Моделирование автоклава с ПИД-регулятором (стр. 4 из 6)

датчик положения уровня;

исполнительное устройство в виде запорного или регулирующего клапана;

поплавковое устройство.

Датчиком положения обычно служит поплавок.

Отсечные клапаны – предназначены для быстрого отключения трубопровода или его части при аварийной ситуации или по технологическим требованиям. Характерной чертой их является быстродействие, обеспечиваемое обычно срабатыванием пружины в момент закрытия клапана.

Перепускные клапаны – предназначены для поддержания давления среды на требуемом уровне путем перепуска ее через ответвление трубопровода.

Дыхательные клапаны – предназначены для выпуска накопившихся паров или воздуха и предотвращения образования вакуума в резервуарах в результате "большого" и "малого" дыхания.

Клапаны отключающие – устанавливаются, как правило, на линиях с малым диаметром, для которых выброс среды в атмосферу в результате поломки трубопровода недопустим. Принцип действия отключающихся клапанов заключается в том, что при превышении определенного заданного расхода (например, при разрыве трубы трубопровода) клапан закрывается.

Клапаны распределительные – предназначены для распределения потока рабочей среды по определенным направлениям (трехходовые и многоходовые). Обычно распределительные К. имеют электромагнитный привод и предназначены для дистанционного управления пневматическими и гидравлическими приводами. Трехходовые К. предназначены для управления приводом одностороннего действия.

Клапаны смесительные – используются, если необходимо смешивать в заданных пропорциях различные среды, отличающиеся по составу и температуре. При этом к ним могут предъявляться требования – выдерживать постоянные параметры смеси.

2. S-модель астатического регулятора

Блок переключателя Switch

Назначение:

Выполняет переключение входных сигналов по сигналу управления.

Параметры:

Threshold – Порог управляющего сигнала.

Блок работает следующим образом:

Если сигнал управления, подаваемый на средний вход больше, чем величина порогового значения Threshold, то на выход блока проходит сигнал с первого (верхнего) входа. Если сигнал управления станет меньше, чем пороговое значение, то на выход блока будет поступать сигнал со второго (нижнего) входа.

В том случае, когда сигнал на управляющем входе ключа равен 1, на выход блока проходит гармонический сигнал, если же управляющий сигнал равен нулю, то на выход проходит сигнал нулевого уровня от блока Ground. Пороговое значение управляющего сигнала задано равным 100.

Источник постоянного сигнала Constant

Назначение:

Задает постоянный по уровню сигнал.

Параметры:

1. Constant value - Постоянная величина.

2. Interpret vector parameters as 1-D – Интерпретировать вектор параметров как одномерный (при установленном флажке). Данный параметр встречается у большинства блоков библиотеки Simulink. В дальнейшем он рассматриваться не будет.

Значение константы может быть действительным или комплексным числом, вычисляемым выражением, вектором или матрицей.

Блок передаточной функции Transfer Fcn

Назначение:

Блок передаточной характеристики Transfer Fcn задает передаточную функцию в виде отношения полиномов:

,

где nn и nd – порядок числителя и знаменателя передаточной функции, num – вектор или матрица коэффициентов числителя, den – вектор коэффициентов знаменателя.

Параметры:

Numerator — вектор или матрица коэффициентов полинома числителя

Denominator -вектор коэффициентов полинома знаменателя

Absolute tolerance — Абсолютная погрешность.

Порядок числителя не должен превышать порядок знаменателя. Входной сигнал блока должен быть скалярным. В том случае, если коэффициенты числителя заданы вектором, то выходной сигнал блока будет также скалярным (как и входной сигнал).

Блок задания функции Fcn

Назначение:

Задает выражение в стиле языка программирования C .

Параметры:

Expression – Выражение, используемое блоком для вычисления выходного сигнала на основании входного. Это выражение составляется по правилам, принятым для описания функций на языке С.

В выражении можно использовать следующие компоненты:

Входной сигнал. Входной сигнал в выражении обозначается u, если он является скаляром. Если входной сигнал – вектор, необходимо указывать номер элемента вектора в круглых скобках. Например, u(1) и u(3) – первый и третий элементы входного вектора.

Константы.

Арифметические операторы (+ – * /).

Операторы отношения (= = != > < >= <=).

Логические операторы (&& | | !).

