Оптимизация САУ в SIMOPT - Программирование, компьютеры и кибернетика курсовая работа

Моделирование объекта управления и его звеньев. Описание метода Эйлера и параметрическая оптимизация, динамические свойства системы. Описание пакета SIMOPT и оценка преимуществ использования. Общая характеристика и требования к программному обеспечению.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
В аналитических моделях поведение СС описывается некоторыми функциональными отношениями и логическими условиями, которые можно вычислить в процессе эксперимента. Наиболее полное исследование удаётся провести на имитационных моделях. Аналитические модели позволяют изучить общие свойства СС, например, оценить устойчивость времени доставки пакета. Когда явления в СС настолько сложны и многообразны, что аналитическая модель становится громоздкой или очень грубой, то исследователь вынужден применять имитационную модель. В имитационном моделировании поведение компонент системы описывается набором алгоритмов, которые затем реализуют ситуации, относящиеся к системе. Моделирующие алгоритмы позволяют по исходным данным содержащим сведения о начальном состоянии СС, о координатных и параметрических возмущениях, об изменении свойств СС во времени позволяют отобразить реальные явления и оценить поведение системы во времени.
Можно рекомендовать исследователю применение имитационного моделирования в следующих случаях:
· если не существует законченной постановки задачи и идёт процесс познания объекта;
· если аналитические методы имеются, но они настолько сложны и трудоёмки, что их применение затруднено, то имитационные модели позволяют упростить сложность свойств СС;
· когда желательно оценить поведение имитационной модели в процессе определённого промежутка времени, причём контролировать выходы отдельных компонент в единую систему;
· для построения тренажёров и эксплуатации техники.
Имитация и моделирование почти синонимы, практически все расчёты на ЭВМ выполняются моделями реальных объектов. Чтобы отличить математические модели друг от друга исследователи стали давать им различные названия: имитационные модели (ИМ) и математические модели (ММ).
Имитационное моделирование означает, что имеется дело с такими моделями, с помощью которых результат нельзя вычислить заранее, а поведение СС определяется в течение времени, модельного времени.
Имитация представляет собой численный метод проведения экспериментов на ЭВМ над моделями, описывающими поведение СС на заданном интервале времени.
Поведение компонент СС и их поведение в имитационной модели чаще всего описывается набором алгоритмов, реализованном на некотором языке моделирования. Программную имитационную модель необходимо вначале отладить и испытать на адекватность, а затем использовать в имитационных экспериментах. Поэтому под имитацией на ЭВМ понимают:
многократное использование модели в экспериментах.
Пользователь на основании имитационных экспериментов принимает решения о качестве функционирования системы в различных режимах работы.
Провести моделирование замкнутой САР программным методом и при помощи системы имитационного моделирования SIMOPT.
1. Выполнить программную реализацию имитационной модели системы управления в заданных режимах работы, состоящей из ПИ-регулятора и инерционного объекта с запаздыванием.
2. В качестве результата вывести фазовый портрет графики переходного процесса при нулевом и единичном воздействии (с использованием графической подсистемы Excel).
3. Реализовать прогон модели на системе имитационного моделирования SIMOPT для двух указанных случаев.
4. Выполнить оптимизацию модели в SIMOPT. Представить результаты оптимизации.
5. Представить в качестве результатов оптимизации графики переходных процессов и фазовые характеристики при нулевом и единичном воздействии.
6. Оценить параметры системы до и после оптимизации.
Имитационное моделирование проводить для двух случаев:
Примечание: постоянные времени, транспортное запаздывание и характеристики регулятора k 1 , k 2 выбираются из таблицы согласно варианту по списку группы; для реализации инерционного звена использовать метод Эйлера.
