Xcos AUTOMATIZACIJA - sfsb.unios.hrmcicak/AU/L4.pdf · 8.1.2018. 1 AUTOMATIZACIJA Laboratorijske...
-
Upload
truonghuong -
Category
Documents
-
view
280 -
download
3
Transcript of Xcos AUTOMATIZACIJA - sfsb.unios.hrmcicak/AU/L4.pdf · 8.1.2018. 1 AUTOMATIZACIJA Laboratorijske...
8.1.2018.
1
AUTOMATIZACIJALaboratorijske vježbe – Octave, Scilab /(MatLab/Simulink)
1.Uvod u MatLab (Octave, Scilab)
2.Matematičko modeliranje komponenti sustava
3.Octave (Matlab, Scilab) u analizi automatskih
sustava pomoću prijenosne funkcije
4.Modeliranje i simulacija sustava pomoću
Scilab/Xcos (Simulink-a )
5.Vremenski odzivi sustava za različite koeficijente
prigušenja (Po, P1, P2)
6.Utjecaj parametara PID regulatora i vremenskog
kašnjenja na odziv i amplitudno fazno frekvencijsku karakteristiku sustava (P, PI, PID).
7.Kolokvij
2
Xcos
Softver za simulaciju dinamičkih sustava
- softverski paket za modeliranje, simulaciju i
analizu dinamičkih sustava. U njemu je
moguće modelirati linearne i nelinearne
sustave, u kontinuiranom i diskretnom
vremenu.
- osigurava grafički interfejs za pravljenje
modela kao blok dijagrama, jednostavnim
klikom-izborom i prevlačenjem blokova na
radnu površinu.
Simulink
3
Upotreba Xcos / SIMULINK-a
• Upotrebljava se u dvije faze:
– formiranje simulacijskog modela
– analiza modela – simulacije
• U praksi se primjenjuju oba koraka iterativno
dok se ne dostignu željena ponašanja.
• Preporučuje se formiranje novog modela na
osnovu postojećeg, tj. ne treba raditi “sve iz
početka”.Nakon toga otvara se Xcos Palette
Browser. 4
Pokretanje Scilab/ Xcos
5
Prozor Xcos Palette Browser-a je podjeljen u
dva dijela. Sa lijeve strane se nalazi stablo u
kome su smještene sve biblioteke Xcos-a, dok
su sa desne strane prikazani svi blokovi koji
pripadaju izabranoj biblioteci.
Kroz meni i radnu liniju moguće je stvarati
nove modele, otvarati postojeći model,
održavati prozor uvijek vidljivim, pretraživati
blokove po imenu itd.
Palette Browser
biblioteke
Blokovi
Otvori
postojeći
model
Pronađi blok po nazivu
Opis bloka
8.1.2018.
2
7
Stvaranje novog modela• Pokretanjem Xcos otvara se prozor za
stvaranje novog modela ili
Novi model
Radna površina
modela
Izvrši model
Zaustavi
izvršavanje
8
Formiranje simulacijskog modela
• Upotrebljavaju se blokovi – tipična upotreba
• Formiranje modela podsjeća na crtanje blok-dijagrama
• Postoje biblioteke blokova– standardna biblioteka
– korisnikova biblioteka
• Blokovi se kopiraju iz biblioteke i povezuju vizuelno
• Blokovi posjeduju parametre koji se postavljaju na željene vrijednosti
• Parametri blokova se mogu mijenjati i u toku simulacije
9
Parametri simulacijeMogu se podesiti na sledeći način:
• Simulation->Setup (trajanje simulacije)
• Desni klik na objekt->
->Block Parameters
10
11
Kako Xcos / Simulink funkcionira?
1. svi parametri blokova se izračunavaju u Scilab-u i zamjenjuju brojnim vrijednostima
2. blokovi se sortiraju prema redoslijedu računanja (hijerarhija podsustava se ovdje ignorira)
3. provjeravaju se dimenzije veza među blokovima (broj izlaza predhodnog se mora slagati sa brojem ulaza narednog bloka)
4. prva faza simulacije:
– računaju se izlazi svih blokova na osnovu (početnih) stanja
5. druga faza simulacije:
– iterativno se računaju izvodi na osnovu tekućeg vremena, ulaza i stanja. Izračunati izvodi se prosljeđuju algoritmu za integraciju
6. osvježava se ekranski prikaz12
Osnovne grupe blokova
• Nedavno korišteni blokovi
• Kontinuirani vremenski sistemi
• Diskontinuirani
• Diskretni vremenski sistemi
• ….
