- •93 Міністерство освіти і науки України
- •Конспект лекцій навчальної дисципліни
- •1 Загальні відомості з автоматизації проектування
- •1.1 Основні визначення
- •Рівні та задачі проектування
- •1.3 Способи проектування
- •2 Математичні моделі
- •2.1 Загальні уявлення про математичні моделі
- •3 Автоматизація системного проектування
- •3.1 Постановка задачі
- •3.2 Способи структурного моделювання
- •3.3 Типові задачі структурного моделювання
- •3.4 Організація структурного моделювання
- •4 Автоматизація функціонально-логічного проектування
- •4.1 Постановка задачі
- •4.2 Функціональне моделювання аналогової реа
- •4.3 Функціональне моделювання цифрових пристроїв
- •4.3.1 Постановка задачі
- •Моделювання на рівні регістрових передач
- •4.3.3 Логічне моделювання
- •5 Автоматизація схемотехнічного проектування
- •5.1 Постановка задачі
- •5.2 Математичні моделі елементів електронних пристроїв
- •5.3 Макромоделі імс
- •5.4 Формування рівнянь електричної схеми
- •5.5 Математичні методи схемотехнічного моделювання
- •5.6 Програми схемотехнічного моделювання
- •5.6.1 Програма маес-п
- •5.6.2 Вхідні мови програм схемотехніческого моделювання
- •5.6.3 Функціональне моделювання за допомогою програми маес-п
- •6 Автоматизація конструкторського проектування
- •Постановка задачі
- •6.2 Конструкторське проектування систем на пліс
- •6.3 Алгоритми компоновки
- •6.4 Алгоритми розміщення
- •6.5 Алгоритми трасування
- •7 Принципи побудови сапр
- •7.1 Загальні положення
- •7.2 Класифікація сапр
- •7.3 Види забезпечення сапр
- •7.3.1 Математичне забезпечення
- •Лінгвістичне забезпечення
- •7.3.3 Інформаційне забезпечення
- •7.3.4 Програмне забезпечення
- •7.3.5 Технічне забезпечення
- •7.3.6 Організаційне і методичне забезпечення
- •7.4 Тенденції автоматизованого проектування електронних пристроїв
- •Список літератури
- •Додаток а Математичні моделі елементів електронних пристроїв а.1 Модель напівпровідникового діода
- •А.2 Моделі біполярного транзистора
- •А.3 Моделі польових транзисторів
- •3.2.4 Модель багатообмоточного трансформатора
- •Додаток б Формування ммс за допомогою методу вузлових потенціалів
- •Література
5.6.3 Функціональне моделювання за допомогою програми маес-п
Необхідно відзначити, що об'єкти різної фізичної природи описуються системами ЗДР. Це механічні, гідравлічні, теплові системи. Існує аналогія між цими системами, наприклад, аналогами електричної напруги є тиск, температура, швидкість; електричного струму – сили і потоки рідини, газу, теплоти. Існують і аналоги закону Кирхгофа I і II. Так, для механічної поступальної системи – принцип Даламбера: сума сил, що діють на тіло, дорівнює нулю - аналогічно, а сума швидкостей, що діють на тіло, дорівнює нулю- аналогічноі т.д.
Це свідчить про те, що методи і програми аналізу електричних схем можуть бути з успіхом застосовані для аналізу систем і іншої фізичної
природи, особливо на функціональному рівні.
Характерним прикладом задач, для функціонального моделювання яких з успіхом можна використовувати програми АСхП, зокрема, програму МАЕС-П, є дослідження поведінки систем автоматичного регулювання САР або АСУТП, функціональні схеми яких складаються з типових ланок: диференцюючих, інтегруючих, нелінійних, підсумовуючих і т.д.
Розглянемо більш докладно функціональне моделювання САР. Будь який блок (ланку) САР у МАЕС-П можна представити моделлю у виді відповідного набору керованих джерел струму, опорів і ємностей, які показують залежність між вихідними і вхідними сигналами цих блоків. Розглянемо побудову електричних моделей деяких функціональних блоків.
Підсилюючий блок. Рівняння цього блоку y(t)=kx(t).
Рисунок 5.15-Еквівалентна електрична схема підсилюючого блоку
Якщо уявити, що джерело струму вищенаведеної схеми Jx відображає вхідний сигнал x з масштабом Mx=(Ix/x)=1, а напруга на резисторі R - вихідний сигнал y з масштабом My=Uy/y, то з рівняння кола Uy= Ix*R одержуємо My*y=R*Mx*x або y=(Mx/My)*R*x=R*x .
Порівнявши ці рівняння кола і підсилюючого блоку, одержимо R=k. Вхідні і вихідні сигнали електричної моделі і блоку будуть чисельно збігатися.
Аналогічно одержуємо еквівалентну електричну схему підсумовуючої ланки, рівняння якої y=k*x+k*x+…+kn*xn.
Рисунок 5.16-Еквівалентна електрична схема підсумовуючого блоку
Інтегруючий блок може бути представлений такою еквівалентною схемою
Рисунок 5.17-Еквівалентна електрична схема інтегруючого блоку
Рівняння блоку . Рівняння кола
Виразивши Uy і Ix через y і x, одержимо
Звідки Jx=x [A], Uy=y [B]. C=1/k .
Аналогічно одержимо еквівалентну електричну схему аперіодичної ланки.
Рисунок 5.18-Еквівалентна електрична схема аперіодичного блоку
Рівняння ланки
рівняння кола
Якщо Jx=x [A], а Uy=y [B], то R=k [Ом]; C=T/R [Ф].
Нелінійний блок: y=f(x)=ТАБ(x) може бути представлений залежним джерелом струму Jy=f(Ux)=ТАБ(x); Jy=y [A]; Ux=x [B]
.
Рисунок 5.19-Еквівалентна електрична схема нелінійного блоку
Зведемо отримані результати в таблицю 5.1 за умови, що mx = my =1.
Розглянемо функціональну модель типової САР на прикладі САР палива паронагріваючого котла АСУ ТП ТЕЦ ( рис. 5.20). Ця САР підтримує тиск пари в барабані котла на заданому рівні, регулюючи подачу палива. Вона складається з виконавчого органа, об'єкта регулювання (казана), датчика тиску пари в барабані казана і регулятора.
Таблиця 5.1. Еквівалентні електричні схеми типових блоків САР
Тип блоку |
Рівняння блоку |
Еквівалентна електрична схема |
Підсилю-ючий |
| |
Склада-ючий |
| |
Інтегру-ючий |
| |
Аперіо- дичний | ||
Неліній- Ний |
|
ЭЛЕМЕНТЫ: JY,0-1 = FЗ(0,0,ТАБX#U1); ТАБЛИЦЫ: ТАБX = x1 ,y1, x2, y2, x3, y3, x4, y4, x5, y5, x6, y6; |
Рисунок 5.20- Функціональна схема типової САР
На еквівалентній електричній схемі САР (рис. 5.21) нелінійне джерело J1 моделює нелінійну характеристику регулятора. Виконавчий механізм моделюється елементами С1 і JK; казан – елементами J2, R2,С2 і J3, R3,С3, навантаження - Jн; сумарний тиск - UR4, датчик - нелінійним джерелом J5; задане значення тиску - джерелом J6, а помилка - напругою на опорі R5.
Рисунок 5.21- Еквівалентна електрична схема функціональної моделі типової САР