Материал: Автоматизация проектирования систем и средств управления. Учебное пособие. Кисурин А.А., Беспаленко В.Д

заниям. При входе в режим система именует все линейные блоки именами "А", "В", "С" и т.д. Для построения ЛЧХ любого блока достаточно дать команду L=<имя блока> (например, L=A). Если Вам необходимо построить ЛЧХ сложного соединения блоков, Вы должны предварительно получить соответствующую передаточную функцию (ПФ). Для этого Вы можете использовать 4 действия над ПФ ("+" -сложить, "-" -вычесть, "*" -умножить, "/" -разделить) и 10 областей буферной памяти (БП). БП имеют имена "МО", "М1", ... , "М9" и служат для накопления промежуточного результата. Они используются наряду с именами блоков в операторах преобразования вида

<ММ>=<Оп1><знак операции><Оп2> (например, М1=1+А), где <ММ> - имя БП;

<0п1>, <0п2> - операнды (числа, имена блоков, имена БП); <знак операции> - любой из символов "+", "-", "*", "/". Оператор <0п>=? выво-

дит полиномы числителя и знаменателя ПФ блока или БП. Меню режима построения ЛЧХ:

F1-Помощь -Доступ к справочной службе СИАМ.

F4-Ред - Переход к режиму редактирования/уничтожения блоков. ESC-Выход - Возврат в режим ввода модели. При выводе графика ЛЧХ в

меню указываются дополнительные опции: F2-

Изменить частоту - Переход к процедуре изменения граничных час-

тот.

FЗ-Большой график - Построить график в увеличенном масштабе. F3-Малый график - Построить график в уменьшенном масштабе. ESC-Выход - Возврат в режим построения ЛЧХ.

Работа с диском

В системе имеется возможность записи сформированной модели в дисковый файл и чтения модели из файла. Для работы с файлом необходимо в ответ на запрос системы ввести его имя. Допускается использование полного имени файла вместе с именем диска и всех директорий верхнего уровня, например,

a:\siat\user\tyfile-1 .sia

Имя файла состоит из собственно имени и расширения, разделенных точкой. В примере "tyfile-1" - имя, а "sia" - расширение файла. В имени и расширении допускается использование в произвольном порядке любых букв и цифр, а также символов "-" и "_". Длина имени до 8-ми, а расширения - до 3-х символов. Если расширение вместе с точкой опущены, система добавляет расширение "sia". Если при записи на диск система обнаружит уже существующий там одноименный файл, она автоматически заменит расширение этого файла на "bak". При чтении с диска ранее введенная в систему модель будет уничтожена.На рис.4.5 показан вариант структура объектно-ориентированного диалога в системе автоматизированного моделирования СИАМ, разработанной в МВТУ им. Н. Э. Баумана.

Экран разделен на несколько окон, содержащих разные виды информации: схему исследуемой модели, меню с набором возможных действий в текущей ситуации, параметры блоков и режимов работы, графики переходных процессов и частотных характеристик. Окна могут появляться и уничтожаться, т. е. структура

73

экрана может динамически изменяться. Это позволяет в ограниченных рамках экрана построить полную информационную модель, структурированную по типам и важности информации, по этапам решения задачи. В исходном состоянии на экране могут располагаться окна с информацией наиболее общего характера. Для выяснения деталей пользователь может указать на соответствующий объект и «войти» в него. На экране появится окно с более подробными данными, которые можно скорректировать и затем «выйти» из объекта, после чего окно исчезнет.

Программное обеспечение СИАМ состоит 30 основных модулей, написанных на языке ФОРТРАН-II, имеет общий объем более 2 тыс. операторов и образует ППП сложной структуры. Обмен информацией между модулями осуществляется через общую оперативную память. Для работы с системой используют про- блемно-ориентированный входной язык, позволяющий описывать модулируемую систему на уровне структурных схем.

Рис 4.5 Диалог в системе СИАМ.

На рис.4.5 изображена структура СИАМ по управляющим связям. Система СИАМ имеет 7 иерархических уровней.

На верхнем уровне находится модуль SIAM, в функции которого входят инициализация системы и начальная фаза диалога с пользователем. Модуль принимает управляющие директивы пользователя, проверяет их правильность и передает управление одному из модулей RUNCN, STRCT, PARAM, RUN или OUT второго уровня иерархии. В задачу модулей второго уровня входит семантический контроль введенной директивы, на основании которого управление передается модулям третьего, рабочего, уровня.

74

Модуль STRCT и связанные с ним рабочие модули осуществляют манипулирование структурой моделируемой системы:

SDSIN - вводит операторы задания структуры из символьного файла ЛБП; SDSOU - формирует символьный дисковый файл в ЛБП с записями операто-

ров структуры моделируемой системы;

STRIN и STROU - осуществляют, соответственно, считывание с терминала и вывод на терминал операторов задания структуры;

SCLER - стирает хранящуюся в оперативно памяти информацию о структуре и связанных с ней параметрах.

Рис.4.6. Структура СИАМ.

75

Модуль РАRАМ и подчиненные ему модули рабочего уровня осуществляют действия, аналогичные рассмотренным выше, но в отношении только параметров, конкретизирующих структуру моделируемой системы.

Вмодуле RUNCN и рабочих модулях RCNR, RCNO, и RCNRO подготавливается режим счета (моделирования) системы. Модуль RCNR в диалоговом режиме взаимодействия с использованием запоминает информацию о выбранном методе численного интегрирования, интервале изменения независимой переменной и шаге ее приращения. В модуле RCNO запоминаются уловные номера тех точек в структуре моделируемой системы, состояние которых в процессе моделирования представляет интерес для пользователя. Модуль RCNRO объединяет функции модулей RCNR и RCNO.

Спомощью группы модулей RUN реализуется собственно имитационное моделирование исследуемой системы. Модуль RBGN осуществляет начальный запуск счета, а модуль RFLW - продолжение после естественного окончания предыдущего счета или его прерывания по инициативе пользователя. В обоих случаях управление передается модулю RCOUT, который с помощью диалога с пользователем уточняет характер вывода оперативной информации в процессе счета, а также при необходимости формирует условие завершения переходного процесса в некоторой контрольной точке. В модуле SORT осуществляются необходимые подготовительные действия, преобразующие исходную информацию о структуре исследуемой системы в совокупность обычных дифференциальных уравнений первого порядка, представленных в канонической форме. Наконец, модуль WORK и связанный с ним модуль LTB реализуют процедуру численного интегрирования уравнений с пошаговым контролем выполнения сформированных условий окончания или прерывания процесса.

Вгруппе модулей OUT осуществляется вывод накопленной информации на внешние устройства. Модули ODST и ODSG подготавливают вспомогательный файл для последующего вывода результатов счета в форме, соответственно, таблиц или графиков на системную печать. Модули OTRT и OTRG выводят результаты соответственно в виде таблиц и графиков на экран терминала. Модуль OCNT обеспечивает доступ к фактическим координатам в любой точке структуры системы сразу после инициативного прерывания счета. Модуль ОЕХТ выводи данные на двухкоординатный графопостроитель в виде графика.

Всистеме реализуется компактная форма диалога, заключающаяся в том, что машина печатает «меню» услуг лишь по требованию оператора, в остальных случаях оно лишь подтверждает выбранное положение, оставляя за пользователем возможность отказаться от него. В начальном состоянии, куда система переходит всякий раз после завершения работы по любому из ранее выбранных продолжений, на экране терминального дисплея печатается запрос «СИАМ?» и система ожидает от пользователя дальнейших указаний. Каждое из пяти главных направлений может в свою очередь делится на более конкретные варианты работы. Пользователь выбирает альтернативный путь действий, указывая системе в ответ на очередной запрос целое положительное число, приписанное нужному продолжению. При затруднениях в выборе пользователь водит знак вопроса и тем самым инициализирует работу подсказчика. Если, например, пользователю необходимо вывести на терминал текущее состояние моделируемого процесса, он может ввести

76

код 5 в ответ на запрос СИАМ? Тогда на терминале появится уточняющий запрос:

График на терминал (1), график на АЦПУ (2), таблица на терминал (3), таблица на АЦПУ (4), состояние переменных (5), график на построитель?

После ввода в машину еще одного кода 5 на экране печатаются текущие значения выходных координат всех типовых блоков, используемых в моделируемой системе. В сокращенной форме диалога пользователь может в ответ на запрос «СИАМ?» сразу указать код 55 (как объединение ответов 5 на основной и 5 - на уточняющий запрос) и сразу получить интересующую его информацию.

СИАМ позволяет:

Моделировать динамику разнообразными методами численного интегрирования Эйлера и Рунге-Кутта 4-го порядка - с постоянным шагом, Рунге-Кутта- Чемпион 5-го порядка с автоматическим изменением шага, Адамаса - с постоянным шагом как в прямом так и в обратном времени;

Прекращать в любой момент моделируемый процесс с возможностью вывода на экран дисплея или печатающее устройство накопленные к этому моменту результаты в виде таблиц и графиков;

Продолжить интегрирование с прерванного состояния; Автоматически определять параметры переходного процесса.

Задание информации об исходных свойствах системы управления осуществляется в СИАМ с помощью структурно-ориентированного языка операторного типа: каждый элемент структуры должен соответствовать одному из возможных типовых звеньев СИАМ. Все типовые звенья могут иметь один или два входа и один выход, т. е. представляют собой одномерные звенья CAP направленного действия. Семантика типовых звеньев достаточно обширна - используется более 30 различных типов - и позволяет описывать динамику большинства практически важных систем регулирования и управления. Для задания конкретного элемента структуры используется оператор вида

<№ ЭЛЕМЕНТА > <ТИП> <СПИСОК ВХОДОВ>

Здесь <№ ЭЛЕМЕНТА > - произвольное целое число без знака, используемое в качестве идентификатора данного элемента. Номер элемента позволяет ссылаться на него при описании связи между структурными элементами исследуемой системы и никак не связан с порядком указания этого элемента или приоритетом его вычисления.

<ТИП> - одноили двухбуквенный код, указывающий на тип элемента (см. табл. 1).

<СПИСОК ВХОДОВ> - номера одного или двух (в зависимости от типа звена) звеньев структуры, выходы которых используются в качестве входов для данного звена.

Как уже отмечалось, в СИАМЕ используют более 30 типовых звеньев структуры. В табл. 1 приведены некоторые типовые структурные звенья СНАМ с кратким описанием их семантики и указанием типа.

77