Расчёт математической модели в среде MATLAB
Содержание
Введение
. Выбор исходных параметров
.1 Выбор исходных параметров и структурой схемы
.2 Программирование скрипта (m-файла) для задания исходных
параметров
. Программирование воздействий
.1 Программирование m-функции для задающего воздействия
.2 Программирование блока «Signal Builder» для возмущающего
воздействия
. Расчет и программирование звена Wрег(p)
.1 Расчет параметров регулятора
.2 Программирование S-функции регулятора
. Проектирование Simulink-модели структурной схемы
. Программирование GUI-интерфейса
.1 Разработка внешнего вида GUI-интерфейса
.2 Программирование обработчиков GUI-интерфейса
Заключение
Список литературы
Приложения
Введение
Современное состояние науки и техники требует от инженерно-технических и
научных работников знания средств вычислительной техники и умения обращения с
современными программно-техническими комплексами. Эффективное использование
компьютеров для решения инженерных и научных задач невозможно без знаний
основных методов построения математических моделей, написания эффективного
программного обеспечения на языке программирования математического пакета
Matlab, использования математических систем.(сокращение от англ. «Matrix
Laboratory», в русском языке произносится как Матла́б) - пакет прикладных программ для решения
задач технических вычислений и одноимённый язык программирования, используемый
в этом пакете.
Цель данной курсовой работы - разработка и расчёт математической модели в
среде MATLAB.
1. Выбор исходных параметров
1.1 Выбор исходных параметров и структурной схемы
Численные данные выбираются по сумме последних двух цифр номера зачётной
книжки из таблицы 2 в методических указаниях.
Таблица 1 - Численные данные
|
K1
|
T1
|
τ1
|
К01
|
K2
|
τ2
|
Κ3
|
τ3
|
Κ4
|
Τ4
|
τ4
|
Κ5
|
|
9
|
1
|
1,2
|
1
|
0,6
|
0
|
10
|
0,08
|
2
|
0
|
0
|
0,01
|
Выбор структурной схемы производился по последней цифре номера зачётной
книжки из методических указаний. Был выбран рисунок 3.
Рисунок 1 - Структурная схема
Таблица 2 - Общий вид передаточных функций.
1.2 Программирование скрипта
(m-файла) для задания исходных параметров
В m-файл записываются исходные параметры:
2. Программирование воздействий
.1 Программирование m-функции для задающего воздействия
Форма задающего воздействия была выбрана из таблицы 3 в методических
указаний (по последней цифре варианта бланка задания на курсовое
проектирование). Был выбран 7 график. Параметры задающего воздействия
подбирались так, что бы переходные процессы на каждом горизонтальном участке
воздействия успевали бы закончится.
Рисунок 2 - Форма задающего воздействия
М-функция программируется в m-файле:
//vozd.m
Рисунок 3 - Функция для задающего воздействия
2.2 Программирование блока «Signal
Builder» для возмущающего воздействия
Возмущающее воздействие задаётся в виде импульса. Его длина может
выбираться произвольно, но заканчиваться оно должно в то время, когда задающее
воздействие выровняется.
Рисунок 4 - Возмущающее воздействие
.1 Расчет параметров регулятора
Передаточная функция Wрег(p) подбирается по формуле:
(3.1)
τmax = t1 = 1.2 (3.2)
τmin = t2 = 0,01 (3.3)
3.2 Программирование S-функции регулятора
Для того что бы построить s-функцию передаточного звена Wрег(p),
необходимо найти его структурную схему. Причём структурная схема должна
содержать только, усилители и интегрирующие звенья.
Рисунок 5 - Структурная схема передаточного звена Wрег(p).
После необходимо составить уравнения связывающие вход и выход модели:
y0[0]=u0[0]*t1[0]/t2[0]-xC[0]+xC[1]; (3.4)[0]=(u0[0]*t1[0]/t2[0]-xC[0])/t2[0];
(3.5)[1]=(u0[0]-xC[1])/t2[0]; (3.6)
Потом заполняются закладки блока, где указываются: имя S-функции,
количество интеграторов, тип модели, параметры t1 и t2, уравнения связывающие
вход и выход модели. Затем блок компилируется, в результате чего получается
рабочая S - функция.
программирование модель математическая интерфейс
Рисунок 6 - заполнение блока S-Function Builder
Листинг S-функции представлен в приложении А.
4. Проектирование Simulink-модели структурной схемы
Для проектирования Simulink-модели структурной схемы необходимо было
использовать библиотеку Simulink Library Browser, из которой для данной
структурной схемы были взяты блоки: Clock, Transfer Fcn, MATLAB Fcn, S-Function
Builder, Gain, Signal Builder, Out, Sum.
Рисунок 7 - Simulink-модель структурной схемы.
5. Программирование GUI-интерфейса
.1 Разработка внешнего вида GUI-интерфейса
В соответствии с заданием, разработанная математическая модель должна
иметь графический интерфейс. Он должен включать в себя окно для вывода графика,
поле для ввода значения К, кнопку для запуска модели и кнопку для очистки
графика.
Для разработки внешнего вида GUI-интерфейса были использованы блоки: Push
Button, Edit Text, Static Text, Axes.
Рисунок 8 - Внешний вид GUI-интерфейса.
5.2 Программирование обработчиков GUI-интерфейса
После создания интерфейса необходимо запрограммировать обработчики в M-
file Editor. Для этого находим обработчики событий кнопки и прописываем
следующее:
) для кнопки click
Рисунок 9 - программирование кнопки click
) для кнопки Clear axes
Рисунок 10 - программирование кнопки clear_axis
Заключение
В ходе курсового проектирования была разработана и рассчитана
математическая модель в среде Matlab. Были закреплены на практике знания,
полученных при изучении курса «Языки программирования», и был приобретён опыт
самостоятельной разработки прикладного программного обеспечения для решения
расчетных задач для персонального компьютера.
Список литературы
Половко А.М. Matlab для студентов. 2005. - 319 с.
Гультяев А.В. Визуальное моделирование в среде Matlab. Учебник для вузов.
- СПб. Санкт-Питербург. 2006. - 440 с.
Дьяконов В.И. Matlab: учебный курс. - СПб. Санкт-Питербург. 2001.-592с.
Методические указания и задания к курсовому проектированию
для студентов специальности 140607 «Электрооборудование автомобилей и
тракторов». Могилев 2010г. Сост. К.В. Овсянников - Могилев: Белорус.-Рос. ун-т,
2010. - 13 с.
Приложение А
Тексты разработанных m-файлов
1. Исходные параметры mfile.m:
. Листинг задающего воздействия vozd.m:
Листинг GUI-интерфейса
. Листинг S-функции
Приложение Бмодель и графики переходных процессов
Рисунок 11 - Simulink-модель.
Р
Рисунок 12 - График задающего воздействия
Рисунок 13 - График возмущающего воздействия.
Рисунок 14 - График выходной величины.
Рисунок 15 - График сигнала ошибки.
Приложение В
Снимки GUI-интерфейса
Рисунок 16 - Снимок GUI-интерфейса.