Особенности решения задач с применением нелинейных и дискретных блоков Vissim'а




Безусловные безинерционные нелинейные блоки Vissim'а

Безусловные нелинейные блоки Vissim'а имеют один вход и один выход и позволяют путем объединения с другими блоками:

  • проводить арифметические и алгебраические вычисления;
  • создавать генераторы сложных сигналов, сигналов, изменяющихся с течением времени требуемым образом;
  • создавать составные блоки с заданными статическими характеристиками.

Краткое описание безинерционных нелинейных блоков:

Рис. 2 Безинерционные нелинейные блоки и их краткие характеристики

Блоки из библиотек Arithmetic и Transcendental преобразуют входной сигнал в соответствии с одноименной блоку математической функцией:

Рис. 3 Примеры моделей, составленных в Vissim'е из нелинейных блоков, для проведения алгебраических вычислений

 

Собирите схемы, показанные на рис.3, проверте их работы при различных начальных значениях.

 

Рис. 4 Генераторы сигналов, построенные с использованием нелинейных блоков sin (вычисления синуса) и exp (вычисления ех, где х - входной сигнал блока exp)

Соберите схему, показанную на рис.4, и проверте ее работоспособность.

Условные и управляемые дискретные блоки Vissim'а

  • Булевы (логические) блоки
  • Компараторы
  • Переключатели

Условные и управляемые дискретные блоки это блоки булевой алгебры (Boolean - см. рис.1), компараторы, а также очень важные и полезные блоки-переключатели case и merge из библиотеки нелинейных блоков (Nonlinear - см. рис.1).

С помощью условных и дискретных блоков может быть создана модель дискретной системы управления, реализующей как простую, так и более сложную логику. Например, это системы управления магнитным пускателем асинхронного двигателя и лифтом. Управление такими системами основано на сравнении контролируемых величин и включении и выключении в соответствии с заранее установленными правилами (логикой) некоторых переключателей, изменяющих режим работы элементов системы управления. Наконец, с помощью условных и дискретных блоков можно создавать модели сложных нелинейных звеньев САР и объектов управления.

Собственно булевы блоки

Алгебра Буля (алгебра логики) это математический аппарат, который применяется для описания т.н. дискретных систем управления, т.е. таких систем, в которых используются устройства сравнения и ключи (переключатели).

Блоки булевой алгебры имеют один или два входа и один выход и работают в соответствии с булевой алгеброй. Входные и выходные сигналы булевых блоков Vissim'а (рис.1) могут быть равны только 0 (false - Ложь) или 1 (true - Истина).

Рис. 5 Примеры работы булевых блоков Vissim'а

Для наглядности действия этих блоков описываются с помощью таблиц истинности:

Рис. 6 Логические (булевские) блоки Vissim'а и значения их выходных сигналов при различных комбинациях входных

Соберите схемы, подобные приведенным на рис.6, для всех четырех булевых блоков и промодулируйте их работу.

Компараторы

В практике дискретного (например, включить - выключить) управления объектами требуется анализировать состояние контролируемых величин и в зависимости от соотношения между некоторыми из них осуществлять переключение режимов работы объекта управления. Сравнением занимаются компараторы (сравнивающие устройства).

Компараторы - это устройства, сравнивающие поступающие на них сигналы, и, в зависимости от соотношения их величин и свойств конкретного компаратора, вырабатывающие логические ноль (0) или единицу (1) или короткий импульс, отмечающий момент выполнения некоторого условия. Vissim предлагает исследователю следующие виртуальные блоки-компараторы из библиотек Boolean и Nonlinear (см. рис. 1):

Рис. 7 Некоторые компараторы Vissim'а и пояснение логики их работы

Кроме того, компаратором является блок crossDetect из библиотеки Nonlinear, отмечающий коротким импульсом момент пересечения входным сигналом заданного уровня.

В исходном состоянии на выходе блока логический ноль (0). Если входной сигнал меньше заданного уровня и увеличивается, то в момент его равенства заданному уровню блок вырабатывает короткий импульс, равный на одном шаге интегрирования единице. Если входной сигнал, уменьшаясь, сравнивается с заданным уровнем, то на выходе блока вырабатывается на один шаг моделирования минус единица. Блок вырабатывает только один короткий импульс и тогда, когда на его вход поступает единичная ступенчатая функция, далее во времени, несмотря на то, что на входе продолжает действовать 1, на выходе блока crossDetect все равно ноль.

Переключатели

Переключатели (управляемые и работающие по условию коммутаторы) это блоки merge и case, подключающие в зависимости от управляющего сигнала к выходу те или иные свои входы, и блок Button, выходной сигнал которого может быть изменен с 0 на 1 и обратно исследователем щелчком мыши.

С помощью переключателей можно строить модели, структура схем которых изменяется в зависимости от величины подаваемых на переключатели управляющих воздействий, а также сложные нелинейные блоки.

Главный блок переключения: merge (в переводе буквально - слияние, объединение) Vissim'а выносится на рабочее пространство из библиотеки Blocks - Nonlinear. Он пропускает на свой выход сигнал с третьего, нижнего входа, пока на его первом входе сигнал меньше единицы по величине. В противном случае, когда сигнал на первом (верхнем) входе равен или больше единицы, блок пропускает на выход сигнал со второго сверху входа:

Рис. 8 Пояснение принципа действия блока merge. В момент времени, равный 1 сек выходной сигнал блока линейно растущего сигнала ramp, подаваемый на верхний, управляющий вход блока merge, достигает значения 1, и блок merge переключает выход с третьего входа на второй

С помощью блока merge в модели реализуются и структуры, аналогичные условным операторам (if else) в языках программирования высокого уровня.

Блок case (Blocks - Nonlinear) имеет несколько входов и подключает к выходу сигнал с того входа, номер которого равен уровню сигнала, подаваемого на верхний, управляющий вход case блока.

С помощью блока case в модели реализуются и структуры, аналогичные оператору-переключателю (switch) в языках программирования высокого уровня.

Button (Blocks - Signal Producer) - виртуальная кнопка, выходной сигнал которой меняется с нуля на единицу и обратно при щелчке по ней правой кнопкой. При этом блок меняет цвет с белого (0) на красный (1) и обратно. Это позволяет исследователю управлять сигналами и структурой модели в процессе моделирования.

Особенности решения задач с применением нелинейных и дискретных блоков Vissim'а

Решение задач в моделирующих программах по созданию моделей, в которых сигналы или структура меняются в зависимости от выполнения некоторых условий, схожа с составлением блок-схемы алгоритма для составления программы с условиями на языке высокого уровня. В то же время здесь имеются особенности, связанные с тем, что Vissim на каждом шаге моделирования пересчитывает все сигналы всех блоков заново.

Статические условия

Статические условия предполагают сравнение величин, получаемых в одном и том же такте моделирования.

Для выполнения нескольких условий могут быть использованы несколько блоков управляемых переключателей merge:

 

Рис. 9 Структура модели для получения кусочно-линейной аппроксимации непрерывной функции

Динамические условия

  1. Обновление на каждом шаге моделирования
  2. Логика магнитного пускателя асинхронного электродвигателя
  3. Сохранение значения выходного сигнала блока merge

Выше рассмотрены условия, которые назовем статическими, поскольку операции сравнения выполняются безотносительно к текущему времени. Здесь происходит сравнение величин сигналов одного и того же такта моделирования.

Выделим также и динамические условия, в которых осуществляется сравнение не только величин, значения которых получены на текущем шаге моделирования (интегрирования), но и на предыдущих. Для такого сравнения требуется использовать блоки с памятью хотя бы на один шаг. И такие блоки есть в Vissim'е.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-12-28 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: