Методические указания к лабораторной работе 8 моделирование (стр. 1 из 2)
Министерство образования Российской Федерации
Кубанский государственный технологический университет
Кафедра автоматизации производственных процессов
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Методические указания к лабораторной работе 2.8
МОДЕЛИРОВАНИЕ
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТЕРМОМЕТРА
для студентов специальности 210100 - Управление
и информатика в технических системах
Краснодар
2003
Составитель канд. техн. наук доцент В.В.Осокин
Технологические измерения: Методические указания к лабораторной работе 2.8 - Моделирование термоэлектрического термометра- для студентов специальности 210100-Управление и информатика в технических системах дневной и заочной форм обучения /Кубан. гос. технол. ун-т; Сост. В.В. Осокин. - Краснодар, 2003.- 9 с.
Приведены цели лабораторной работы и общие сведения, содержащие основные теоретические положения, относящиеся к рассматриваемым вопросам; дано описание лабораторной установки; указаны требования техники безопасности; приведен порядок выполнения работы; сформулированы требования к оформлению отчета, контрольные вопросы; дан список рекомендуемой литературы.
Продолжительность лабораторной работы составляет 4 академических часа, в том числе: экспериментальная часть - 2 часа, расчетно-аналитическая часть - 2 часа.
Библиогр.: 3 назв.
Рецензент канд. техн. наук, доцент Шелишпанский Б.В.
Нормативные ссылки
В методических указаниях к лабораторной работе 2.8 - Моделирование термоэлектрического термометра - использованы ссылки на следующие нормативные документы:
ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы.
ГОСТ 21.101-97 СПДС. Основные требования к проектной и рабочей документации.
ГОСТ 6616-74 Преобразователи термоэлектрические ГСП. Общие технические условия.
ГОСТ 13384-81 Преобразователи измерительные для термоэлектрических преобразователей и термопреобразователей сопротивления ГСП. Общие технические условия.
ГОСТ Р 50431-92 (МЭК 584-1-77) Термопары. Часть 1. Номинальные статические характеристики преобразования.
1 Цели работы
Изучить методику моделирования термоэлектрического термометра с использованием пакета TUTSIM.
Изучить методику обработки экспериментальных данных и методику анализа результатов моделирования.
2 Общие сведения
2.1 Сведения о термоэлектрическом термометре
Термоэлектрический термометр, исследуемый в лабораторной работе, включает в себя: датчик – термоэлектрический преобразователь типа ТХК-0515 по ГОСТ 6616, нормирующий преобразователь типа ПТ-ТП-68 по ГОСТ 13384 и вторичный цифровой микропроцессорный прибор типа ТРМ1-PiC [ 1 ].
Термоэлектрический преобразователь ТХК-0515 имеет номинальную статическую характеристику преобразования ХК(L) по ГОСТ Р 50431.
Нормирующий преобразователь типа ПТ-ТП-68 имеет диапазон измерений: по температуре от 0 до 300 оС, по термоЭДС - от 0 до 22,839 мВ.
Вторичный цифровой микропроцессорный прибор типа ТРМ1-PiC настроен на показания значений постоянного тока, изменяющиеся в диапазоне от 0 до 5 мА.
В лабораторной работе используется математическая модель динамики термометра, полученная при выполнении предшествующей лабораторной работы 5.4-Идентификация термоэлектрического термометра [ 2 ].
Математическая модель динамики представлена в виде дифференциального уравнения второго порядка
(1)где T22 - постоянная времени, с2;
T1 - постоянная времени, с;
К - коэффициент передачи, мА/оС;
DN(t) - временная функция изменения показаний вторичного прибора (выходной величины);
Dq (t) - временная функция изменения температуры (входной величины).
Коэффициент передачи К и постоянные времени T22 и T1 - это параметры математической модели, значения которых были получены при выполнении лабораторной работы 5.4.
2.2 Сведения о процессе моделирования
2.2.1 Процедуры моделирования
Процесс моделирования с использованием пакета TUTSIM складывается из следующих процедур, выполняемых на компьютере в диалоговом режиме:
1) вход в систему моделирования;
2) выбор и установка структуры модели;
3) выбор и установка параметров модели;
4) выбор и установка выходных сигналов блоков и диапазонов изменений сигналов;
5) выбор и установка времени моделирования;
6) запуск эмуляции.
2.2.2 Вход в систему моделирования
Вход в систему предусматривает три возможных варианта начала диалога пользователя с компьютером:
- ввод новой модели с клавиатуры;
- ввод существующей модели с диска;
- продолжение работы с введенной ранее моделью.
