ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Министерство образования и науки РФ

Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

Самарский государственный технический университет

В г. Сызрани

Кафедра «Информатика и системы управления»

МОДЕЛИРОВАНИЕ

МЕТОДИЧЕСКиЕ указаниЯ

К выполнению курсовой работы

для студентов направления 09.03.01

Сызрань 2015 г.

Содержание и объем курсовоЙ РАБОТЫ

Цель курсовой работы – закрепление и систематизация знаний, полученных во время теоретического и лабораторного изучения курса, а также формирование навыков имитационного моделирования в системе Matlab 7.0.

Типовые темы курсовой работы:

· моделирование системы, состоящей из заданного количества цилиндрических баков, наполняемых водой в соответствии с вариантом.

Содержание и объем курсовой работы:

Система представляет собой n цилиндрических баков (в зависимости от задания), расположенных вертикально на разной высоте таким образом, что дно первого и дно второго баков находятся на расстоянии H1 от дна третьего, дно третьего бака находится на расстоянии H2 от дна четвертого и дна пятого баков. Баки имеют одинаковую высоту h=1[м] и различные диаметры: первый - D1[см], второй - D2[см], третий – D3[см], четвертый – D4[см], пятый – D5[см]. Система имеет несколько входных труб, находящихся на расстоянии h от дна. Баки соединены трубами, являющихся выходными трубами для одних баков (и располагающихся у самого дна) и входными трубами для других (располагающейся на расстоянии Н1 и H2 от дна). Также система имеет выходные трубы, располагающиеся у самого дна четвертого и пятого баков. Входные трубы системы снабжены входными кранами V1input, V2input, V3input, V4input, V7input, V8input, V11input, V12input. Трубы, соединяющие выход первого и второго баков со входом третьего, снабжена кранами V5 и V6 соответственно; трубы, соединяющие выход третьего бака со входами четвертого и пятого снабжены кранами V9 и V10 соответственно. Выходные трубы системы снабжены выходными кранами V13 и V14. Подача воды в систему контролируется кранами V1input, V2input, V3input, V4input, V7input, V8input, V11input, V12input, которые открываются мгновенно и скорость входного потока воды определяется как (л/час):

Краны V5, V6, V9, V10 являются медленными устройствами и открываются и закрываются с одной о той же постоянной скоростью, так что от момента начала открытия (закрытия) до полного открытия (закрытия) требуется S сек. Их открытие и закрытие контролируется задвижкой, меняющей свое положение от значения P=0 (полное закрытие в условных единицах) до P=S (полное открытие).

Управление открытием/закрытием кранов V1input, V2input, V3input, V4input, V7input, V8input, V11input, V12input и V5, V6, V9, V10 осуществляется неким устройством, называемым контроллером и также входит в описываемую систему.

Если через A1, A2, A3, A4, A5 обозначить площади оснований баков, то система уравнений для уровней воды в баках h1, h2, h3, h4, h5 запишется так:

где - скорости протекания воды по трубам между баками

- скорости вытекания воды из системы из баков 4 и 5.

Скорость протекания воды между баками зависит от уровней воды h1, h2, h3, h4, h5, значений H1 и H2 и положения задвижки P:

Индивидуальные свойства кранов определяются функциями:

Работа всей системы описывается следующим алгоритмом. В исходном состоянии все краны закрыты и все баки пусты. В начальный момент контроллер посылает сигнал входным кранам V1input, V2input, V3input, V4input, те мгновенно открываются и в течении времени Time1 [сек] наполняется только первый и второй баки. По истечении времени Time1 контроллер посылает команду открыть краны V5 и V6 и вода начинает поступать в третий бак. В это же время контроллер посылает сигнал на открытие кранов V7input, V8input. Второе состояние сохраняется на протяжении Time2 [сек]. По истечении времени Time2 контроллер посылает команду открыть краны V9 и V10 и вода начинает поступать в четвертый и пятый баки. В это же время контроллер посылает сигнал на открытие кранов V11input, V12input. Третье состояние сохраняется на протяжении Time3 [сек]. По истечении времени Time3 начинает контролироваться положение кранов V13 и V14. А именно, если контроллер обнаруживает, что уровень воды, например, в четвертом баке опустился ниже значения L1_minus [м], поступает команда закрыть выходной кран, если вода во втором баке превышает уровень L1_plus [м] – выдается команда открыть выходной кран. В пятом баке происходит все аналогично (уровни L2_minus и L1_plus) Аварийными считаются ситуации, когда переполняется один из баков или происходит периодическое открытие и закрытие выходного крана. Нормальным режимом системы считается состояние, когда все краны открыты, и вода протекает через систему с постоянной скоростью.

Смоделировать систему при следующих условиях:

H1=0.4м, H2=0.38м, H3=0.42м.

В качестве решения задания должны быть представлены следующие результаты:

• описание системы в терминах унифицированного языка моделирования UML;
• модели данной системы, реализованные в конкретных пакетах визуального моделирования (Simulink ) на основе полученного описания;
• результаты, полученные в процессе исследования данных моделей и их объяснение в терминах данной прикладной области.

Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки (РПЗ). Объем РПЗ – 25-30 листов машинописного текста на листах формата А4.

Схема для моделирования

ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

В качестве примера учебного задания рассматривается задача об управлении протеканием воды через систему, состоящую из двух цилиндрических баков, расположенных на разной высоте, или, более кратко, задача о двух баках.

Задача о двух баках

Система представляет собой два цилиндрических бака, расположенных вертикально на разной высоте таким образом, что дно первого бака находится на расстоянии H=0.39[м] от дна второго (рис.1). Баки имеют одинаковую высоту h=1[м] и различные диаметры: первый - D1=12 [см], второй - D2=5 [см]. Система имеет входную трубу, находящуюся в первом баке на расстоянии h от его дна. Баки соединены, трубой, являющейся выходной трубой первого бака (и располагающейся у самого его дна) и входной трубой второго бака (располагающейся на расстоянии Н от его дна). Также система имеет выходную трубу, располагающуюся у самого дна второго бака. Входная труба системы снабжена входным краном Vinput (он же входной кран первого бака). Труба, соединяющая выход первого бака со входом второго, снабжена краном V1. Выходная труба системы снабжена выходным краном V2 (он же выходной кран второго бака). Подача воды в систему контролируется краном Vinput , который открывается мгновенно и скорость входного потока воды определяется как (л/час):

(1)

Рисунок 1 "Система двух баков"

Краны V1 и V2 являются медленными устройствами и открываются и закрываются с одной о той же постоянной скоростью, так что от момента начала открытия (закрытия) до полного открытия (закрытия) требуется 80 сек. Их открытие и закрытие контролируется задвижкой, меняющей свое положение от значения P=0 (полное закрытие в условных единицах) до P=80 (полное открытие).

Управление открытием/закрытием кранов Vinput, V1 и V2 осуществляется неким устройством, называемым контроллером и также входящим в описываемую систему.

Если через A1 и A2 обозначить площади оснований баков, то система уравнений для уровней воды в баках h1 и h2 запишется так:

(2)

где dV12/dt - скорость протекания воды по трубе между баками, а dVout/dt – скорость вытекания воды из системы. Скорость протекания воды между баками зависит от уровней воды h1 и h2, значения H и положения задвижки P 1 в кране V1:

(3)

Скорость вытекания воды из системы зависит от уровня воды во втором баке h2 и положения задвижки P2 на кране V2:

(4)

Индивидуальные свойства кранов определяются функциями:

(5)

(6)

Работа всей системы описывается следующим алгоритмом. В исходном состоянии все краны закрыты и оба бака пусты. В начальный момент контроллер посылает сигнал входному крану Vinput, тот мгновенно открывается и в течении времени Time1 [сек] наполняется только первый бак. По истечении времени Time1 контроллер посылает команду открыть кран V1 и вода начинает поступать во второй бак. Второе состояние сохраняется на протяжении Time2 [сек]. По истечении времени Time2 начинает контролироваться положение крана V2. А именно, если контроллер обнаруживает, что уровень воды во втором баке опустился ниже значения L_minus [м], поступает команда закрыть выходной кран, если вода во втором баке превышает уровень L_plus [м] – выдается команда открыть выходной кран. Аварийными считаются ситуации, когда переполняется один из баков или происходит периодическое открытие и закрытие выходного крана. Нормальным режимом системы считается состояние, когда все краны открыты, и вода протекает через систему с постоянной скоростью.

В качестве тестов предлагается пять задач (табл. 1):

Таблица .1

Они соответствуют ситуациям:

• переполнение первого бака;
• переполнение второго бака;
• нормальный режим;
• периодическое открытие и закрытие выходного крана;
• система находится на границе между нормальным состоянием и режимом переполнения второго бака, оставаясь в нормальном состоянии.

Рассмотрена система в состоянии 4, то есть, в состоянии, когда происходит периодическое открытие и закрытие выходного крана. Утверждается, что время выдачи первой команды на закрытие выходного крана равно 303. 13 сек (h2=L_minus=0.3 м), а десятой – 2669.9 сек.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: