Р ис. 1.2. Выбор шрифта.

Принципы построения и редактирования диаграмм.

Под диаграммой понимается набор функциональных блоков, соединенных между собой линиями связи и отображаемый в окне диаграммы VisSim.Внешне это – структурная схема системы (см. п. 1.2.).

Палитры функциональных блоков находятся в меню «Blocks» и представляют собой достаточно большой набор основных элементов автоматики. Каждый из блоков моделирует динамические свойства некоторого соответствующего ему простого объекта. Размещая эти объекты на диаграмме и соединяя их функциональными связями, можно моделировать более сложные системы.

Любая диаграмма может быть либо загружена с диска (если она была ранее создана и сохранена в виде файла), либо создана заново. Процесс создания диаграммы заключается в выборе мышью соответствующих блоков из палитр и размещении их на листе диаграммы с последующим их соединением связями.

Для размещения какого-либо блока на диаграмме необходимо выполнить следующие действия мышью: щелкнуть на меню «Blocks», выбрать соответствующую палитру, выбрать соответствующий блок и щелкнуть на нем мышью. Если блок продублирован в виде соответствующей кнопки на панели инструментов, достаточно щелкнуть по ней мышью.

После этого остается щелкнуть на том месте диаграммы, куда необходимо поместить блок. Сразу же блок появится на экране.

Например, расположение на диаграмме усилительного блока (блок «gain») происходит в следующей последовательности: щелчок на пункте меню «Blocks» -> выбор палитры «Arithmetic» -> выбор пункта «gain» -> щелчок на пункте «gain» -> подведение курсора к тому месту диаграммы, где будет располагаться блок -> щелчок мыши размещает блок на диаграмме.

Все операции производятся левой кнопкой мыши. Правая кнопка в VisSim предназначена только для изменения свойств отдельных блоков. Если щелкнуть на каком-либо блоке правой кнопкой, то появится окно с его настройками. Например, окно настроек усилительного блока (блок «gain») содержит только одну настройку - коэффициент усиления. Вновь созданный блок содержит только настройки, принятые по умолчанию. Например коэффициент усиления усилительного блока по умолчанию равен 1.

Каждый блок изображается на диаграмме, как правило, в виде прямоугольника, внутри которого схематично изображено его функциональное назначение. С левой стороны блока находятся его входные сигналы (изображены в виде стрелок), с правой выходные. Количество входов и выходов у каждого блока различно и, как правило, неизменно.

Блоки можно перемещать на диаграмме для их наиболее удобного расположения.

Примечание: Для этого необходимо нажать (не щелкнуть!) левую кнопку мыши на блоке, который следует переместить. Далее, не отрывая пальца от кнопки, переместить мышь в нужную точку. После отпускания кнопки мыши блок расположится в том месте, где был курсор.

Для одновременного перемещения группы блоков необходимо начала эту группу выделить.

Выделение блоков производится следующим образом. Мысленно нужно представить себе прямоугольник на экране, который бы окружал (или хотя бы задевал) только те блоки, которые следует выделить. Далее необходимо нажать левую кнопку мыши в левом верхнем углу этого прямоугольника и, не отпуская ее, начертить этот прямоугольник, проведя мышью с нажатой кнопкой в противоположный, правый нижний, угол. (Прямоугольник, как правило, отображается зеленым цветом). Как только кнопка мыши будет отпущена, блоки окажутся выделенными. (Блоки почернеют или инвертируют цвет). Далее с группой блоков можно оперировать как с единым блоком. Например, ее можно перемещать, удалять, копировать и объединять.

Для удаления блоков следует сначала выделить, как описано выше, блок (или блоки) и нажать на клавишу «Delete» клавиатуры.

Если на строящейся диаграмме должны иметь место несколько групп блоков, похожих по структуре и (или) составу (повторяющиеся элементы схемы), то значительно упростить процесс ее создания поможет копирование блоков. Для копирования необходимо выделить копируемую группу блоков и нажать комбинацию клавиш «Ctrl+C» (то есть, нажать клавишу «Ctrl» и, удерживая ее в нажатом положении, нажать «С»). Группа блоков скопируется в буфер Windows. Далее нажимается комбинация «Ctrl+V» и мышью указывается место, куда будет помещена скопированная группа. Щелчок мыши располагает группу на диаграмме. Если необходимо разместить третью, четвертую и т.д. группы, то повторные нажатия «Ctrl+V» и щелчки мыши позволят это сделать.

Объединение блоков применяется для визуального упрощения диаграммы. Например, если диаграмму можно разбить на несколько структурно отдельных объектов (например, модель технологического объекта, модель регулятора и т.д.) и при этом структура диаграммы достаточно сложна, то каждую группу блоков можно объединить в единый блок. Для этого необходимо выделить группу блоков, войти в меню «Edit» и щелкнуть на пункте «Create Compound Block». В появившемся окне следует ввести название создаваемого объекта и нажать кнопку «ОК». Сразу же группа блоков на диаграмме будет заменена одним блоком зеленого цвета. Если войти в этот блок (щелчком правой кнопки мыши или двойным щелчком левой кнопки), то можно увидеть первоначально располагавшиеся на диаграмме блоки. Количество вложений блоков не ограничено.

Создание линий связи производится левой кнопкой мыши. Чтобы соединить два расположенных на диаграмме блока необходимо подвести мышь к выходу одного блока. Как только курсор превратиться в стрелку вида , нажать левую кнопку. Далее, удерживая кнопку нажатой, подвести мышь ко входу второго блока. В процессе движения мыши за ней будет тянуться линия связи. Как только курсор достигнет входа, отпустить кнопку. Практика показывает, что линии удобнее проводить в обратном порядке

Для разрыва линий связи необходимо навести мышь на начало (или конец) линии, нажать левую кнопку, немного отодвинуть мышь от блока и отпустить кнопку. Линия должна исчезнуть.

Иногда (например, при изображении линий обратной связи) требуется развернуть блок (блоки), то есть расположить его так, чтобы его входы находились с правой стороны, а выходы - с левой. Для этого необходимо выделить блок (блоки) и нажать комбинацию «Ctrl+» или «Ctrl+» или выбрать в пункт «Flip Horizontal» (в версии 2.0 - «Rotate 180») в меню «Edit».

Р ассмотрим процесс создания диаграммы на примере моделирования системы управления скоростью вращения двигателя. Структурная схема системы приведена в пункте 1.2. методических указаний. Если убрать лишние комментарии, то получится проще:

При моделировании не важна физическая природа элементов и их связей в системе. Важна только структура системы и математические модели элементов в виде их передаточных функций (8), (10) и (12) с известными внутренними параметрами: исходные данные п. 1.3. и расчетное оптимальное значение неизвестного параметра (61).

Начнём с размещения на диаграмме блока, моделирующего элемент «Регулятор». В пункте меню «Blocks» -> выбор палитры «Linear System» -> выбор пункта «transferFunction» -> щелчок на пункте «transferFunction» -> подведение курсора к тому месту диаграммы, где будет располагаться блок -> щелчок мыши размещает блок на диаграмме.

Этот блок на диаграмме выглядит так же, как и на структурной схеме – прямоугольник с входной и выходной стрелками.

Теперь щелчком правой кнопки мыши по этому блоку открываем окно его настроек. Здесь надо задать постоянные коэффициенты передаточной функции «Регулятора:

В окне настроек заполняются поля «Numerator» и «Denominator» – это числитель и знаменатель передаточной функции.

В поле «Numerator» записывается число 0.3.

В поле «Denominator» записываются через пробел числа 0.2 и 1

Замечание: в VisSim десятичным знаком является «точка».

Остальные поля остаются неизменными:

В поле «Initial Value» оставить число 0.

В поле «Gain» оставить число 1.

Замечание: Следите, чтобы в поле «Gain» всегда было число 1, оно может меняться без Вашего ведома.

После ввода коэффициентов нажать кнопку «ОК». Внутри прямоугольника блока окажется записана передаточная функция с коэффициентами «Регулятора».

Аналогично размещаем ещё один блок «transferFunction», который будет моделировать элемент «Усилитель». Размещаем его справа от «Регулятора», как на структурной схеме.

В окне настроек заполняем поля «Numerator» и «Denominator» в соответствии с передаточной функцией:

В поле «Numerator» записывается число 0.7.

Замечание: в знаменателе передаточной функции «Усилителя» записана только одна переменная «р», но формально это выглядит так:

В поле «Denominator» записываются через пробел числа 1 и 0

И, наконец, размещаем элемент «Двигатель» справа от «Усилителя» и заполняем поля окна настроек коэффициентами передаточной функции:

На структурной схеме системы есть ещё один элемент – элемент сравнения. В пункте меню «Blocks» -> выбор палитры «Arithmetic» -> выбор пункта «summingJunction» -> щелчок на пункте «summingJunction» -> подведение курсора к тому месту диаграммы, где будет располагаться блок -> щелчок мыши размещает блок на диаграмме.

В таком виде этот элемент складывает два сигнала. А по структурной схеме системы он должен вычислять их разницу. Для этого нужно удерживая нажатой клавишу «Ctrl» щёлкнуть правой кнопкой мыши по нижней входной стрелке. Она поменяет свой знак на «минус».