Моделирование систем автоматического регулирования
Характеристики промышленных объектов сведены к типовым характеристикам, поэтому многочисленные законы функционирования регуляторов, работающих с промышленными объектами тоже можно свести к типовым законам, а именно:
· Пропорционально - интегральный закон
· Пропорционально - дифференциальный закон
· Пропорционально - интегрально - дифференциальный закон
Описывается в динамике следующим уравнением:
Любой регулятор по отношению к объекту, являющейся неизменной частью системы, можно считать последовательным корректирующим звеном, поэтому для определения влияния регулятора на систему найдем его передаточную функцию и определим, к каким типовым динамическим звеньям его нужно отнести:
Пропорциональный регулятор относится к безинерционным звеньям и обеспечивает хорошие динамические свойства системы.
Описывается в динамике следующим уравнением:
Интегральный регулятор относится к интегрирующим звеньям и обеспечивает хорошие статические свойства системы, но ухудшает при этом динамику систему.
3) Пропорционально - интегральный регулятор
Пропорционально - интегральный регулятор можно представить как последовательное соединение безинерционного, интегрирующего и пропорционально - дифференцирующего звеньев. Улучшает и статику и динамику системы.
4) Пропорционально - дифференциальный регулятор
Описывается в динамике следующим уравнением:
Пропорционально - дифференциальный регулятор можно представить как последовательное соединение безинерционного и пропорционально - дифференцирующего звеньев. Улучшает динамику системы, внося при этом статическую ошибку в систему.
5) Пропорционально - интегрально - дифференциальный регулятор
Описывается в динамике следующим уравнением:
x(t) = K 1 * y(t) + K 2 * + K 3 * y(t)/ t
Пропорционально - интегрально - дифференциальный регулятор можно представить как последовательное соединение безинерционного звена, интегрирующего звена и пропорционально - дифференцирующего звена второго порядка. Улучшает как статику, так и динамику системы.
Под моделированием какого-либо объекта, понимается воспроизведение и исследование другого объекта подобного оригиналу в форме, удобной для исследования, и перенос полученных результатов на моделируемый объект. При этом объекты считаются подобными, если характеристики процессов, протекающих в каком-либо из них отличаются от соответствующих характеристик другого объекта вполне определенными и постоянными коэффициентами в течение одного процесса.
Существуют различные методы моделирования:
· моделирование методом прямых аналогий
Каждый из методов имеет свои плюсы и минусы. Применение конкретного метода обусловлено исследуемой системой и условиями ее работы.
В данной курсовой работе рассматривается только математическое моделирование. При математическом моделировании в качестве объекта моделирования выступают исходные уравнения, представляющие математическую модель объекта, а в качестве модели системы выступают те процессы, которые воспроизводятся на ЭВМ и решают по заданным уравнениям поведение отдельных компонент и их взаимосвязь в системе.
Моделирование на вычислительных машинах часто называют аналоговым и цифровым моделированием. Имитационное моделирование рассматривают также как управляемый эксперимент, проводимый не на реальном объекте, а на модели подобной оригиналу. В этом случае оценивается поведение отдельных компонент, входящих в систему в условиях направленного эксперимента: заданных входных координатах возмущений, параметрических и внешних случайных воздействий.
Значение выходного сигнала инерционного звена 1-го порядка находится по формуле Y n +1 = Y n + YHT, где НТ - приращение времени и
При анализе и синтезе систем используют обобщенные критерии с учетом сигналов ошибки и их производных, взятых с весовыми коэффициентами. При перемещении симплекса в процедуре оптимизации при поиске локального экстремума осуществляется оценка близости нахождения к локальному экстремуму. Данная ситуация оценивается путем анализа происхождения исследуемых точек и закрутки симплекса. Процедура закрутки симплекса считается итерацией и после ее возникновения осуществляется изменение размеров симплекса (уменьшения) после чего процедура повторяется.
Оценка динамических свойств системы
Устойчивость является необходимым, но не достаточным показателем САР. При исследовании систем автоматического регулирования приходится решать задачу обеспечения требуемых показателей качества переходного процесса: быстродействия, колебательности, перерегулирования, характеризующих точность и плавность протекания процесса.
Показатели качества принято определять по кривой переходного процесса и называть прямыми. Кривая переходного процесса может быть получена теоретически (как решение дифференциального уравнения системы, когда правая часть уравнения [входной сигнал] единичная ступенька) или экспериментально.
Пусть кривая переходного процесса системы имеет вид:
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Максимальное динамическое отклонение - максимальная разность между заданными и действительными значениями регулируемой величины в переходном режиме.
2. Максимальное перерегулирование - максимальное отклонение переходной характеристики от установившегося значения переходной величины, выраженное в относительных единицах. Обычно у max ? 20?30%.
(определяется как отношение разности двух соседних амплитуд, направленных в одну сторону, к большей из них в относительных единицах)
Для работоспособных систем ш ? 75?90%
4. Время регулирования - t регул - минимальное время от начала нанесения возмущения до момента, когда регулируемая величина будет оставаться близкой к установившемуся значению с заданной точностью; т.е.
? - постоянная величина, значение которой нужно оговаривать (обычно ?=2?5% h уст ).
Автоматическое проектирование систем управления является в настоящее время весьма актуальной задачей. Оно основывается на имитационном моделировании, которое стало возможным с появлением ЭВМ. Имитационное моделирование является продолжением существующих ранее физического и математического моделирования, и в большинстве случаев вытесняет их.
Физическое моделирование требует реальной установки, стоимость которой может быть высокой. Кроме того, физическое моделирование некоторых процессов практически невозможно. Математическое моделирование требует большого количества расчетов, высококлассных специалистов в области математики. Не все существующие в природе объекты
Можно достаточно полно описать математически. Существует большой класс объектов, математическое описание которых очень сложно.
Все перечисленные окна приложения интегрированы в основное окно. Организация рабочего пространства имеет следующие возможности:
· Динамическое изменение размеров окон, перераспределение места, занимаемого различными окнами;
· Организация окон, размещенных в одном месте рабочего пространства в виде вкладок;
· Создание новых областей для окон, деление старых областей для окон между несколькими окнами.
Главное меню содержит 5 основных пунктов:
1) Файл - работа с файлами в системе: открытие, сохранение моделей, закрытие окон и т.д.
2) Правка - работа с графическим редактором моделей: отмена, копирование, удаление и т.д.
3) Моделирование - настройки и непосредственный запуск моделирования.
4) Общие настройки системы - в частности, вход в систему в качестве администратора.
· Проект - создание нового проекта;
· Схема - создание новой схемы в текущем проекте;
2. Открыть проект - открытие проекта;
3. Сохранить - сохранение текущей схемы;
4. Сохранить как - сохранение текущей схемы под новым именем;
5. Сохранить проект как - сохранение проекта под новым именем;
6. Сохранить все - сохранить все схемы в проекте и сам файл проекта;
7. Закрыть - закрыть текущую схему;
8. Закрыть проект - закрыть все схемы проекта и сам проект;
(Примечание: схемы проекта и файл проекта должны сохраняться в одной папке).
1. Отменить - отмена последнего действия;
2. Повторить - повтор отмененного действия;
3. Вырезать - вырезать выделенные объекты из схемы;
4. Копировать - копировать выделенные объекты на схеме;
5. Вставить - вставить скопированные объекты в текущую схему.
6. Сохранить в библиотеку - сохранить измененные параметры блока в библиотеку;
7. Удалить - удалить выделенные объекты из схемы;
8. Выделить все - выделить все объекты на текущей схеме.
1. Запустить - запуск моделирования модели текущего проекта;
2. Остановить - остановка процесса моделирования;
3. Параметры - вызов формы параметров моделирования.
Добавление блока в редактор модели можно осуществить 2-мя способами:
1) Произвести двойной щелчок ЛКМ по изображению блока в библиотеке (по названию или рисунку). Блок будет размещен на текущей схеме в левом верхнем углу;
2) Произвести щелчок ЛКМ по изображению блока и не отпускаю клавишу перетащить блок в нужный редактор.
Состав библиотеки типовых элементов подробно описан в приложении 2.