Круглые скобки.

Математические функции: abs, acos, asin, atan, atan2, ceil, cos, cosh, exp, fabs, floor, hypot, ln, log, log10, pow, power, rem, sgn, sin, sinh, sqrt, tan, и tanh.

Переменные из рабочей области. Если переменная рабочей области является массивом, то ее элементы должны указываться с помощью индексов в круглых скобках. Напрмер, A(1,1) - первый элемент матрицы A.

Операторы отношения и логические операторы возвращают значения в виде логического нуля (FALSE) или логической единицы (TRUE).

Операторы, допускаемые к использованию в выражении, имеют следующий приоритет (в порядке убывания):

( )

+ – (унарные)

Возведение в степень

! /

+ – (бинарные)

< <= >=

= !=

&&

| |

Блок не поддерживает матричные и векторные операции. Выходной сигнал блока всегда – скаляр.

Усилители Gain и Matrix Gain

Назначение:

Выполняют умножение входного сигнала на постоянный коэффициент.

Параметры:

Gain – Коэффициент усиления.

Multiplication – Способ выполнения операции. Может принимать значения (из списка):

- Element-wise K*u– Поэлементный.

- Matrix K*u – Матричный. Коэффициент усиления является левосторонним операндом.

- Matrix u*K – Матричный. Коэффициент усиления является правосторонним операндом.

Saturate on integer overflow (флажок) – Подавлять переполнение целого. При установленном флажке ограничение сигналов целого типа выполняется корректно.

Блоки усилителей Gain и Matrix Gain есть один и тот же блок, но с разными начальными установками параметра Multiplication. Параметр блока Gain может быть положительным или отрицательным числом, как больше, так и меньше 1. Коэффициент усиления можно задавать в виде скаляра, матрицы или вектора, а также в виде вычисляемого выражения. В том случае если параметр Multiplication задан как Element-wise K*u, то блок выполняет операцию умножения на заданный коэффициент скалярного сигнала или каждого элемента векторного сигнала. В противном случае блок выполняет операцию матричного умножения сигнала на коэффициент заданный матрицей. По умолчанию коэффициент усиления является действительным числом типа double. Для операции поэлементного усиления входной сигнал может быть скалярным, векторным или матричным любого типа, за исключением логического (boolean). Элементы вектора должны иметь одинаковый тип сигнала. Выходной сигнал блока будет иметь тот же самый тип, что и входной сигнал. Параметр блока Gain может быть скаляром, вектором или матрицей любого типа, за исключением логического (boolean).

При вычислении выходного сигнала блок Gain использует следующие правила:

Если входной сигнал действительного типа, а коэффициент усиления комплексный, то выходной сигнал будет комплексным.

Если тип входного сигнала отличается от типа коэффициента усиления, то Simulink пытается выполнить приведение типа коэффициента усиления к типу входного сигнала. В том случае, если такое приведение невозможно, то расчет будет остановлен с выводом сообщения об ошибке. Такая ситуация может возникнуть, например, если входной сигнал есть беззнаковое целое (uint8), а параметр Gain задан отрицательным числом.

Блок вычисления производной Derivative

Назначение:

Выполняет численное дифференцирование входного сигнала.

Параметры:

Нет.

Для вычисления производной используется приближенная формула Эйлера:

,

где

u – величина изменения входного сигнала за время t,

t – текущее значение шага модельного времени.

Значение входного сигнала блока до начала расчета считается равным нулю. Начальное значение выходного сигнала также полагается равным нулю. Точность вычисления производной существенно зависит от величины установленного шага расчета. Выбор меньшего шага расчета улучшает точность вычисления производной.

Данный блок используется для дифференцирования аналоговых сигналов. При дифференцировании дискретного сигнала с помощью блока Derivative его выходной сигнал будет представлять собой последовательность импульсов соответствующих моментам времени скачкообразного изменения дискретного сигнала.

Интегрирующий блок lntegrator

Назначение:

Выполняет интегрирование входного сигнала.

Параметры:

External reset – Внешний сброс. Тип внешнего управляющего сигнала, обеспечивающего сброс интегратора к начальному состоянию. Выбирается из списка:

none – нет (сброс не выполняется),

rising - нарастающий сигнал (передний фронт сигнала),

falling - спадающий сигнал (задний фронт сигнала),