• Izlazi - Sinks
• Ulazi - Sources
8.1.2018.
3
13
Postavljenje blokova
1. Drag and drop
2. Desni klik ->
Add to ‘Untitled’
14
Povezivanje blokova
1. Lijevim klikom
2. Desnim klikom
Sources
Sinks
15
Operacije sa blokovima
• Kopiranje
• Premještanje
• Promjena veličine
• Promjena parametara
• Brisanje
• Formatiranje izgleda
• Help
16
Formatiranje blokova
• Desni klik na željeni blok -> Format
PrijmerPrevođenje složenog sustava na
jednostavniji oblik.
CSOPE
- prikazuje signal na ulazu kao funkciju vremena.
Može imati višestruke y-osi sa uobičajenim
vremenskim opsegom. Možemo podešavati vrijeme i
opseg prikazanih vrijednosti, možemo pomjerati ili
uvećavati CScope prozor i možemo modificirati
njegove parametre u toku izvršenja simulacije.
- Scope blok dodeljuje boje svakom elementu signala.
8.1.2018.
4
Sumator
- - izvršava zbrajanje ili oduzimanje njegovih ulaza. U
dijalogu parametri blokova možemo izabrati oblik
ikone bloka, pravokutni ili kružni. Operacije bloka
specificiramo kroz parametar lista znaka. Plus (+),
minus (-).
Pojačalo
- množi ulaz u blok konstantom vrijednošću
(pojačanjem, dobitkom). Vrijednost pojačanja
specificiramo u parametru pojačanje. Parametar
množenja nam omogućava postavljanje množenja
skalarno ili matrično.
Blokovi za opis linearnih
kontinuiranih sustava
U ove blokove spadaju:
• Integrator,
• Derivator,
• Funkcija prijenosa sustava,
• Funkcija prijenosa sustava u
razdvojenom obliku
• Model sustava u prostoru stanja,
• Transportno kašnjenje
Integrator
- - integralni signal koji je doveden na njegov ulaz.
Simulink tretira itegrator kao dinamički sustav sa
jednim stanjem, njegovim izlazom. Izabrani algoritam
integracije (u Configuration Parameters prozoru)
izračunava izlaz iz bloka integratora u tekućem
vremenskom trenutku, koristeći ulaz u tekućem
trenutku i stanje sustava iz prethodnog trenutka.
Algoritmu integracije je takođe moguće proslijediti i
početni uvjet, kojim se inicira stanje sustava. Po
defaulte ta vrijednost je 0.
Primjer 1
24
Nagibna funkcija na ulazu
integratora, na izlazu će se dobiti
kvadratna funkcija.
8.1.2018.
5
25
Funkcija prijenosa sustava
Blok funkcije prijenosa sustava realizira
funkciju prijenosa linearnog sustava koja
se dobiva kao odnos likova izlaza i ulaza
sustava.
Parametri funkcijskog bloka:
Funkcija prijenosa sustava
Parametri ovog bloka su
koeficijenti brojnika i
nazivnika funkcije
prijenosa koji se
parametrima prosljeđuju u
vidu vektora. Apsolutna
tolerancija omogućava da
se kontrolira greška
prilikom rješavanja svih
stanja ovog sustava.
Primjer
Prijelazna funkcija
drugog reda.
29
Primjer
30
Primjer: jednostavan model
• Izraditi Xcos model za rješenje diferencijalne jednadžbe
• Početni uvjet
• Prvo, skicirati simulacijski model prema matematičkom modelu (jednadžba)
(3 min.)
tx 2sin3
.1)0( x
8.1.2018.
6
31
Simulacijski dijagram
• Ulaz je ugrađena funkcija 3sin(2t)
• Izlaz je rješenje diferencijalne jednadžbe
x(t)
• Izgraditi model u Xcos / Simulink
xx
s
13sin(2t)
(input)
x(t)
(output)
1)0( x
integrator
32
Označiti ulazni blok
Povucite Sine Wave blok iz Sourceslibrary u prozor modela
33
Spajanje blokova
• Postaviti kursor na
GENSIN_f blok
• Odvucite GENSIN_f
izlaz do Integrator
(INTEGRAL_f) ulaza
• Povucite Integrator
izlaz do CSCOPE
ulazaStrelica pokazuje smijer toka signala.
