Теоретическая часть.
1. Составление технического задания на разработку программы.
Цель настоящей лабораторной работы - правильно составить ТЗ на разработку программ. Составление ТЗ это начальный и, пожалуй, один из самых главных процессов разработки программ. Ошибки в нем чреваты очень серьезными последствиями. Для правильного понимания составления ТЗ в Приложении 1 изложен план написания ТЗ.
2. Разработка физической и математической модели.
Задача четко поставлена, теперь нужно сформулировать для нее математическую модель. Это очень важный шаг в процессе решения, и его надо хорошо обдумать. Выбор модели существенно влияет на остальные этапы в процессе решения.
Математическая модель - это совокупность математических зависимостей, описывающих функционирование объекта.
Применительно для АСР необходимо сформулировать математические формулы для А(
), 
, формулы для температуры в сушильной камере, формулы переходного процесса. Сделав пробный выбор математической структуры, задачу следует переформулировать в терминах соответствующих математических объектов.
3. Составления алгоритма решения задачи и его анализ.
Как только задача четко поставлена и для нее построена модель, мы должны приступить к разработке алгоритма ее решения. Выбор метода разработки, зачастую сильно зависящий от выбора модели, может в значительной степени повлиять на эффективность алгоритма решения. Два разных алгоритма могут быть правильными, но очень сильно отличаться по эффективности.
При разработки алгоритма важно оценить такие его характеристики, как скорость, точность, требуемая память, средства ввода и вывода. При этом исходя из того, что важнее для конкретного случая выбирается подходящий алгоритм. Разработка алгоритма должна осуществляться с помощью правил структурного программирования применительно к рассмотренной задаче алгоритм ее выполнения представьте как структурное программирование «сверху-вниз», т.е. вначале рассмотрите задачу более укрупненно, затем постепенно детализируйте блоки задачи, каждый раз все более и более конкретно.
После разработки алгоритма необходимо убедится в том, что он правильный. Доказательство правильности построенного алгоритма не может быть проведено экспериментально, т.е. с помощью прогона программы, реализующей данный алгоритм на различных тестах, а необходимо строгое математическое доказательство правильности. Применительно к нашей задаче предложим следующую общую методику доказательства правильности алгоритма. Так как алгоритм описан в виде последовательности шагов, скажем, от шага 0 до шага m, необходимо предложить некое обоснование правомерности для каждого шага. В частности, может потребоваться лемма об условиях, действующих до и после пройденного шага.
4. Составление программы и ее проверка.
Как только алгоритм выражен, допустим, в виде последовательности шагов и мы убедились в его правильности, настает черед реализации алгоритма, т. е. написания программы для ЭВМ.
Написание программы зависит от многих качеств, как объективных, так и субъективных. Но среди всех аспектов целесообразно выделить такие, как выбор языка программирования, выбор структуры данных, типы оборудования, на которых будет эксплуатироваться программа, тип интерфейса, который необходим для работы этой программы и многое другое.
После написания программы необходимо ее отладить и протестировать.
Отладка программы включает в себя проверку на синтаксические, логические и подобные ошибки. Отладка делится в свою очередь на два этапа: отладка синтаксиса и отладка семантики. Исправление синтаксических ошибок - первый процесс отладки - это то, что транслятор делает самостоятельно. Следующим этапом является отладка на семантические ошибки. С этой целью на схеме выделяются места, где будут использоваться средства отладки, и принимаются решения о том, какие средства будут применены. Чаще всего в качестве отладочных средств применяются дополнительные печати. Отладочные средства ставятся в узловых точках схемы, на входах в процедуры; на длинных линейных участках ставят промежуточные печати. Если есть возможность, организуются аварийные выдачи, используются различные отладочные режимы системы.
После того как исправлено множество синтаксических, логических ошибок и ошибок редактора, программу можно «прогнать» на простом примере (таком, который может быть проверен вручную). Таким образом начинается процесс тестирования программы. Несовпадение результатов программы с результатами тестов - признак наличия ошибки. Как выбрать входные данные для тестирования? На этот вопрос невозможно дать общего ответа. Обычно множество всех вводов огромно и полная проверка практически невозможна. Мы должны выбрать множество вводов, которые проверяют каждый участок программы. Надо обязательно достаточно полно проверить случаи, которые с большой вероятностью встретятся в практике. Редко можно гарантировать правильность программы, но мы можем и должны провести соответствующую проверку, чтобы быть достаточно уверенными в этом.
Программы следует тестировать также для того, чтобы определить их вычислительные ограничения.
5. Разработка документации по пользованию программой.
На самом деле этап документации не является последним шагом. Процесс документации должен переплетаться со всем процессом построения алгоритма, и особенно с этапами разработки и реализации. Документация включает в себя всю информацию и помогает объяснить, что делается в программе, т. е., в частности, блок-схемы, описания ступеней в вашем построении сверху-вниз, вспомогательные доказательства правильности, результаты тестирования, детальные описания формата и требований к вводу/выводу и т.д.
В простейшем случае документацию можно разбить на 3 составляющие:
функциональную часть, где определяется назначение программы, метод решения, требования к входным и выходным данным, ссылки на литературу;
программная часть, дающая подробное описание метода решения, блок-схему, текст программы, детали реализации языка и компилятора, использование библиотеки или внешних модулей, требования к точности представления чисел, детали работы с файлами, эксплуатацию работы в интерактивном режиме и т.п.
эксплуатационные процедуры, состоящие из требований к техническому обеспечению, типу ЭВМ, размеру памяти, периферийным устройствам и другое.
При написании документации соблюдайте золотое правило: оформляйте ваши программы в таком виде, в каком вам хотелось бы видеть программы, написанные другими.
Следует отметить, что наиболее употребляемая часть среди программной документации - это руководство оператора. Ситуация осложняется тем, что такое руководство читают, как правило, люди, мало подготовленные для квалифицированной работы с программами. Поэтому именно для них требуется писать документацию на понятном и доступном языке. Кроме того, эта документация должна охватывать, по-возможности, все или хотя бы основную часть вопросов, с которыми сталкивается пользователь при работе с прикладной программой, для которой разработана документация. В последнее время очень широкое распространение получило руководство пользователя (по существу являющееся руководством оператора). В качестве примера в Приложении 3 приведена модель руководства пользователя при работе с диалоговой прикладной программой.
Содержание курсовой работы:
Теоретические положения определения устойчивости АСР температуры сушильной камеры
Функциональная схема АСР
Рис.1. Функциональная схема АСР в сушильной камере
Компоненты системы
1.Передаточную функцию объекта регулирования - сушильной камеры
, (1)
где S - параметр Лапласа, который при нулевых начальных условиях отождествляется с оператором дифференцирования S = d/dt;
- изображение по Лапласу температуры воздуха в камере;
Q(s) - изображение по Лапласу расхода подаваемого пара;
Коб - коэффициент передачи (усиления) сушильной камеры;
Т1 - постоянная времени сушильной камеры, - мера инерционности объекта регулирования.
2. Передаточная функция датчика температуры - манометрического термометра с пневмопреобразователем:
, (2)
где Рфакт(S) - изображение по Лапласу фактической температуры в камере в виде аналогового сигнала - давление на выходе датчика Pфакт;
Kд - коэффициент передачи датчика;
3. Передаточная функция пропорционального регулятора:
, (3)
где P(S) - изображение по Лапласу давления сжатого воздуха,
Kр - коэффициент усиления регулятора;
Рзад(S) - изображение по Лапласу управляющего воздействия (положение задатчика регулятора).
4. Передаточная функция исполнительного механизма:
, (4)
где К исп - коэффициент передачи (усиления) исполнительного механизма;
Передаточная функция АСР в разомкнутом состоянии W(S)раз, равна произведению передаточных функций отдельных элементов (звеньев).
(5)
Передаточная функция АСР в замкнутом состоянии:
(6)
Для определения устойчивости необходимо определить:
а) амплитудно-частотной характеристика АСР в разомкнутом состоянии
б) фазово-частотной характеристика АСР в разомкнутом состоянии
Расчет устойчивости АСР
а) Записывается дифференциальное уравнение в операторной форме для АСР в разомкнутом состоянии (рассчитывается выражение (5)).
б) От преобразований Лапласа переходят к преобразованиям Фурье, с помощью замены S=j 
в выражении (5), где 
, - круговая частота входных воздействий на АСР.
в) Разделяют переменные в W(S)раз в виде 
г) Рассчитываются формулы вычисления значений амплитудно-частотной А(w) и фазово-частотной j(w) характеристик АСР в разомкнутом состоянии.
(7)
д) Вычисление значений 
, 
на всем диапазоне частот 
=0, 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 1000, 10000, 1000000 дает возможность построить амплитудно-фазовую частотную характеристику (АФЧХ) системы в разомкнутом состоянии и определить запасы устойчивости АСР по фазе (
) и амплитуде (а).
На графике АФЧХ устойчивой АСР будет иметь вид (рис.2) не устойчивой (рис.3)
Рис.2. АФЧХ устойчивой АСР Рис.3. АФЧХ неустойчивой АСР
е) Определите устойчивость Вашей АСР в соответствие с вариантом задания.