Модель работы камерной печи
Создание модели работы камерной печи, основы работы с системой MatLAB и, в частности, системой Simulink. Разработка и создание библиотеки компонентов и масштабируемой модели, на основе которой можно строить разные варианты и режимы работы камерной печи.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.10.2013 |
| Размер файла | 382,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Задание
В процессе обработки на металлургическом заводе стальные отливки поступают в камерную печь с интервалом, распределенным экспоненциально с математическим ожиданием 2.25 ч. Отливки нагреваются в печи в целях рационализации дальнейшего хода технологического процесса. Изменение температуры отливки в печи описывается следующим дифференциальным уравнением:
где - температура i-й отливки в камере; - коэффициент скорости нагрева, равный Х+0.1, где Х - нормально распределенная величина с математическим ожиданием 0.05 и среднеквадратичным отклонением 0.01; а H - температура печи, которая раскаляется до 2600°F с постоянным коэффициентом скорости нагрева, равным 0.2, т.е.
Отливки влияют друг на друга так, что помещение «холодной» отливки в печь снижает температуру в печи и изменяет тем самым время нагрева находящихся в ней в данный момент отливок. Снижение температуры равно разности температур печи и отливки, деленной на количество отливок в печи. Всего в печи 10 камер. Когда холодная отливка поступает к заполненной печи, она складируется рядом с печью. Предполагается, что начальная температура поступающих отливок равномерно распределена на интервале 400-500°F.
Стратегия управления технологическим процессом состоит в том, что нагрев отливок в печи продолжается до тех пор, пока температура одной из них не достигнет 2200°F. Как только эта температура достигается, все отливки с температурой выше 2000°F удаляются. Начальные условия предполагают наличие шести отливок в печи с температурой каждой отливки, равной 5500, 600, 650, …, 800°F. Начальная температура печи равна 1650°F, а очередная отливка поступает в нулевой момент времени.
Целью исследования является имитация описанной выше описанной выше системы в течении 500 часов для получения оценок следующих величин:
- среднего времени нагрева отливок;
- времени ожидания холодных отливок перед очередью;
- загрузки камерной печи.
Концептуальная модель
Система включает в себя следующие объекты:
- отливка - материал, отправляющийся в печь для нагрева;
- очередь - совокупность отливок, ожидающих освобождения камер печи;
- камера - элемент печи, в который помещается одна отливка для нагрева;
- печь - совокупность камер и нагревательного элемента.
|
Объект |
Атрибуты |
|
|
Отливка |
Начальная температура - температура (из диапазона 400-500°F) отливки при помещении ее в печь. Коэффициент скорости нагрева - описывает свойства материала отливка и его сопротивляемость нагреву. Дифференциальное уравнение, описывающее процесс нагревания отливки в печи. |
|
|
Очередь |
Число отливок в очереди - количество отливок, которые не уместились в печь и ждут своей очереди на загрузку. Время ожидания отливки перед печью - усредненное время ожидания отливки момента освобождения какой-либо из камер печи. |
|
|
Камера |
Начальная температура - 0, если камера пустая и какое-то конкретное значение, если в камере перед началом работы уже загружена отливка. Delete temperature - температура, выше которой отливка уже считается нагретой и готова к к удалению из печи. |
|
|
Печь |
Maximal temperature of Stove - температура в печи, когда все отливки, готовые к удалению, можно удалять из печи. Дифференциальное уравнение, описывающее процесс нагревания печи и ее остывания при помещении туда холодных отливок. Начальная температура - температура печи перед началом работы. Maximal temperature - максимальная температура, до которой может раскалиться печь (используется в дифференциальном уравнении). Коэффициент нагрева - способность нагревательного прибора печи изменять ее температуру. |
Разработка библиотеки функциональных блоков
Наименование: Генератор отливок.
Назначение: Создает (генерирует) поток отливок с заданным распределением интервалов времени между ними (экспоненциальное распределение).
Описание входов: отсутствуют
Описание выходов: количество отливок, сгенерированных в единицу времени.
Состояния элемента: генерация интервалов между поступлениями очередной отливки по экспоненциальному закону.
События, на которые реагирует элемент: нет.
Алгоритм функционирования: Мат. Ожидание интервала превращается в интенсивность (1/EXP) и умножается на шаг интегрирования. От полученного числа берется RANDOM с пуассоновским распределением.
