Застосування систем моделювання в дисципліні «сучасна теорія управління динамічними системами» бакалаврів спеціальності «комп’ютерні науки»

N. M. Ershova, N. O. Velmahina

Анотація


Мета статті – показати можливості системи моделювання МВТУ 3.7 для дослідження перехідних процесів складних динамічних систем і доцільність її використання в навчальному процесі. Методика. Комп'ютерна техніка й інформаційні технології – основні інструменти роботи сучасного ІТ- фахівця, тому якісна підготовка студентів у цій галузі має велике значення в загальній системі підготовки фахівців і багато в чому визначає міру засвоєння матеріалу на старших курсах. Відсутність у сучасних алгоритмічних мовах програмування бібліотек стандартних програм розвязання інженерних задач, що найчастіше зустрічаються, дуже утруднює процес створення програмних продуктів для дослідження складних динамічних систем. На допомогу приходять системи моделювання, математичною базу яких складає теорія автоматичного управління. Існують єдині принципи їх створення, в основу яких закладений опис структурних схем – у графічному зображенні математичної моделі. Система моделювання МВТУ 3.7 дозволяє моделювати перехід ні процеси, досліджувати стійкість і виконувати синтез параметрів коливальних процесів різних технічних пристроїв: механічних, гідравлічних, теплотехнічних, електротехнічних та ін., у тому числі засобів і систем автоматики. Обмежена версія застосована до технічних пристроїв з 15 степенями свободи. У системі моделювання МВТУ 3.7 основна роль відводиться графічному редактору, з його допомогою на екрані дисплея створюється схема моделювання за структурною схемою досліджуваної системи. Блоки структурної схеми вибираються з графічної бази даних за допомогою миші. Графічна база даних розміщена на екрані дисплея поряд із робочим полем. Після створення схеми моделювання робиться призначення параметрів функціональних блоків, вибір методу інтеграції і призначення параметрів інтеграції. Потім здійснюється запуск процесу моделювання. У працях  [1; 2; 7; 8] наведено основні відомості стосовно математичного моделювання систем автоматичного регулювання (САР). Математичні моделі коливальних процесів колісних машин мають свою специфіку створення. У працях [3; 4] розглянуто процес створення математичних моделей коливальних процесів автомобілів для різних розрахункових схем. Можливості системи моделювання МВТУ 3.7 для дослідження вільних і вимушених коливань, аналізу стійкості руху за розгорнутою структурною схемою простої моделі розглянуті в публікації [4] і реалізовані в лабораторних роботах дисципліни «Сучасна теорія управління динамічними системами» навчального плану бакалаврів спеціальності «Комп'ютерні науки». Отримано перехідні характеристики, фазові портрети, графіки вільних і вимушених коливань. Розгорнута структурна схема механічної системи з двома степенями вільності дуже складна, але дозволяє побудувати тільки одну фазову траєкторію. Отже, оцінювання якості складних динамічних систем слід проводити за укрупненою структурною схемою шляхом аналізу перехідних характеристик. У цьому випадку блоки схеми мають складні передатні функції, для реалізації яких у бібліотеці динамічних ланок є блок загального вигляду. Усі параметри блока мають розмірність секунда. Виникає проблема переходу від математичної моделі досліджуваної системи до математичної моделі для побудови укрупненої структурної схеми і перетворення передатних функцій до передатної функції динамічної ланки загального вигляду. Результати. Запропоновано методику дослідження перехідних процесів складних динамічних систем у системі моделювання МВТУ 3.7 шляхом створення укрупнених структурних схем і використання динамічної ланки загального вигляду. Наукова новизна. Отримані в результаті моделювання перехідні характеристики усіх динамічних ланок дозволяють оцінити якість складної системи і перевірити стійкість коливальних процесів. Практична значущість. Пропонована методика зручна в застосуванні і дозволяє отримувати не лише графіки процесів, а і їх табличні значення. Рекомендується для використання в дисципліні «Теорія комп'ютерного проектування складних об'єктів і систем» навчального плану магістрів спеціальності «Комп'ютерні науки».


Ключові слова


структурна схема; схема моделювання; динамічна ланка; передатна функція; перехідна характеристика; коливальний процес; стійкість; математична модель

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Kartashov B.A. Sistemy avtomaticheskogo regulirovaniya [Systems of automatic regulation]. Rostov-na-Donu: Feniks, 2015, ed. 2, 458 p. (in Russian).

