Надписи и комментарии

Надписи это блоки без входов и выходов.

Эти блоки позволяют создавать на рабочем пространстве диаграммы VisSim текстовые области, которые помогают понять смысл диаграммы и содержат сведения о том, кто, когда и какую диаграмму создал. Основной блок: label – надпись.

1.5. Принципы управления моделью и получения результатов моделирования

Построенную модель следует запустить в работу, щелкнув по кнопке с зеленым треугольником " Пуск". В результате работы модели выходные сигналы блоков начнут изменяться, их величины просматривают на виртуальном осциллографе и других индикаторах. Параметры некоторых сигналов и блоков исследователь может изменять в процессе работы модели, другие параметры можно изменить, остановив процесс работы модели. Продолжительность работы модели можно задавать до ее запуска, можно и прерывать работу модели по желанию исследователя.

1.6. Понятие о принципах функционирования программы VisSim

После того, как модель построена, когда на рабочее пространство вынесены и соединены в нужном порядке блоки, составляющие систему, генераторы сигналов и индикаторы, а также введены параметры элементов модели, может быть запущен процесс ее функционирования. Для этого следует щелкнуть по кнопке с зеленым треугольником " Пуск".

Получив эту команду, программа начинает анализировать то, как соединены блоки, на основе этого анализа составляет дифференциально-алгебраические уравнения, описывающие модель и решает их. Полученные результаты, как функции модельного времени, периодически и очень часто, придаются значениям входных и выходных сигналов блоков. Эта способность программы выполнять столь сложные, интеллектуальные действия, удивляет и восхищает.

Дифференциально-алгебраические уравнения математически описывают т.н. динамические объекты, объекты очень широкого класса, обладающие инерционностью и рядом других свойств. И поскольку программа VisSim способна решать такие уравнения, то в ней можно моделировать системы и объекты очень широкого диапазона сложности.

Решение уравнений проводится по шагам – дается малое приращение времени, вычисляются, с учетом начальных условий, значения сигналов на выходах и входах всех блоков, затем вновь дается малое приращение времени, проводятся вычисления и т.д. Малая величина шага интегрирования позволяет исследователю воспринимать сигналы как непрерывные. Выходные сигналы любого блока при желании можно наблюдать на экране виртуального осциллографа или измерять виртуальным цифровым индикатором. В результате решения можно получить зависимости выходных сигналов от времени. Таким образом, работа по моделированию систем в программе VisSim для исследователя похожа на работу на реальном стенде.

Кроме того, программа позволяет более глубоко проанализировать полученные результаты и оптимизировать модель. Например VisSim предоставляет возможность быстрого построения частотных характеристик фрагментов модели и всей системы.

Проиллюстрируем принцип работы программы Vissim на примере простой диаграммы (рисунок 1.7). Виртуальный генератор вырабатывает синусоидальный сигнал, соединительная линия передает его на вход осциллографа, осциллограф воспроизводит зависимость величины сигнала на его входе от времени. Например, через 0.25 сек после начала моделирования (щелчка по кнопке " Пуск") выходной сигнал генератора становится равным 0.72 условных единиц, эта величина А, и отображается точкой в названный момент времени на экране осциллографа

Рис. 1.7. Виртуальный генератор

При вынесении блока, т.е. при помещении исследователем на рабочее пространство программы условного изображения виртуального генератора, программа VisSim составляет его описание: номер, положение блока, частоту, амплитуду и начальную фазу синусоидального сигнала, который должен будет вырабатывать генератор и помещает эти данные в специальную таблицу. Аналогичные данные заносятся при вынесении на рабочее пространство виртуального осциллографа. При подключении выхода генератора к входу осциллографа с помощью соединительной линии, программа заносит в описание диаграммы номер генератора, с выхода которого идет сигнал, и номер и вход осциллографа, на который этот сигнал должен поступить при запуске моделирования. Все данные о диаграмме помещаются в файл диаграммы с расширением.vsm, создаваемый при сохранении диаграммы. Для генератора, вынесенного на рабочее пространство, программа резервирует ячейку памяти, в которой будет хранится и изменятся число, равное мгновенному значению выходного сигнала генератора в тот или иной моменты времени. Такая же ячейка создается и для соответствующего входа виртуального осциллографа.