Параметры, устанавливаемые пользователем:
· EXP - математическое ожидание экспоненциального распределения между поступлениями отливок.
Наименование: Очередь.
Назначение: Организация очереди холодных отливок перед печью.
Описание входов:
· Поступающие холодные отливки.
· Количество отливок, которые печь не смогла принять на текущем шаге.
Описание выходов:
· Отливки, готовые поступить в печь.
Состояния элемента: пусто - не пусто.
События, на которые реагирует элемент: Элемент реагирует на поступление новой отливки и на принятие холодной отливки печью.
Алгоритм функционирования: на выходе - сумма входов.
Параметры, устанавливаемые пользователем: нет.
Наименование: Камера.
Назначение: Хранить отливку при ее нагревании.
Описание входов:
· Состояние очереди.
· Вектор статистики.
Описание выходов:
· Измененное состояние очереди. Очередь может уменьшиться на 1 отливку, если камера была пуста, или поступить на выход в неизменном состоянии.
· Вектор статистики, измененный с учетом информации, собранной в данной камере.
Состояния элемента: Пуста - занята. При занятом состоянии идет изменение температуры поступившей отливки. Статистика собирается в любом случае.
События, на которые реагирует элемент: Элемент реагирует на состояние очереди (второй вход), изменяя при необходимости количество заявок в ней.
Алгоритм функционирования: Поступившая новая холодная отливка устанавливает в 1 занятость камеры; посылает в difur1 сигнал о том, что нужно заново имитировать нагревание; уменьшает объем Очереди на 1. Difur1, приняв сигнал о поступлении новой отливки, ее начальную температуру и текущую температуру печи, начинает имитировать процесс нагрева. Температура новой поступившей отливки подается и на выход «-» с тем, чтобы осуществить остывание печи при помещении в нее холодной отливки. При поступлении сигнала OnDel (когда температура отливки в одной из камер достигнет 2200°F) камера освобождается от отливки, сбрасывая интегратор DNI-r и свои выходные статистические данные. Другие же статистические данные камера (в любой момент работы) принимает, изменяет их с учетом своих процессов и передает на выход.
Параметры, устанавливаемые пользователем:
· ITEMP - начальная температура камеры (камера должна быть непустой).
· DELTEMP - если температура отливки выше нее, то отливка - нагрета и готова к выемке из печи.
· CI (векторная величина) - коэффициент скорости нагрева отливки: [мат. Ожидание, ср. квадр. Отклонение, добавочная величина].
· OTLT (векторная величина) - Температура поступившей отливки: интервал, на котором распределена температура поступившей отливки.
Наименование: Ядро печи.
Назначение: Имитирует нагревательный элемент печи и собирает статистику со всех камер.
Описание входов:
· Интегральная статистика, собранная со всех камер печи.
Описание выходов:
· Количество занятых камер.
· Интегральная статистика (инициализация статистики для следующего шага).
· Сумма по всем камерам среднего времени нагрева отливок.
Состояния элемента: Элемент постоянно находится в одном состоянии - вычисление средних статистических характеристик + дифференциальное изменение температуры печи.
События, на которые реагирует элемент: Элемент реагирует на изменение входного статистического вектора.
Алгоритм функционирования: Ядро осуществляет изменение температуры печи с помощью элемента Core difur. Также ядро демультиплексирует входной вектор статистики и вычисляет усредненные характеристики, записанные в элементах этого вектора. Сюда входит и выявление достижения заданной температуры нагрева какой-нибудь отливкой. При достижении отливкой(ами) данной температуры, камерам посылается сигнал OnDel на удаление отливок из камер.
Параметры, устанавливаемые пользователем:
· MAXTEMP - температура, до которой необходимо нагревать отливки.
Rules of Processes
Наименование: Дифференциальное уравнение нагрева отливки.
Назначение: Моделирование сопротивления материала нагреву.
Описание входов:
· Сигнал о поступлении новой отливки в камеру.
· Температура, с которой отливка поступает в камеру.
· Текущая температура печи.
Описание выходов:
· Текущая температура отливки.
Состояния элемента: Моделирование процесса нагрева помещенной в камеру отливки - прием новой отливки.
События, на которые реагирует элемент: Поступление холодной отливки.
Алгоритм функционирования: Новая поступившая в камеру отливка сбрасывает значение интегратора и посылает сигнал на генерацию параметров коэффициента нагрева (единовременно). Начальная температура отливки поступает на инициализационный вход интегратора.