Возможности по изменению библиотеки в режиме администратора описаны в приложении 3.
Возможности по расширению библиотеки обычным пользователям будут представлены в разделе 7, посвященному созданию ГЭС.
А 1 = 0,48; А 2 = 0,21; А 3 = 0,22;
· Максимальное динамическое отклонение: h уст = 0;
· Максимальное перерегулирование: max = 48%;
(для работоспособных систем у max ? 20?30%);
(для работоспособных систем ш ? 75?90%)
· Время регулирования: t p ег = 199 с.
Из вышеперечисленных расчетов можно сделать вывод о неработоспособности и неэффективности данной системы в обоих случаях. Показатели ( max , ) не удовлетворяют основным показателям качества, поэтому требуется коррекция (оптимизация) параметров системы.
Для оптимизации необходимо добавить в систему оптимизатор. Оптимизация ведется по интегральному квадратичному критерию качества:
Добавляем оптимизатор и получаем результаты:
1). Оптимизация для y s =0 & f = 1
А 1 = 0,06; А 2 = 0,015; А 3 = 0,01;
· Максимальное динамическое отклонение: h уст = 1;
· Максимальное перерегулирование: max = 6%;
· Время регулирования: t p ег = 17,94 с.
2). Оптимизация для y s =1 & f = 0
А 1 = 0,53; А 2 = 0,005; А 3 = 0,001;
· Максимальное динамическое отклонение: h уст = 0;
· Максимальное перерегулирование: max = 53%;
· Время регулирования: t p ег = 199 с.
Для того чтобы оценить качество оптимизации, составим сводную таблицу по критериям качества САУ до оптимизации и после оптимизации:
В курсовой работе приведено описание различных методов моделирования систем автоматического управления, промышленных регуляторов, объектов управления. Изложен метод Эйлера для решения дифференциальных уравнений первого порядка. Приводится описание пакета SIMOPT, его назначение и функции, описание работы в этом пакете, систему графического представления результатов и оптимизацию.
Были выполнены поставленные перед нами задачи:
1. В данной курсовой работе была выполнена программная реализация на языке С++ в среде C++Builder 2010 имитационной модели системы управления, состоящей из ПИ-регулятора и инерционного объекта 1-го порядка с запаздыванием.
2. Моделирование работы системы управления выполнено для двух случаев: y s =0 & f = 1 и y s =1 & f = 0. Данные, полученные в результате моделирования, использованы для построения графиков переходных процессов и фазовых портретов в MS Excel. Определены динамические показатели качества САР.
3. Изучены принципы работы с системой моделирования SIMOPT, и с ее помощью выполнен прогон имитационной модели для двух выше указанных случаев. Также были определены характеристики переходных процессов, полученных при помощи SIMOPT.
4. Выполнена оптимизация параметров ПИ-регулятора для обоих случаев средствами SIMOPT. В качестве критерия оптимизации использовался интегральный квадратичный критерий качества. Оптимизация проводилась симплекс - методом. Сравнение показателей качества переходных процессов, построенных при заданных настройках регулятора и оптимальных, показывает их значительное улучшение при использовании оптимальных настроек.
Клиначёв Н.В. Теория систем автоматического регулирования и управления: Учебно-методический комплекс. - Offline версия 3.6. - Челябинск, 2005. - 652 файла, ил.
Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование. - СПб.: Питер; Киев: Издательская группа ВНV, 2004. - 847 с.: ил.
Советов Б.Я. Моделирование систем: Учеб. для вузов/ - М: Высш. Шк., 2005. - 343 с.: ил.
Автоматизированное проектирование систем управления. Под ред. М. Джамшиде, Ч.Дж. Херчета. - М.: Машиностроение, 1989. - 340 с.
Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ. - М.: Радио и связь, 1988. - 231 с.
Труды Московского ордена Ленина Энергетического института. Вып. XVII. Под ред. Г.И. Круга. - М.: МЭИ, 1986. - 212 с.
Дейтел Х, Дейтел П. Как программировать на С++. М.: BHV, 2001.