Kotov E.A., Maksimov A.M., Pol’skij V.A. and Skvorcov L.M. Programmnyj kompleks dlya avtomatizirovannogo issledovaniya i proektirovaniya promyshlennykh robotov [The software package for computer-aided research and design of industrial robots]. Мoskva: Mashinostroenie, 1991, 56 p. (in Russian).

Ershova N.M. and Ershov V.I. Modelirovanie i optimizaciya kolebatelnyx protsessov kolesnyx mashin [Modeling and optimization of processes of vibrational-wheeled vehicles: Lectures]. Dnepropetrovsk: PGASA, 2001, 148 p. (in Russian).

Ershova N.M. Sovremennye metody teorii proektirovaniya i upravleniya slozhnymi dinamicheskimi sistemami [Modern methods of the theory of design and management of complex dynamical systems]. Dnepropetrovsk: PGASA, 2016, 272 р. (in Russian).

Krutko P.D., Maksimov A.M. and Skvorcov L.M. Algoritmy i programmy proektirovaniya avtomaticheskikh sistem [Algorithms and software design of automatic systems]. Мoskva: Radio i svyaz, 1988, 306 p. (in Russian).

Kozlov O.S., Kondakov D.E., Skvorcov L.M. and Khodakovskij V.V. Instrukciya polzovatelya programmnym kompleksom “Modelirovanie v texnicheskix ustroystvax” (PK “MVTU”, versiya 3.6) [Manual software package "Simulation in Technical Devices" (PC "SITD", version 3.6)]. Moskva: MGTU im. N.E. Baumana, 2008, 187 p. (in Russian).

Pupkov K.A., Egupov N.D. Metody klassicheskoj i sovremennoj teorii avtomaticheskogo upravleniya [Methods of classic and present theories of automatic management]. Metody teorii avtomaticheskogo upravleniya [Methods of the theory of automatic control]. Мoskva: MGTU im. N.E. Baumana, 2004. (in Russian).

Kartashov B.A. Praktikum po avtomatike. Matematicheskoe modelirovanie sistem avtomaticheskogo regulirovaniya [Workshop on automation. Mathematical modeling of the automatic control systems]. Moskva: KolosS, 2004, 184 p. (in Russian).


Пристатейна бібліографія ГОСТ


Системы автоматического регулирования: практикум по математическому моделированию / Б. А. Карташов [и др.] ; под ред. Б. А. Карташова. – 2-е изд., перераб. и доп. – Ростов-на-Дону : Феникс, 2015. – 458 с. : ил. – (Высшее образование). – Библиогр.: с. 452–453.

 

Программный комплекс для автоматизированного исследования и проектирования промышленных роботов / Котов Е. А., Максимов А. И., Польский В. А., Скворцов Л. М. – Москва : Машиностроение, 1991. – 71 с.

 

Моделирование и оптимизация колебательных процессов колесных машин : конспект лекций / ПГАСА ; сост. Н. М.  Ершова, В. И. Ершов. – Днепропетровск : ПГАСА, 2001. – 148 с.

 

Ершова Н. М. Современные методы теории проектирования и управления сложными динамическими системами : монография / Н. М. Ершова. – Днепропетровск : ПГАСА, 2016. – 272 с.

 

Крутько П. Д. Алгоритмы и программы проектирования автоматических систем / П. Д. Крутько, А. И. Максимов, Л. М. Скворцов ; под ред. П. Д. Крутько. – Москва : Радио и связь, 1988. – 306 с.

 

Инструкция пользователя программным комплексом «Моделирование в технических устройствах» (ПК «МВТУ», версия 3.6) / О. С. Козлов, Д. Е. Кондаков, Л. М. Скворцов, В. В. Ходаковский. – Москва : Изд.во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. – 187 с.

 

Методы классической и современной теории автоматического управления : учебник для вузов : в 5 т. / под ред. К. А. Пупкова, Н. Д. Егупова. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. – (Методы теории автоматического управления).

 

Практикум по автоматике. Математическое моделирование систем автоматического регулирования / под ред. Б. А. Карташова. – Москва : КолосС, 2004. – 184 с.



Коментарі цієї статті

Дивитися всі коментарі