6.3 Завдання до роботи
1. В таблиці 1 наведено нелінійні ланки, що характеризуються певними характеристиками.
2. Реалізувати всі наведенні нелінійні ланки в VisSim, отримати статичні характеристики для цих ланок з параметрами відповідно до варіанту (таблиця 2).
3. Отримати статичні характеристики для нелінійної системи, що має один нелінійний елемент та одну інерційну ланку.
4. Реалізувати нелінійні характеристики в MathCad.
6.4 Порядок виконання роботи
1. Запустить Vissim.
2. Построить в программе Vissim виртуальный лабораторный стенд для исследования нелинейных звеньев.
Вынести на рабочее поле Vissim’а генератор растущего ramp сигнала (Blocks – Signal Producer - ramp), и осциллограф (Blocks – Signal Consumer – Plot).
Нелинейное звено с идеальной релейной характеристикой создается вынесением на рабочее поле блока relay (Blocks – Nonlinear - relay) и заданием его параметров (рисунок 6.2).
Блок реле отслеживает величину входного сигнала на каждом шаге симуляции и в зависимости от заданной "зоны нечувствительности" устанавливает выход в одно из трех стабильных состояний. Зона нечувствительности у блока реле симметрична относительно нуля.
Щелчок правой кнопкой мыши по блоку вызывает диалоговое окно его свойств, в котором можно задать ширину зоны нечувствительности DeadBand (значение по умолчанию 0) и определить метку для блока.
Рисунок 6.2 – Окно задания параметров блока relay
Провести моделирование нелинейного звена с идеальной линейной характеристикой (рисунок 6.3). Полученные осциллограммы сохранить.
Рисунок 6.3 – Результат моделирования нелинейного звена с идеальной релейной характеристикой
Получить осциллограмму для нелинейного звена при подачи на вход синусоидального сигнала sinusoid (Blocks – Signal Producer – sinusoid). Щелчок правой кнопкой мыши по генератору позволит задать параметры синусоидального сигнала (параметры входного сигнала заданы в таблице 2) рисунок 6.4.
Рисунок 6.4 - Окно задания параметров генератора синусоидального сигнала
Провести моделирование и сохранить осциллограммы (рисунок 6.5).
Рисунок 6.5 – Результат моделирования нелинейного звена с идеальной релейной характеристикой при подаче на вход синусоидального сигнала
3. Нелинейное звено с релейной характеристикой и зоной нечувствительности создается вынесением на рабочее поле блока relay (Blocks – Nonlinear - relay) и заданием значения зоны нечувствительности DeadBand (рисунок 6.2). Провести моделирование при двух различных входных сигналах (рисунок 6.6).
Рисунок 6.6 – Результат моделирования нелинейного звена с релейной характеристикой и зоной нечувствительности (b=2.5) при подаче на вход линейно растущего и синусоидального сигналов
4. Нелинейное звено с насыщением создается вынесением на рабочее поле блока Limit (Blocks – Nonlinear - Limit) и заданием его параметров (рисунок 6.7). Провести моделирование при двух различных входных сигналах (рисунок 6.8).
Блок Limit ограничивает выходной сигнал в соответствии с заданными пределами - верхним и нижним. Если входной сигнал находится в заданных пределах, то блок предает его на выход без преобразований. Если входной сигнал выходит за пределы, то до тех пор, пока ситуация не измениться, выходному сигналу будет присваиваться значение соответствующего предела.
Верхний предел
Рисунок 6.7 - Окно задания параметров блока Limit
Рисунок 6.8 – Результат моделирования нелинейного звена с с насыщением при подаче на вход линейно растущего и синусоидального сигналов
5. Нелинейное звено с зоной нечувствительности и насыщением создается вынесением на рабочее поле блока DeadBand (Blocks – Nonlinear - DeadBand) и заданием его параметров (задания параметров блока аналогично блоку relay). Провести моделирование при двух различных входных сигналах (рисунок 6.9).
Рисунок 6.9 – Результат моделирования нелинейного звена с зоной нечувствительности (b=0.5; b=5) и насыщением при подаче на вход линейно растущего и синусоидального сигналов
6. Для реализации релейной характеристики с гистерезисом (реле с памятью) в VisSim необходимо собрать схему представленную на рисунке 6.10.
Принцип работы реле с памятью состоит в том, что переключение из состояния, когда выходной сигнал равен с2, в состояние с1 происходит только тогда, когда входной сигнал увеличивается и становится равным b1. Для перевода реле из состояния с1 в состояние с2 необходимо входной сигнал уменьшать до значения b2 и ниже. В момент равенства происходит переключение.
Рисунок 6.10 – Реализация блока реле с памятью
Особенности стенда :
Развертка осциллографа по горизонтальной оси осуществляется подачей линейно растущего сигнала на первый вход осциллографа и установкой флажка XY-Plot Axis в его свойствах (двойной щелчок по осциллографу)(рисунок 6.11):
Рисунок 6.10 - Задание горизонтальной развертки осциллографа сигналом, подаваемым на первый (верхний) вход
7. Получить статические характеристики для лабораторного стенда со всеми изученными нелинейными характеристиками (таблица 1) и одного линейного звена (передаточная функция линейного звена приведена по вариантам в таблице 2) при подаче на вход синусоидального сигнала (пример приведен на рисунке 6.11).
Рисунок 6.11 – Виртуальный лабораторный стенд для исследования статических характеристик нелинейной системы, состоящей из одного линейного и одного нелинейного звена.
8. Получить статические характеристики изучаемых нелинейных звеньев в MathCad. На рисунке 6.12 приведен снимок экрана MathCad, в котором приведен пример получения статических характеристик нелинейных звеньев.
Рисунок 6.12 - Снимок экрана MathCad