Разместим на диаграмме ещё один элемент для большей наглядности проведения линии обратной связи. В пункте меню «Blocks» -> выбор палитры «Annotation» -> выбор пункта «wirePositioner» -> щелчок на пункте «wirePositioner» -> подведение курсора к тому месту диаграммы, где будет располагаться блок -> щелчок мыши размещает блок на диаграмме.

Этот блок ничего не моделирует, а только позиционирует линию обратной связи.

По структурной схеме обратная связь направлена не слева-направо, как остальные элементы, а наоборот справа-налево. Поэтому развернём блок «wirePositioner». Для этого необходимо выделить блок и нажать комбинацию «Ctrl+» или выбрать в пункт «Flip Horizontal» в меню «Edit».

Когда все элементы созданы, расположим их так как на структурной схеме и соединим линиями связи.

Чтобы соединить два расположенных на диаграмме блока необходимо подвести мышь к выходу одного блока. Как только курсор превратиться в стрелку вида , нажать левую кнопку. Далее, удерживая кнопку нажатой, подвести мышь ко входу второго блока. В процессе движения мыши за ней будет тянуться линия связи. Как только курсор достигнет входа, отпустить кнопку.

Модель системы управления готова. Процесс моделирования заключается в том, чтобы узнать реакцию системы на то или иное воздействие.

В простейшем случае это переходная характеристика (см. конец приложения 1). Для её получения нужно подать на вход системы ступенчатый единичный сигнал. В пункте меню «Blocks» -> выбор палитры «Signal Produser» -> выбор пункта «step» -> щелчок на пункте «step» -> подведение курсора к тому месту диаграммы, где будет располагаться блок -> щелчок мыши размещает блок на диаграмме.

Для контроля выходного сигнала используем блок отображающий график его изменения во времени. В пункте меню «Blocks» -> выбор палитры «Signal Consumer» -> выбор пункта «plot» -> щелчок на пункте «plot» -> подведение курсора к тому месту диаграммы, где будет располагаться блок -> щелчок мыши размещает блок на диаграмме.

Этот блок имеет четыре одинаковых входа и может отображать обновременно четыре графика. Горизонтальная ось – ось времени.

Подключим к входу системы источник сигнала, а приёмник сигнала к выходу системы.

Настроим процесс моделирования следующим образом.

В пункте меню «Simulate» -> выбор раздела «Simulation Prohrtties» -> откроется окно настроек моделирования.

В поле «Step Size» записать число 0.0001. Это точность моделирования, чем меньше, тем лучше, но тем больше времени на расчёты.

В поле «End» записывается время окончания моделирования – то время в секундах, в течение которого мы хотим следить за реакцией системы. Для начала запишем здесь число 100.

Включение пункта «Run in real time» позволяет следить за процессом в реальном времени. Не рекомендуется включать его, так как тогда моделирование занимает много времени (реального).

Теперь можно запустить процесс моделирования нажатием клавиши «F5» или щелчком мышкой по зелёной стрелке типа «Play» на панели управления VisSim.

Программа рассчитает переходную характеристику и отобразит её на графике.

Переходной процесс занимает порядка 50 с. Поэтому есть смысл уменьшить время моделирования.

В пункте меню «Simulate» -> выбор раздела «Simulation Prohrtties» -> в поле «End» запишем число 80.

Щелчком правой кнопки мыши по графику открывается его окно настроек. На вкладке «Labels» заполняются заголовки графика и осей. На вкладке «Options» можно включить пункт «Grid Lines» для отображения линий сетки.

Можно увеличить размеры графика «растянув» его за края.

Для пояснений вставляются текстовые комментарии. В пункте меню «Blocks» -> выбор палитры «Annotation» -> выбор пункта «label» -> щелчок на пункте «label» -> подведение курсора к тому месту диаграммы, где будет располагаться блок -> щелчок мыши размещает блок на диаграмме.

Правой кнопкой мыши открывается окно ввода текста.

Можно включить пункт «Presentation Mode» в меню «View»

Таким образом смоделировали переходную характеристику системы управления.

Для переноса модели в Word нужно выделить переносимые блоки, скопировать их в буфер, а затем вставить в Word.

Рекомендации по освоению программы:

1. Вы можете скачать документ:

Клиначёв Н. В. Моделирование систем в программе VisSim: Справочная система. - Website: http://vissim.nm.ru/vsmhlpru.zip, http://vissim.nm.ru/help/vissim.htm, Челябинск, 2002.

2. Вы можете скачать документ:

Клиначёв Н. В. Теория систем автоматического регулирования и управления: Учебно-методический комплекс. – Website: http://vissim.nm.ru/tau_knv.zip,http://vissim.nm.ru/tau_lec.html, Челябинск, 2003.

43