Клиначёв Николай Васильевич

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ (FAQ) О РАБОТЕ В ПРОГРАММЕ VisSim

  1. Линии связи в рабочей модели загромождают структурную схему, как избавится от этого?
  2. Как развернуть блок по горизонтали для цепей обратной связи (поменять положение входов выходов)?
  3. Как правильно выбрать "шаг (частоту) моделирования"? Почему это так важно?
  4. Почему дифференцирование вызывает затруднения при моделировании?
  5. Что влияет на устойчивость моделирования?
  6. В чем различие между методами интегрирования, и как они реализованы?
  7. Каково назначение параметров, указываемых для методов интегрирования?
  8. Каковы погрешности методов интегрирования?
  9. Что такое алгебраическая петля?
  10. Что такое начальные условия? Как их установить в модели?
  11. Frequency response, Nyquist response, Root Locus, Frequency Range, Transfer Function Info?
  12. Как правильно выделять звенья структурной схемы для проведения функций анализа?
  13. Как определить показатель колебательности M (построить АЧХ замкнутой системы - |Ф(jw)|)?
  14. Как построить вещественную и мнимую частотные характеристики системы P(w) & S(w)?
  15. Что нужно выделить для построения годографа корней?
  16. Изменение какого параметра определяет движение корней по их траекториям?
  17. Что можно узнать по траекториям корней?
  18. Как интерпретировать параметры "z & w" снятые с годографа корней?
  19. Как выполняются функции анализа в пакете (виртуальное измерение или математический расчет)?
  20. Что полезно знать о недоработках пакета?

В меню - Blocks, Annotation, вы найдете блок "wirePositioner", который предназначен для позиционирования линий связи. Его использование решит проблему нагромождения в структурных схемах. Кроме того, там же в меню есть блок "variable" - переменная. Этот блок можно использовать так же, как условное графическое обозначение земляного провода в электрических схемах.

Для разворота блок по горизонтали (для цепей обратной связи нужно, чтобы входы были справа, а выходы слева) нужно выделить блок и нажать Ctrl+[стрелки: лево право].

Шаг моделирования (частота моделирования) это минимальная дискрета времени, до истечения которой ни одна координата в системе не может измениться. Для устойчивого моделирования с приемлемой точностью ни одна координата системы не должна изменится существенно за один шаг расчетов. Следовательно, ни одна постоянная времени модели не может быть меньше, а обычно как минимум в 3...10 раз больше шага моделирования.

Хорошо и точно моделируются системы с приближенно равными постоянными времени. Переходный процесс затухает за время в три, в четыре раза превышающее самую большую постоянную времени, которая для примера раз в 30 больше шага моделирования. Следовательно, время моделирования должно быть в (3..4)*30 раз больше выбранного шага.

Расчет производной на компьютере требует наличия хотя бы двух дискретных значений функции, т.е. расчет можно выполнить минимум за два шага моделирования (а чаще за 3,4,5). Т.е. постоянная времени дифференцирующего блока с замедлением должна быть в 3..5 и более раз больше шага моделирования. Для дифференцирования сигналов с высокой точностью (см. ЛАЧХ & ЛФЧХ дифференцирующего блока с замедлением - 1p/(1+Tp)) минимальная постоянная времени модели должна быть раз в 10..100 больше постоянной времени дифференцирующего блока с замедлением. Следовательно, шаг моделирования системы должен быть взят в 10..100 раз меньший, что увеличит время моделирования.

Правильный выбор шага моделирования - это залог получения достоверных результатов в любом моделирующем пакете. Но существует второй момент, влияющий на устойчивость моделирования - разрывы функций (координат систем). Их следует избегать. Если речь идет о моделировании электрических схем, например в пакете Electronics Workbench, то не следует допускать разрыва тока в индуктивном элементе и коммутацию заряженного конденсатора на цепь с нулевым внутренним сопротивлением (в первом случае производная напряжения стремится к бесконечности, а во втором - производная тока). Очевидно, что в электрических схемах всегда можно принять меры для исключения подобных режимов. В большинстве систем имеющих другую физическую природу их тоже можно избежать.

Начальные условия соответствуют не нулевым координатам в системе. Например для электрических схем - это токи в индуктивных элементах и напряжения на конденсаторах. Начальные условия устанавливают на интеграторах структурной схемы. К типовым задачам, которые требуют установления начальных координат можно отнести моделирование переходных процессов включения импульсных источников питания при дребезге в выключателе (когда источник включается много раз подряд и конденсаторы фильтров полностью разрядиться не успевают).