Параметры, устанавливаемые пользователем:
· CI (векторная величина) - коэффициент скорости нагрева отливки: [мат. Ожидание, ср. квадр. Отклонение, добавочная величина].
Наименование: Дифференциальное уравнение нагрева печи.
Назначение: Моделирование процесса изменения температуры нагревательного элемента печи.
Описание входов:
· Температура, на которую нужно уменьшить температуру печи (высчитывается по заданию).
Описание выходов:
· Текущая температура печи.
Состояния элемента: Постоянное моделирование процесса изменения температуры нагревательного элемента печи.
События, на которые реагирует элемент: Поступление холодных отливок.
Алгоритм функционирования: Дифференциальное уравнение строится на DNI (см. далее описание DNI). Так как DNI по своей структуре отличается от непрерывного интегратора MatLAB, то на каждом шаге результат интегрирования дифференциального уравнения умножается на шаг интегрирования. Когда в печь поступают холодные отливки, температура, на которую они изменяют температуру печи, подается на вход интегратора со знаком «минус».
Параметры, устанавливаемые пользователем:
· ITEMP - начальная температура печи.
· MAXT - максимальная температура нагрева печи.
· KOEFN - коэффициент скорости нагрева.
Common blocks
Наименование: Discrete-Continuously Summator.
Назначение: Интегрирование входной величины за один шаг работы системы.
Описание входов:
· Интегрируемая величина.
Описание выходов:
· Результат интегрирования.
Состояния элемента: Те же, что и у интегратора.
События, на которые реагирует элемент: Входная величина.
Алгоритм функционирования: Значение на выходе элемента Memory складывается с текущим значением входной величины. Результат сложения на следующем шаге появляется на выходе.
Параметры, устанавливаемые пользователем:
· INITC - Начальное состояние DNI (значение на выходе в начале моделирования).
Наименование: Discrete-Continuously Summator with reset input.
Назначение: Интегрирование входной величины за один шаг работы системы + возможность обнуления.
Описание входов:
· Интегрируемая величина.
· Сигнал обнуления сумматора.
Описание выходов:
· Результат интегрирования.
Состояния элемента: Те же, что и у предыдущего блока + обнуление (при ненулевом значении сигнала на втором входе).
События, на которые реагирует элемент: Входная величина, сигнал сброса.
Алгоритм функционирования: Значение на выходе элемента Memory складывается с текущим значением входной величины. Результат сложения на следующем шаге появляется на выходе. В случае ненулевой входной величины на втором входе, текущее значение интегратора умножается на ноль, тем самым обнуляя значение на выходе интегратора.
Параметры, устанавливаемые пользователем:
· INITC - Начальное состояние DNI-r (значение на выходе в начале моделирования).
Наименование: Шаг интегрирования.
Назначение: Вычисление шага интегрирования.
Описание входов: отсутствуют
Описание выходов:
· Значение шага интегрирования.
Состояния элемента: вариантно.
События, на которые реагирует элемент: Изменение положения на шкале времени.
Алгоритм функционирования: Производится интегрирование единичной величины и вычисление разности интеграла на текущем и предыдущем шагах интегрирования модели.
Наименование: Init Pulse.
Назначение: В начале работы системы активирует подпрограммы, задающие начальные значения элементов.
Описание входов: нет.
Описание выходов:
· Импульс, длиной в один шаг интегрирования, в начальный момент времени.
Состояния элемента: Выдача импульса в первый момент времени и перманентная пассивность - в остальное время.
События, на которые реагирует элемент: Начало работы системы.
Алгоритм функционирования: Элемент Memory имеет начальное значение, равное 1. Оно и подается на выход в первый момент времени. В остальное время на выход подается 0.
Параметры, устанавливаемые пользователем: нет.
Наименование: Non-zero divider.
Назначение: Производит деление двух чисел, учитывая нулевой знаменатель.
Описание входов:
· Числитель.
· Знаменатель.
Описание выходов:
· Частное.
Состояния элемента: Как и у всех вычислительных элементов.
События, на которые реагирует элемент: Входные величины.
Алгоритм функционирования: Если вход «знаменатель» равен нулю, то к нему добавляется единица, для избежания ошибки. Далее производится деление.
Параметры, устанавливаемые пользователем: нет.
Statistics
Наименование: Average value.
Назначение: Вычисление среднего значения входной величины.
Описание входов:
· Входная величина.
