Методрекомендації обчислювальної практ_(книга)

УДК 519.876.2 (076.5)

ББК О 970р О 269

Укладачі: А.О.Краснопольський, О.С.Остапенко

Рецензент Ю.К.Зіатдінов

Затверджено методично-редакційною радою Національного авіаційного університету

(протокол № 6/11 від13.10.2011 р.)

О 269 Обчислювальна практика : Методичні рекомендації до виконання практики /Уклад.: А.Краснопольський, О.Остапенко – К. : НАУ, 2012, — 32с.

Наведено методичні рекомендації до виконання індивідуальних завдань з навчальної обчислювальної практики. Викладено теоретичні відомості з методів чисельного інтегрування, принципу дії пасивних чотириполюсників, що реалізовані на RC -, RL -, RCL - ланцюгах, принципу математичного моделювання за допомогою програмного математичного пакету «СИАМ» v4.3. Наведено методику аналітичного розрахунку параметрів послідовних коригувальних пристроїв систем автоматичного керування. Наведено довідкові графічні матеріали для практичного розрахунку послідовних коригувальних пристроїв, виконаних на RC -, RL -, RCL - ланцюгах. Подано необхідні довідкові матеріали.

Для студентів напряму підготовки 6.050101 «Компютерні науки».

2

3

ВСТУП

Обчислювальна практика студентів першого курсу є невід’ємною складовою процесу підготовки фахівців з напряму підготовки 6.050101 «Компютерні науки» освітньокваліфікаційного рівня «Бакалавр» у вищому навчальному закладі і проводиться на базі кафедри комп’ютерних інформаційних технологій в комп’ютерному класі.

Практика є обов’язковим компонентом змісту навчання, її мета і зміст мають відповідати державним стандартам освіти.

Обчислювальна практика в університеті організовується відповідно до Закону України «Про освіту», наказів Міністерства освіти України від 2 червня 1993 року за № 161 «Про затвердження Положення про організацію навчального процесу у вищих навчальних закладах», від 8 квітня 1993 року за № 93 «Про затвердження Положення про проведення практики студентів вищих навчальних закладів України», від 7 червня 1996 року за № 195 «Про затвердження норм часу для розрахунку і обліку навчальної роботи та Переліків основних видів методичної, наукової й організаційної роботи викладачів і Рекомендацій щодо запровадження їх у вищих закладах освіти 3 і 4 рівнів акредитації», від 31 липня 1998 року за № 285 «Про порядок розробки складових нормативного та навчально-методичного забезпечення підготовки фахівців з вищою освітою», Положення про організацію навчального процесу в університеті, інших нормативних документів, що стосуються вищої освіти.

МЕТА ТА ЗАВДАННЯ ОБЧИСЛЮВАЛЬНОЇ ПРАКТИКИ

Метою цієї практики є підготовка студентів до подальшого поглибленого вивчення та засвоєння відомостей з таких дисциплін, як: «Основи теорії управління», «Математичні методи дослідження операцій», «Технології комп’ютерного проектування», «Системний аналіз», «Математичні моделі динамічних систем», «Моделювання систем», «Електротехніка та

4

електроніка», «Комп’ютерна схемотехніка та архітектура комп’ютерів», «Комп’ютеризовані технології обробки інформації», «Технології автоматизованого конструювання складних систем». Під час проходження практики студенти набувають навичок розв’язання інженерних задач проектування та моделювання об’єктів і систем за допомогою прикладних математичних програмних пакетів.

Завданням обчислювальної практики є оволодіння студентами знань з принципів:

організації структури програмних математичних пакетів систем автоматизованого моделювання і параметричної оптимізації;

методів чисельного інтегрування;

отримання передаточних функцій динамічних ланок: аперіодичної, диференціальної та коливальної та їх параметрів;

побудови передаточних функцій елементів систем автоматичного керування.

Завершивши практику, студенти повинні уміти:

отримувати передаточні функції пасивних чотириполюсників, що виконані на RC -, RL -, RCL - ланцюгах;

отримувати рівняння динаміки вихідного параметру з передаточних функцій;

користуватись програмними математичними пакетами для автоматизованого моделювання з отримання часових характеристик ланок та систем;

аналізувати перехідні характеристики аперіодичної,

диференціальної та коливальної типових динамічних ланок. Особливістю індивідуальних завдань є їх максимальне

наближення за рівнем, змістом та технологією виконання до реальних інженерних досліджень, що здійснюються в проектноконструкторських бюро та науково-дослідних установах.

5

СКЛАД, ОБСЯГ І СТРУКТУРА ЗВІТУ З ПРАКТИКИ

У кінці терміну практики студенти оформлюють письмовий звіт про виконання її програми та індивідуальних завдань.

Звіт повинен мати титульний аркуш та змістову частину. Зразок оформлення звіту наведено в дод. Б. Змістова частина звіту має складатися з таких розділів:

1.Роботи за планом-графіком практики.

2.Зміст навчальних занять

3.Індивідуальні завдання.

4.Висновки.

Змістова частина повинна містити відомості про результати виконання студентом усіх розділів програми практики та індивідуальних завдань.

Урозділі «Роботи за планом-графіком практики» зазначаються всі заняття з назвами тем, які проводились під час практики.

Урозділі «Зміст навчальних занять» наводиться конспект лекцій за темами занять.

Урозділі «Індивідуальні завдання» наводяться завдання відповідно до варіанта індивідуального завдання, та відповіді на них. Мають бути описані роботи з підготовки до захисту модульної контрольної роботи та письмові відповіді на запитання й розв’язання задач та повністю оформлені розрахунковопояснювальні та графічні матеріали індивідуальних завдань № 1,

№2 та № 3. Індивідуальні завдання складаються з трьох практичних завдань.

Завдання № 1 «Отримання передавальної функції послідовного коригувального пристрою» передбачає виконання таких підзавдань:

обчислити залежність вихідної напруги від вхідної в зображеннях за Лапласом пасивного чотириполюсника, що виконаний на RC -, RL -, RCL - ланцюгах;

отримати вид та обчислити параметри передавальної функції послідовного коригувального пристрою (ПКП);

6

визначити, до якої типової динамічної ланки можна віднести конкретний пристрій;

визначити аналітичну залежність параметрів передавальної функції послідовного коригувального пристрою від параметрів пасивного чотириполюсника, що виконаний на

RC -, RL -, RCL - ланцюгах;

побудувати диференціальне рівняння, яке описує динаміку вихідної величини.

Завдання № 2 «Побудова перехідних характеристик у програмному математичному пакеті СИАМ» передбачає виконання таких підзавдань:

змоделювати вхідний сигнал типу «сходинка»;

задати математичну модель у термінах передавальної функції;

вибрати метод чисельного інтегрування згідно з варіантом завдання;

побудувати графіки перехідної характеристики пристрою.

визначити значення параметрів передавальної функції з графіків перехідних процесів.

Завдання № 3 «Обчислення параметрів коригувального пристрою» передбачає виконання таких підзавдань:

обчислити налагоджувальний параметр пристрою виходячи з заданої якості перехідного процесу;

побудувати графіки перехідної характеристики пристрою з новим значенням налагоджувального параметру.

Урозділі «Висновки» навести стислі висновки щодо проведених розрахунків та отриманих результатів.

Звіт має бути оформлений на аркушах стандартного формату з наскрізною нумерацією обсягом 12—15 сторінок. На його останній сторінці студент-практикант ставить особистий підпис і дату його написання. Звіт з практики перевіряє та затверджує її керівник і повертає його студентові для підготовки до захисту.

Захист являє собою відповідь на запитання з завдань № 1, № 2 та № 3. За виконання кожного завдання та відповіді на запитання студент отримує бали.

7

ІНДИВІДУАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ № 1

Завдання:

отримати передаточну функцію послідовного коригувального пристрою, що виконаний як пасивний чотириполюсник на RC -, RCL - ланцюгах. Користуючись даними, наведеними в табл. А.1:

визначити за видом передавальної функції, до якої типової динамічної ланки можна віднести певний ПКП, та аналітичну залежність параметрів передавальної функції послідовного коригувального пристрою від параметрів пасивного чотириполюсника, що виконаний на RC -, RCL - ланцюгах;

побудувати диференціальне рівняння, яке описує динаміку вихідної величини.

Вхідні дані за номером варіанта наведені в табл.1.

Таблиця 1.

Варіанти індивідуальних завдань № 1—№ 3

в) R1= R2=100кОм г) R1=1кОм

Рис. 1. Схеми пасивних чотириполюсників:

а, в – RC - ланцюг;

б, г – RCL - ланцюг,

8

де Uвх – джерело вхідного сигналу постійної напруги, С – конденсатор ємністю С = 1 мкФ, R2 – резистор опором R2 = 100 кОм, R1 – резистор, який є налагоджувальним, з опором в межах R1 = 1 кОм—1 МОм, L – котушка індуктивністю L = 1 кГн, Uвих – вихідний сигнал постійної напруги.

На рис.1 наведено типові схеми електричних послідовних коригувальних пристроїв систем автоматичного керування, що виконані на RC - , RCL - ланцюгах.

Щоб отримати вид та обчислити параметри передавальної функції, взяти значення опору налагоджувального резистора R1 номіналом, який указано під рисунком.

Порядок виконання завдання

Для виконання завдання № 1 пропонується така послідовність дій.

1.Відповідно до варіанта завдання (табл.1) перетворити електричні схеми (рис.1) на еквівалентні (рис.2).

Рис. 2. Еквівалентна схема чотириполюсника

2.Отримати аналітичний вираз комплексних опорів Z1(p) та Z2(p) в операторній формі.

3.Отримати передавальну функцію W(p) окремо для кожної з наведених схем ПКП.

4.Користуючись даними, наведеними в табл. А.1, визначити для передавальних функцій W(p) їхні параметри залежно від елементів (R, L, C) електричної схеми:

коефіцієнт підсилення К, од,

константи часу Т, Т1, с,

коефіцієнт загасання , од.

9

5.За отриманими передавальними функціями W(p) визначити, до якої з типових динамічних ланок можна віднести кожний ПКП.

6.Розрахувати чисельні значення параметрів передавальних функцій, підставляючи замість параметрів електричних схем конкретні чисельні значення.

7.Обчислити значення коефіцієнтів диференціальних рівнянь (табл. А.1) для кожної ланки та записати ці рівняння.

8.Зробити висновок щодо:

впливу місць підключення реактивних та активних елементів в електричних схемах чотириполюсників на загальний вигляд передавальних функцій;

впливу елементів електричної схеми на параметри передавальних функцій;

залежності порядку диференціального рівняння від наявності активних та реактивних елементів електричних схем.

Методичні рекомендації щодо виконання завдання

Чотириполюсник — це частина схеми довільної конфігурації, що має дві пари затискачів або полюсів (звідси й походить його назва), які можуть бути вхідними і вихідними. Загалом чотириполюсники можна поділити на активні, до структури яких входять джерела енергії, і пасивні, гілки яких не містять джерел енергії.

Якщо до затискачів 1 та 1’ приєднати джерело електричної енергії, а до затискачів 2 та 2’ – приймач, то перша пара затискачів є вхідною, а друга – вихідною (рис. 3). Використовуючи еквівалентну схему, наведену на рис. 2, та враховуючи залежність постійної електричної напруги між входом та виходом, можна записати вираз в операторній формі

2вих = 1 + 2 ∙ вх .

Відомо, що динамічними ланками або просто ланками систем автоматичного керування називають елементи (частину системи — окремий фізичний пристрій) різноманітної фізичної природи та конструкції які описуються рівняннями певного типу. Все

10