Моделирование объектов САР, объекта управления. Особенности параметрической оптимизации. Описание пакета ИМОДС: назначение и функции, система файлов, структура меню пользователя. Описание программы и моделируемых объектов. Оценка параметров системы. курсовая работа [1,3 M], добавлен 16.02.2013
Моделирование имитационной модели системы управления, состоящей из ПИ-регулятора и инерционного объекта второго порядка. Прогон и оптимизация модели на системе имитационного моделирования ИМОДС. Оценка параметров системы до и после оптимизации. курсовая работа [1,3 M], добавлен 17.02.2013
Описание входных и выходных данных. Общая характеристика и требования к проектируемой программе, ее структуре и функциональным компонентам. Выбор и обоснование средств разработки, разработка интерфейса пользователя. Требования к программному обеспечению. курсовая работа [1,4 M], добавлен 12.05.2016
Проектирование программы для предприятия ООО "Чудо свечи" в среде программирования Borland Delphi. Произведение расчета системы методом аддитивной оптимизации. Требования к функциям, выполняемым системой, к программному и аппаратному обеспечению. курсовая работа [2,8 M], добавлен 27.02.2015
Теоретические основы метода оптимизации. Разработка компьютерной системы для решения задач многомерной безусловной оптимизации методом Хука-Дживса с минимизацией по направлению. Описание структуры программы и результаты ее отладки на контрольных примерах. курсовая работа [595,4 K], добавлен 13.01.2014
Общее описание и особенности использования программы, предназначенной для определения нечетных чисел, находящихся в массиве чисел. Листинг и методы оптимизации данной компьютерной программы. Источники оптимизации кода, описание выполненных команд. лабораторная работа [17,4 K], добавлен 25.03.2011
Преобразование формулы и решение ее с помощью Метода Эйлера. Моделирование метода оптимизации с функцией Розенброка. Поиск модели зашумленного сигнала. Нахождение минимума заданной целевой функции методом покоординатного спуска нулевого порядка. курсовая работа [1,2 M], добавлен 21.12.2013
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Оптимизация САУ в SIMOPT курсовая работа. Программирование, компьютеры и кибернетика.
Контрольная работа: Преобразователь двоичного кода от 0 до 255 в двоично-десятичный код
Российская Спортивная Диссертация
Деятельность Д А Кунаева Реферат
Социальная Отчетность Курсовая
Кондитерские Изделия Курсовая
Реферат: Особенности восприятия жизненных ситуаций девиантными детьми
Определение резервов снижения себестоимости продукции и услуг
Реферат по теме Экскурсия: Памятник княгине Ольге в Пскове
Токсикология Боевых Отравляющих Веществ Реферат
Дипломная Работа На Тему Нанотехнологии В Машиностроении России
Курсовая работа по теме Человек в конфуцианской модели культуры
Курсовая работа: Статистическое исследование свойств псевдослучайных чисел получаемых методом Джона фон Неймана
Реферат по теме Заготовительные операции кузовной штамповки
Курсовая работа: Организация основного и вспомогательного производств на деревообрабатывающих предприятиях
Судовые Системы Реферат
Реферат Гост 2022 Содержание
Строение эукариотической клетки
Контрольная Работа На Тему Исследование Систем Управления
Сделать Контрольную Работу На Заказ Для Заочников
Реферат: Методические рекомендации к учебнику «Обществонедение : гражданин, общество, государство» : 5 кл. Пособие для учителя / Л. Н. Боголюбов, Н. Ф. Виноградник. Н. И. Городецкая и др.; Под ред. Л. Ф. Ивановой. М просвещение, 2003 предисловие
Міжнародні та європейські стандарти організації перевезень небезпечних вантажів та їх вплив на національне законодавство - Международные отношения и мировая экономика статья
Анализ деятельности фирмы - Маркетинг, реклама и торговля курсовая работа
Мовна структура оголошення - Журналистика, издательское дело и СМИ курсовая работа