Использование супер-блоков в системе с релейным регулятором

Рассмотрим, как можно модернизировать созданную блок-схему для осуществления поставленной задачи.

В предыдущем материале мы рассмотрели пример реализации простейшего управляющего элемента в Xcos. Заметим, что частота переключения режимов двухфазного термоконтроллера высока (около 10 сек.), что на практике оказывало бы дополнительную нагрузку на исполнительные механизмы устройства и приводило бы к его быстрой поломке. Поэтому более рациональным было бы указывать не фиксированное значение температуры, а диапазон температур, характерных для комфортного пребывания в помещении.

Рассмотрим, как можно модернизировать созданную блок-схему для осуществления поставленной задачи.

Прежде всего, для большей наглядности созданной схемы, прибегнем к помощи супер-блоков. Чтобы объединить несколько Xcos блоков в один супер-блок нужно:

• выделить нужные блоки с их соединительными линиями (см рис.75 а);

  Рис. 75a. Преобразование блоков в супер-блок/ выделение объединяемых блоков

• кликнуть правой кнопкой мыши по одному из блоков;

• в выпадающем меню выбрать пункт «Selection to superblock».

После чего на месте группы блоков появится новый блок (см. рис..75б ).

Рис. 75б. Преобразование блоков в супер-блок/ результат объединения нескольких блоков

То же самое необходимо проделать для блока управления, предварительно удалив лишние соединительные линии (см. рис. 76 а-б)

Рис. 75а. выделение объединяемых блоков

Рис. 75б. результат объединения нескольких блоков

В результате исходная схема примет удобочитаемый вид, как показано на рис. 77.  

Рисунок 77. Блок-схема замкнутой системы управления с использование супер-блоков

После проведения всех манипуляций настоятельно рекомендуется запустить моделирование, дабы убедиться, что ничего не сломалось. Как правило, чего-то всегда ломается. Но процесс отладки полезен потому, что позволяет лучше разобраться в происходящем.

Итак, чтобы найти ошибку, необходимо проанализировать, где она могла бы возникнуть. Вопросы с настройкой осциллографа мы разбирать не будем, так как это тема давно минувших дней параграфов. Обратимся к ново-созданным супер-блокам. Для того, чтобы просмотреть содержимое супер-блока, нужно дважды по нему кликнуть левой кнопкой мыши, после чего, в новом окне откроется блок-схема, входящая в состав данного супер-блока. Обратимся к содержимому зелёного блока (см. рис. 78).

Рисунок 78. Ошибка, возникающая при создании супер-блоков

Вот оно! Подозрительный треугольник с восклицательным знаком, сигнализирующий о наличии ошибки. Дело в том, что в данных блоках используются переменные, указанные в контексте исходной рабочей области. Контекст же открытого окна, на проверку, оказывается пустым. Следовательно, для устранения данной ошибки, необходимо перенести используемые переменные из контекста исходного окна в окно редактирования супер-блока.

Важно! Иногда устранить ошибки, при создании супер-блоков из имеющихся в схеме, не удаётся – это баг бесплатного программного обеспечения. В этом случае построение схемы нужно начать в новой рабочей области именно с создания супер-блоков , которые можно найти на палитре «Пользовательские функции».

После краткого знакомства с пользовательскими супер-блоками, вернёмся к задаче модификации контроллера, регулирующего температуру в заданных пределах. Для моделирования такого контроллера потребуется блок , который располагается на палитре «Системы с разрывами». Данный блок имеет один регулярный вход и один регулярный выход и осуществляет переключение между двумя константами. Блок реле остаётся включенным до тех пор, пока на вход не передано пороговое значение, после чего реле выключается и принимает второе значение до тех пор, пока вновь не будет пройдено пороговое значение.

Из описания блока HYSTHERESIS следует, что целый блок, реализующий включение и отключение термокнтоллера, можно заменить одним блоком реле, как показано на рис. 79.

Рисунок 79. Использование блока реле в качестве управляющего устройства

Внутренние параметры блока HYSTHERESIS представлены на рис. 80

Рисунок 80. Внутренние параметры блока

Согласно заданным параметрам, блок HYSTHERESIS будет работать следующим образом:
по умолчанию блок считается включенным и остаётся таковым до тех пор, пока значение, подаваемое на его вход не превысит delta, при этом на выход блока реле подается значение output when on = 1.
Как только значение, подаваемое на вход блока реле превышает delta, блок выключается и подаёт на выход значение output when off = 0 до тех пор, пока входное значение не упадёт ниже –delta. Далее процесс повторяется.

Иначе на этот процесс можно взглянуть, обратившись к неравенству, которое решалось в предыдущем случае. Если прежде разность температур сравнивалась с нулём, то сейчас ошибка должна попадать в диапазон значений, иными словами, с помощью блока HYSTHERESIS в блок-схеме (см. рис. 81) решается неравенство .

\( |Tfix-H(s)|<\delta \) (*)

Рисунок 81. Блок-схема с управлением релейного типа

Запустите моделирование на 100сек. со следующими параметрами \( delta=3; Tfix=22; K=50; T=30; \tau=5 \), указанными в контексте. Результат моделирования представлен на рис.82.

Рисунок 82. График регуляции температура в пределах от 19 до 25 гр.Ц.

Судя по графикам, можно сделать следующий вывод: не смотря на то, что частота переключения контроллера сократилась, увеличился разброс значений, выходящих за рамки допустимого диапазона. На практике управляющий элемент такого типа используется в качестве компромиссного решения между частотой смены состояний переключателя и значениями перерегулирования.