Frequency response - частотные характеристики: Bode-Magnitude - диаграмма Боде - ЛАЧХ & Bode-Phase - ЛФЧХ. Nyquist response - частотная характеристика - годограф Найквиста - АФХ. Frequency Range - частотный диапазон для выполнения анализа. Root Locus - годограф корней. Transfer Function Info - информация о линеаризованной передаточной функции (корни, коэффициенты при полиномах числителя и знаменателя, коэффициент усиления)?

Перед выполнением частотного анализа разомкнутой - W(p) или замкнутой - Ф(p) систем (ЛАЧХ & ЛФЧХ, годограф Найквиста, корневой годограф) следует выделить требуемые блоки структурной схемы и иногда отметить точки входа и выхода сигнала - "Select Input/Output Points" (обычно VisSim сам их находит по подключенным источнику и потребителю сигнала).

Определить ЛАЧХ & ЛФЧХ разомкнутой системы в пакете VisSim можно без размыкания контура - необходимо выделить все блоки файла, а за тем отменить выделение только для источника сигнала и сумматора. Если САР неустойчива, то нужно разорвать контур. Для описанного выделения выполните два действия: а) установите мышь на свободное место и нажмите Shift+[правая клавиша мыши] (выделение всей схемы), б) повторная отметка указанной комбинацией любого элемента схемы отменит выделение для него. В некоторых случаях потребуется принудительно отметить вход и выход. Далее стандартно ...

Альтернативно, для анализа разомкнутой системы W(p) можно в желаемое место разрыва контура установить блок "gain" с единичным усилением (система останется замкнутой). Выделить всю систему, кроме этого блока. Далее стандартно ...

АЧХ замкнутой системы |Ф(jw)| - это ее ЛАЧХ, у которой ось модуля не логарифмическая. Для получения |Ф(jw)| (определения показателя колебательности М) в свойствах графика ЛАЧХ (Bode-Magnitude (Frequency response)) снимите галочку "Log Y". Отношение амплитуды пика (для колебательных систем) к амплитуде при частоте стремящейся к нулю есть показатель колебательности M. При единичной обратной связи - это просто амплитуда пика.

Годограф Найквиста (Nyquist response) замкнутой системы Ф(jw) является функцией комплексного числа и строится в комплексной плоскости как функция двух переменных. Т.е. каждая точка по двум координатам: вещественной - P(w) и мнимой - jS(w). Снимите галочку "XY Plot" в свойствах годографа Найквиста для построения вещественной и мнимой частотных характеристик P(w) & S(w).

Для построения годографа корней нужно выделять разомкнутую систему W(p)!

VisSim строит годограф корней - 1+KocW(p)=0 - характеристического уравнения замкнутой системы Ф(p) с варьируемым коэффициентом передачи в цепи обратной связи Koc, для выделенных блоков, которые принимает за разомкнутую систему W(p):
а) Если Kос=0, то корни уравнения 1+KocW(p)=0 устремляются к корням-полюсам W(p), которые отмечены крестами (только при Kос=0!).
б) Если Kос стремится к бесконечности, то часть корней уравнения 1+KocW(p)=0 устремляется к корням-нулям W(p), а часть - к бесконечности.
в) Если Kос=1, то характеристическое уравнение соответствует единичной обратной связи.
Снимая данные с годографа корней, можно оценить: при каких значениях контурного коэффициента усиления K*Kос система станет не устойчивой, а также быстродействие системы.

Как известно, передаточная функция замкнутой системы Ф(p) может быть аппроксимирована колебательным звеном (при M>1) с параметром затухания - z, и угловой частотой свободных колебаний - w. Эти параметры можно узнать, снимая координаты парных комплексно-сопряженных корней, которые первые приближаются к мнимой оси на годографе корней при увеличении Koc.

Функции анализа в пакете выполняются математическим расчетом, исходными данными к которому являются передаточные функции моделируемой системы. Поэтому если пользователь подключает к модели свою программу (dll-модель, блок "userFunction") VisSim не может выполнить линеаризацию передаточной функции этого блока и не выполняет ни один из анализов для него. Но фирма поставляет библиотеки "Add-Ons", в частности VisSim/Real-Time, которая позволяет включать в контур модели реальные объекты посредствам плат ввода / вывода (DAQ-board). Возможно, она позволяет выполнять различные виды частотного анализа на основе измерительной информации. По крайней мере, это было бы логично.

В версии VisSim 3.0E (FAP-Free Academic Programm), которую фирма распространяет бесплатно, не удается провести любой из частотных анализов для одного блока "transferFunction". (Интуитивно пользователи стремятся всю систему записать одной передаточной функцией). Следует последовательно в выходную цепь установить блок "gain" с единичным коэффициентом усиления, и выделять оба блока для проведения анализа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 


29.09.2000