При запуске моделирования программа VisSim каждый такт вычисляет значение выходного сигнала генератора по формуле, показанной на рис. 1.11, соответствующее текущему значению времени (текущему такту) и помещает это значение в ячейку памяти, отведенную для хранения значений выходного сигнала генератора. В течение этого же такта программа определяет с помощью соединительной линии, куда нужно передать это значение и осуществляет передачу. В рассматриваемом примере значение передается из выходной ячейки памяти генератора во входную ячейку памяти осциллографа. Далее, в течение этого же такта вычислений, подпрограмма построения изображения осциллографа отмечает точку на его экране, горизонтальная координата которой пропорциональна времени, т.е. номеру текущего такта, а вертикальная - величине сигнала на входе осциллографа. В результате повторного многократного выполнения этих действий при изменении номера такта на экране осциллографа отобразится зависимость выходного сигнала генератора от времени.

1.7. Версии VisSim

В настоящее время доступны следующие версии VisSim [1]:

o Академическая версия 3.0 - для некоторых Вузов поставляется фирмой Visual Solution Inc. бесплатно [1]. Имеет некоторые ограничения и предназначена для использования в учебных, некоммерческих целях.

o Студенческая версия – доступна бесплатно [3].

o Версия 5 - возможности расширены, но бесплатно доступен только ознакомительный вариант [1].

o Ознакомительная русифицированная версия [4]. Выпущен только пилотный вариант, который может потребовать доработки, поэтому на сегодня предпочтительнее пользоваться академической версией на английском языке.

1.8. Простые сигналы и их математическое описание

Сигналы – это математические модели воздействий и реакций систем и объектов, т.е. это модели физических величин. Сигналы представляют собой функции времени и являются носителями информации.

Простейшие сигналы сравнительно легко генерируются и используются в качестве пробных при исследовании объектов и систем управления. С помощью простейших сигналов можно представить произвольный (сложный сигнал).

Простейшие сигналы:

1. гармонический (синусоидальный);

2. ступенчатый единичный сигнал (1₀(t));

3. дельта - функция Дирака (δ (t));

4. степенная функция (t^ν ).

1.8.1. Гармонический сигнал

Гармонический сигнал изменяется во времени по синусоидальному закону:

(1.1)

С помощью такого сигнала или набора (суммы) таких сигналов удобно моделировать периодические воздействия на системы, например вибрации, а также можно моделировать сигналы произвольного вида. Кроме того, синусоидальный сигнал используется в качестве пробного при исследовании установившегося режима работы САР.

Гармонический сигнал (1.1) характеризуется тремя параметрами (числами):

o - амплитудой X_m – максимальной величиной сигнала,

o - круговой частотой ω [рад/сек] и

o - начальной фазой φ [градусов].

Наряду с названными основными параметрами синусоидального сигнала используются и дополнительные параметры:

o - f [Гц] = ω /2π - циклическая частота;

o - Т [сек] = 1/f – период.

Рис. 1.8. Графическое изображение гармонических сигналов.

На рис. 1.8 представлены графики зависимости от времени сигналов. Их величина изменяется с течением времени. Сигналы имеют период Т = 1 сек. Амплитуда первого сигнала равна 1.3 единицы, а второго 1.8 единиц. Начальная фаза первого сигнала равна φ ₁ = 0⁰, а второго φ ₂ = -36⁰. Внизу показана вспомогательная шкала, позволяющая определить начальные фазы сигналов, имеющих период Т = 1 сек

(1.2)

Круговая частота этих сигналов равна ω = 2π рад/сек = 6.28 рад/сек. Их циклическая частота равна f = 1/T = ω /2π = 1 Гц.