34
Podešavanje parametara
simulacije
Dvostruki klik na Sine Wave blok postaviteamplitude = 3 i frekvenciju = 2.
Ovaj produkt je željeni izlaz3sin(2t)
35
Podešavanje parametara
simulacije
Dvostruki klik na Integratorblok za postavljanje početnog uvjeta= -1.
x(0) = -1.
36
Podešavanje parametara
simulacije
8.1.2018.
7
37
Selektiranje parametara simulacije
Dvostruki klik na Scope kako bi vidjeli rezultate simulacije
38
Pokretanje simulacije
Pogledati izlaz x(t)
u SCSCOPEprozoru.
39
Simulacija rezultata
Za verifikaciju rješenja riješiti jednadžbu analitički.
Analčitički rezultat,
Odgovara točno skici(rezultat simulacije).
ttx 2cos)( 23
21
40
41
Primjer 2
Mehanički sustav mase povezan je s nepomičnom podlogom
pomoću amortizera i opruge. Djelovanjem dodatne sile na
masu dolazi do pomaka mase u odnosu na nepomičnu
podlogu za iznos x.
Zadane su procesne veličine: m = 20 kg
k = 500 kg/s2 D = 20 kg/s
F = 50 S(t) (N)
42
Uz pretpostavku da je izlazna varijabla sustava produljenje x, a ulazna varijabla
sustava dodatna sila F(t), potrebno je odrediti:
-matematički model i blokovsku shemu sustava
-diferencijalnu jednadžbu produljenja x kao funkciju dodatne sile F(t)
-prijenosnu funkciju
-prikaz sustava u prostoru stanja
-simulacijsku shemu
8.1.2018.
8
43
U stacionarnom stanju bez djelovanja sile vrijede fenomenološke jednadžbe:
Amortizer ne djeluje u stacionarnom stanju.
Sila amortizera je proporcionalna brzini.
Jednadžba kontinuiteta gibanja:
44
Blokovska shema
Simulacijska shema
45 46
Xcos model
Zadane su procesne veličine: m = 20 kg
k = 500 kg/s2 D = 20 kg/s
F = 50 S(t) (N)
47
Povucite Sum blok izMathematical Operations
Dvostruki klik za promjenu parametara za pravokutnik
48
Dvostruki klik za promjenu parametara.Dodati naslov.
Povući GAINBLK_f blok izMathematical Operations
Pojačanje 1/20
8.1.2018.
9
49
Povući Integrator blokove izContinuous library
Inicijalne vrijednostina integratorima su nula.
Dodati prikaz iz Sinks library.Spojiti ulaze sa izlazima.Ime signala uz dvostruki klik na vodeću liniju
50
Povući noveGAIN_f blokove izMathematical Operations
Dvostruki klik na blokove pojačala za postavljanje parametara
51
Dvostruki klik na Step blok za postavljanje parametara. Postaviti Final value na 50
Ulaz, jedinična odskočna
funkcija
52
Pokretanje simulacije
53
Rezultati
54
Primjer-Prijenosne funkcije
proba222
8.1.2018.
10
55
Za sustav opisan funkcijom prijenosa G(s) nacrtati odziv na step
pobudu.
Primjeri
56
Primjeri
Za sustav opisan funkcijom prijenosa G(s) nacrtati odziv na step
pobudu u otvorenoj vezi, a zatim u istom modelu u zatvorenoj negativnoj jediničnoj povratnoj vezi. Oba odziva nacrtati na istom grafu
i komentirati dobivene rezultate.
57
Primjeri
Za sustav opisan funkcijom prijenosa G(s) nacrtati odziv na step
pobudu u otvorenoj vezi, a zatim u istom modelu u zatvorenoj negativnoj jediničnoj povratnoj vezi. Oba odziva nacrtati na istom grafu
i komentirati dobivene rezultate.
58
30s
59
Zadatak1_opsk.zcos (30)
60
Xcos model
8.1.2018.
11
61
Rezultati
62
63 64
65