Описание выходов:
· Среднее значение входной величины.
Состояния элемента: постоянное усреднение.
События, на которые реагирует элемент: Входная величина.
Алгоритм функционирования: Интегрирование входной величины и системного времени. Результат деления - среднее значение.
Параметры, устанавливаемые пользователем: нет.
Наименование: Heat time.
Назначение: Вычисление среднего значения времени нагрева отливок.
Описание входов:
· Время нагрева очередной отливки.
Описание выходов:
· Среднее значение этого времени.
Состояния элемента: постоянное усреднение.
События, на которые реагирует элемент: Входная величина.
Алгоритм функционирования: Суммирование с помощью элементов DNI входных импульсов и их количества с последующим делением.
Параметры, устанавливаемые пользователем: нет.
Структурная модель системы
Блок-схема модели
Описание модели
Модель работы камерной печи состоит во взаимодействии трех основных элементов: Генератора отливок, Очереди и собственно Печи, которая обрабатывает поступающие из очереди отливки и, извлекая оттуда столько, сколько может принять, возвращает оставшиеся отливки опять на вход очереди.
Вот структурная модель Печи.
На выходе печи идет сбор статистических данных
Разработка плана экспериментов
Для получения интегральных характеристик системы (см. Задание), принимая во внимание широкое использование случайных величин, необходимо провести несколько экспериментов.
Для проведения экспериментов были установлены следующие параметры:
|
Время интегрирования (часов) |
500 |
|
|
Метод интегрирования |
Euler (ode1) |
|
|
Шаг интегрирования |
Fixed-step, auto; 0.05 max |
В ходе имитации будут определены следующие измеряемые величины:
· среднее время нагрева отливок;
· среднее время ожидания холодных отливок перед очередью;
· загрузка камерной печи.
Результаты имитационных экспериментов
|
№ п/п |
Number of Otlivkas |
Average queue time |
Average busy status |
Average time of heating |
|
|
1 |
220 |
2,576 |
8,605 |
19,89 |
|
|
2 |
224 |
7,936 |
9,088 |
21,24 |
|
|
3 |
243 |
5,01 |
9,083 |
18,59 |
|
|
4 |
240 |
7,535 |
9,249 |
19,89 |
|
|
5 |
198 |
3,178 |
8,687 |
21,58 |
Аппроксимация результатов
|
Num of otlivkas |
Average queue time |
Average busy status |
Average time of heating |
||
|
Среднее |
225 |
5,247 |
8,9424 |
20,238 |
|
|
Дисперсия |
326 |
5,984209 |
0,07851 |
1,44077 |
Расчет характеристик системы
Графики процессов
Число элементов, поступающих в печь.
Занятость печи (в камерах).
Температура в печи.
Выводы
камерная печь matlab simulink
В ходе создания модели работы камерной печи были изучены основы работы с системой MatLAB и, в частности, системой Simulink.
В итоге разработки и создания библиотеки компонентов получилась достаточно масштабируемая модель, на основе которой можно строить различные варианты и режимы работы камерной печи.
Приложение
Подсистемы основных библиотечных блоков
Камера -> генератор начальных температурMATLAB Function:unifrnd(OTLT(1), OTLT(2)) |
||
|
Difur1 -> коэффициент нагрева отливки MATLAB Functions: normrnd(CI(1), CI(2)) |
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Основные режимы работы AutoCAD 2004, порядок выполнения работы. Редактирование параметров и свойств слоев. Создание матосновы, подгрузка растра, векторизация изображения. Разработка объемной модели склада в "TGO", подсчет объема в DTMlink и CREDO.
практическая работа [3,7 M], добавлен 07.06.2013Основные понятия теории моделирования. Виды и принципы моделирования. Создание и проведение исследований одной из моделей систем массового обслуживания (СМО) – модели D/D/2 в среде SimEvents, являющейся одним из компонентов системы MATLab+SimuLink.
реферат [1,2 M], добавлен 02.05.2012Создание модели банка, в котором два кассира сидят в помещение, а два обслуживают клиентов, подъезжающих на автомобилях. Описание атрибутов объектов. Разработка библиотеки функциональных блоков. Построение структурной модели системы и диаграммы связей.
