних обчислювальних машинах (персональних комп’ютерах).

Для виконання таких робіт необхідно оволодіти методами роботи на ПК і знати можливості, принцип дії та способи реалізації автоматичних регуляторів. Необхідно також вміти одержувати динамічні характеристики САР, виконувати аналіз результатів і використовувати їх для одержання параметрів налагодження автоматичного регулятора, що забезпечують задану якість роботи САР.

Методичні вказівки призначені сприянню у вирішенні цих задач.

Загальні відомості про пакет програм "MATLAB"

"MATLAB" - це високопродуктивна мова для технічних розрахунків. Вона містить у собі обчислення, візуалізацію і програмування в зручному середовищі, де задачі й рішення виражаються у формі, близькій до математичної.

Типовим використанням пакету програм MATLAB є математичні обчислення; створення алгоритмів; моделювання; аналіз даних, дослідження і візуалізація; наукова й інженерна графіка; розробка додатків, включаючи створення графічного інтерфейсу.

Simulink, супутня MATLABпрограма, є інтерактивною системою для моделювання динамічних систем. Вона являє собою середовище, кероване мишею, що дозволяє моделювати процес переміщуванням блоків на екрані та їх маніпуляцією. Simulink працює з лінійними, нелінійними, безперервними, дискретними, багатомірними системами.

Основним для розробки моделей у Simulink є бібліотеки блоків, з яких складаються структурні схеми систем. Розрахунок перехідних процесів може бути виконаний за допомогою відповідних операцій Simulink–меню або у програмному режимі, використовуючи функції пакета MATLAB.

У середовищі пакета MATLABможливо не тільки моделювати систему за її структурною схемою, але й отримати математичний опис моделі у різних формах, виконати аналіз її властивостей у часовій та частотній областях, синтезувати елементи системи керування, виконати оптимізацію. MATLABтаSimulinkмаксимально відкриті для розширення та адаптації.

Simulink можна завантажити з командного рядка пакета MATLABоднойменною командою (маленькими буквами): ( >> - запрошення MATLABдо вводу команди).

При цьому на екрані відкривається вікно з піктограмами бібліотек блоків Simulink (рис. 1).

Параметри блоків можуть бути константами, змінними, функціями та виразами, які запускаються в MATLAB. Будь-які змінні, від яких залежить параметр, повинні бути визначені в робочій зоні до початку процесу моделювання, інакше Simulink сигналізує про помилку в цьому блоці.

Simulink містить такі бібліотеки блоків (рис. 1):

· Sources – джерела вхідних сигналів;

· Sinks – вихідні блоки (запам’ятовування та реєстрація вихіднихсигналів);

· Discrete – дискретні блоки;

· Continuous – лінійні динамічні блоки;

· Nonlinear – нелінійні блоки;

· Math – математичні блоки та функції.

Кожну бібліотеку можна розкрити подвійним натисканням на ліву кнопку миші. При цьому відкривається вікно з піктограмами її блоків.

Розглянемо деякі бібліотеки Simulink, блоки яких будуть необхідні для моделювання систем.

Бібліотека "Sources" (рис. 2) містить джерела вхідних сигналів, тобто блоки, які не мають входів, а мають тільки виходи.

Наприклад, у ланці "Constant" можна задавати значення фіксованого сигналу, що діє протягом часу розрахунку (10с за замовчуванням). У ланці "Step" можна задавати стрибкоподібну зміну вхідного сигналу між двома постійними рівнями в заданий момент часу. Є також набір ланок з різними видами сигналів (синусоїда, прямокутний та пилоподібний імпульси, шум).

Рис. 1. Вікно бібліотечних блоків Simulink

Бібліотека "Sinks" (рис. 3) включає блоки, які використовуються для запам’ятовування результатів моделювання(To File, To Workspase) та для їх графічного відображення (Scope, XY Graph). Блок "Stop Simulation" зупиняє процес моделювання.

Всі перелічені блоки не мають виходів.

Рис. 2. Вікно бібліотеки "Sources"

Рис. 3. Вікно бібліотеки "Sinks" Рис. 4. Вікно бібліотеки "Continuous"

Бібліотека "Continuous" (рис. 4) містить лінійні безперервні ланки, такі, як інтегруюча (Integrator), диференціальна (Derivative), аперіодична (Transfer Fcn).

Перед початком формування структурної схеми необхідно відкрити для неї вікно (Simulink ® File ® New). При цьому відкривається вікно із заголовком "Untitled". Після запису в файл (File ® Save / Save As) як заголовок вікна буде фігурувати ім'я файлу, що за замовчуванням одержить розширення m.

Вже існуючу модель можна завантажити із меню Simulink(File ® Open), із меню MATLAB (File ® Run M-File) та з командного рядку MATLAB введенням в неї імені файлу, в якому збережена модель, без розширення за аналогією з завантаженням файлу "Simulink.m".

Копіювання блоків із бібліотек чи з будь-якої вже існуючої моделі у вікно створеного файлу після їхнього відкриття виконується мишею за допомогою операції "drag" (тягти при натиснутій лівій клавіші миші). Аналогічно здійснюється переміщення блоків усередині вікна. Копіювання блоків усередині вікна виконується за допомогою операції "drag right" (тягти при натиснутій правій клавіші миші). При цьому до імені нового блоку додається цифра, яка відображає порядковий номер копіювання всередині даного вікна, чим забезпечується унікальність імені кожного блоку, що належить даній моделі.

Перемістити блок у межах одного вікна без ліній зв’язку (витягти блок із моделі) можна операцією "< Shift > + drag". Зв’язки встановлюються між вхідними та вихідними портами блоків. Стрілка на лінії зв’язку показує напрямок потоку даних.

Всі лінії проводяться під кутом 45°. Провести лінію під довільним кутом можна при натиснутій клавіші < Shift > . При проведені ліній зв’язку не треба намагатися попасти точно в порт; лінія приєднується до порту, якщо Ви відпустите клавішу миші при находженні графічного курсору в середині блоку або в безпосередній близькості від порту.

Якщо операцію редагування необхідно виконати для фрагменту структурної схеми, то його слід заздалегідь виділити. З виділеними групами блоків та/або зв’язками можна виконувати ті ж операції, що і з одиничними блоками та/або зв’язками.

Для того, щоб провести лінію розгалуження сигналу, необхідно навести мишу на точку розгалуження та натиснути праву клавішу. Потім, не відпускаючи клавіші, необхідно перемістити мишу до входу необхідного блоку та відпустити клавішу.

Для моделювання необхідно на командній панелі натиснути Simulation → Start. Для того щоб побачити перехідний процес необхідно розкрити подвійним натисканням на ліву кнопку миші блок Scope на виході моделі (рис. 5).

Рис. 5. Приклад моделі та перехідний процес