В лабораторной работе вход в систему будет осуществляться путем вода существующей модели с диска.
2.2.3 Выбор и установка структуры модели
Выбор структуры модели производится с учетом структурной схемы термометра, моделирование которого предполагается осуществить.
В лабораторной работе предстоит моделирование термометра с передаточной функцией
(2)Числовые значения параметров термометра:
K=0,014 мА/оС; T01=16,39 с; T02=3,37 с.
Структурная схема моделирующей системы (реализованная в символах TUTSIM), показана на рисунке 1.
 | |
 |  |
Рисунок 1 - Структурная схема моделирующей системы
В этой схеме используются следующие блоки:
а) TIM - блок "Источник линейно возрастающего времени", реализующий функцию
y(t) = t .
Блок 1 предназначен для создания непрерывного во времени входного воздействия для блока 3, реализующего при этом на своем выходе синусоидальные колебания с единичной амплитудой и частотой (в радианах в единицу времени).
б) GAI - блок "Пропорциональное звено", реализующий функцию
y(t) = К´Sх(t) .
где К – коэффициент усиления,
Sx - сумма входных сигналов.
Блок 2 предназначен для изменения скорости изменения во времени входного сигнала блока 3 и тем самым изменения частоты его выходных колебаний.
в) SIN – блок "Функция синуса", реализующий функцию
y(t) = sin(Sх) .
где Sх – сумма входных сигналов (величина задается в радианах).
Блок предназначен для создания синусоидальных колебаний на входе модели термометра при определении его частотных характеристик.
г) FIO - блок "Инерционное звено", реализующий функцию
где Y(p) - изображение Лапласа выходной величины блока;
Sх(p) - изображение Лапласа суммы входных величин блока;
K - коэффициент передачи блока;
T - постоянная времени блока;
N - начальные условия.
Блоки 4 и 5 служат для получения передаточной функции инерционного звена второго порядка, имеющей две постоянные времени.
2.2.4 Выбор параметров блоков модели
Блоки 1, 2, 3 должны моделировать изменение внешнего синусоидального воздействия на входе термометра – с единичной амплитудой и настраиваемой частотой.
Блоки 4, 5 должны моделировать термометр с указанными выше значениями параметров.
2.2.5 Выбор выходных сигналов блоков и диапазонов изменений
сигналов
Предусматривается одновременное отображение на экране дисплея выходных сигналов блоков 3 и 5.
Диапазоны изменений моделируемых сигналов: на выходе блока 3 - от минус 1 до 1оС , на выходе блока 5 - от минус 0,025 до 0,025 мА.
Диапазон изменения времени моделирования на экране дисплея - от 0 до 100 с.
2.2.6 Выбор времени эмуляции
Время эмуляции выбирается равным полному диапазону изменения времени моделирования, отображаемому на экране дисплея. Дискретность изменения времени (дискретность отображения точек графиков изменений величин) принимается равной 1 с.
2.2.7 Запуск эмуляции
Эмуляция может осуществляться в двух режимах:
- с выводом на экран дисплея графиков изменений величин;
- с выводом на экран дисплея цифровых значений величин.
3 Описание лабораторной установки
Функции лабораторной установки выполняет компьютер с программным обеспечением, содержащим пакет TUTSIM.
4 Техника безопасности при выполнении лабораторной работы
Включение и выключение питания компьютера производит преподаватель.
Автоматический выключатель, с помощью которого подается напряжение питания к компьютеру, запрещается включать без разрешения преподавателя.
При проведении работы категорически запрещается прикасаться к токоведущим частям установки.
На лабораторном столе не должно быть лишних посторонних предметов (пакетов, сумок, одежды, пищевых продуктов).
Категорически запрещается выполнять какие-либо переключения в блоках компьютера без согласования с преподавателем.
5 Порядок выполнения работы
5.1 Проведите моделирование термометра, используя уже существующую модель, выполните для этого следующие операции:
- после включения питания компьютера и загрузки операционной системы выберите из каталога TUTSIM файл tutsim.exe и нажмите клавишу Enter.
На запрос системы INPUT FROM? (Откуда вводится модель?) введите после двоеточия заглавную латинскую букву F, что предусматривает последующий ввод модели с диска.
На экране появится сообщение
MODEL FILE INPUT FROM FLOPPY DISK
TYPE FILE NAME
- введите имя файла, указанное преподавателем;
- на запрос системы
GIVE COMMAND
введите команду вывода на дисплей описания модели
L
и запишите значения параметров эмуляции, параметров блоков и значения диапазонов изменения сигналов;