курсовая работа [628,0 K], добавлен 28.10.2013Возможности, визуализация и графические средства MATLAB. Устройство асинхронных двигателей. Математические модели асинхронной машины. Пакет визуального программирования Simulink. Преобразование уравнений асинхронной машины в неподвижной системе координат.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 30.08.2010Создание программы на языке C++, обеспечивающей ввод исходной информации, ее обработку, реализацию алгоритма имитации процесса и выдачу необходимой информации. Разработка имитационной модели очереди с разнотипными заявками (модели работы порта).
курсовая работа [563,8 K], добавлен 13.09.2012Исследование и оценка возможностей работы со следующими разделами библиотеки приложения Simulink пакета программ Matlab: Source, Sinks, Continuous, Math Operation. Функции по представлению полученных в результате моделирования данных в графическом виде.
лабораторная работа [438,9 K], добавлен 23.09.2022Терминологическая база для построения модели, имитирующей работу маршрутных микроавтобусов. Обоснование выбора программного средства. Алгоритм работы имитационной модели, особенности ее функционирования. Анализ результатов работы имитационной модели.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 29.04.2014Формализация задачи и применение численных методов. Классификация программных продуктов для моделирования технических устройств. Программный комплекс MatLab with simulink. Создание интерфейса модели электрогидравлического вихревого регулирующего элемента.
дипломная работа [694,9 K], добавлен 25.07.2012Создание базы данных для обеспечения автоматизации работы клуба собаководства. Определение информационных объектов и функциональных зависимостей. Информационно-логическая и даталогическая модели. Описание алгоритма работы БД. Отладка работы программы.
контрольная работа [1008,0 K], добавлен 08.06.2014Создание математической и компьютерной модели работы светофора с датчиком на скоростном шоссе с плотным автомобильным графиком. Конечный автомат – абстрактный, без выходного потока с конечным числом возможных состояний. Работа модели в Visual Basic.
курсовая работа [348,0 K], добавлен 28.06.2011Построение схемы модели процесса и разработка анимации; определение характеристики модели с использованием AnyLogic. Сеть Петри для процесса работы порта. Описание программного продукта. Объекты библиотеки Enterprise Library. Результаты работы модели.
курсовая работа [334,1 K], добавлен 25.04.2015История предприятия Северсталь. Общая характеристика деятельности Череповецкого металлургического комбината. Управление механизацией и автоматизацией. Разработка в программе контроллера модели зависимости температуры нагревательной печи от расхода газа.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 07.08.2012Создание имитационной модели работы госпиталя при поступлении потерпевших от катастрофы. Определение среднего времени пребывания пациентов в госпитале и необходимого количества мест в палатах. Разработка программы на языке GPSS, ее листинг и тестирование.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 26.11.2013Составление математической модели насосной станции. Исследование алгоритма каскадно-частотного регулирования в пакете программ Matlab Simulink. Решение проблемы обеспечения устойчивой работы насосных агрегатов и выбор ширины зоны нечувствительности.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 15.01.2012Создание программного средства "Банк" для облегчения работы с клиентами. Разработка архитектуры (концепция, модель, структура, выполняемые функции и взаимодействие компонентов) приложения. Построение функциональной модели программы, ее интерфейс.
курсовая работа [366,7 K], добавлен 24.01.2016Создание концептуальной модели СУБД Аэропорт, призванной автоматизировать работу служащих аэропорта. Схема данных, создание запросов, их формы. Построение базы данных и ее нормализация. Разработка прикладной программы: логическая структура, режимы работы.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 06.12.2010Разработка имитационной модели с регулярным входным потоком, отсутствующей очередью и естественным отсчетом времени (моделирование работы больничной палаты). Создание программы на языке C++, обеспечивающей ввод исходной информации, ее обработку и вывод.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 13.09.2012Оказание услуг по приему и обработке подписки. Разработка процессной модели работы подписного отдела. Построение модели с помощью средства имитационного моделирования Any Logic. Анализ влияния ключевых показателей на эффективность работы модели.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 05.12.2013Создание имитационной модели для регистрации транспортных средств. Построение Q-схемы модели. Базовый алгоритм программы в виде блок-схемы. Проектирование программы на языке GPSS. Обработка результатов работы. Планирование модельных экспериментов.
курсовая работа [490,5 K], добавлен 18.12.2013Программирование скрипта (m-файла) для задания исходных параметров, m-функции для задающего воздействия. Программирование блока "Signal Builder" для возмущающего воздействия. Расчет параметров регулятора. Проектирование Simulink-модели структурной схемы.
контрольная работа [769,0 K], добавлен 28.05.2013
