Einführung in WinFACT (eBook)

Jörg Kahlert (Autor)

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2009 | 1. Auflage
330 Seiten
Carl Hanser Fachbuchverlag
978-3-446-42099-1 (ISBN)

Infos

Dieses Buch bietet eine beispielorientierte Einführung in das leistungsstarke Programmpaket WinFACT, das Werkzeuge zur Analyse und Simulation von Regelungssystemen zur Verfügung stellt. Leser erhalten einen schnellen Überblick über die Leistungsmerkmale der einzelnen WinFACT-Softwarekomponenten, werden anhand einer Vielzahl von ausführlichen Beispielen sowie Übungsaufgaben mit der Bedienung vertraut gemacht und finden darüber hinaus eine Menge nützlicher Tipps und Tricks. Schwerpunkt des Buches ist die Vorstellung des blockorientierten Simulationsprogramms BORIS und seiner Add-Ons. Auf CD liegt eine aktuelle Light-Version von WinFACT bei, welche die Bearbeitung sämtlicher Beispiele und darauf aufbauende Untersuchungen gestattet. 



Das Buch wendet sich an Studierende aller Ingenieurausbildungsrichtungen, Auszubildende an Berufs- und Fachschulen für Technik sowie Ingenieure und Techniker in der Industrie. 



Der Autor



Dr.-Ing. Jörg Kahlert leitet seit 1991 ein Ingenieurbüro für Software-Engineering und Automatisierungstechnik. Er lehrt die Fächer "Steuer- und Regelungstechnik" und "Automatisierungstechnik" an der SRH Fachhochschule in Hamm. Auf CD: Light-Version von WinFACT 7, mit der sich Systeme aus bis zu 40 Blöcken simulieren lassen. Für alle im Buch vorgestellten Beispiele und eigene Experimente. In die Simulation können Fuzzy-Systeme mit bis zu drei Ein-/Ausgängen eingebunden werden.

Inhalt

Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 8
Einleitung 14
1 Der erste Schritt – Installation von WinFACT 18
1.1 Ablauf des Installationsvorgangs 18
1.2 Verfügbare Programmversionen und Lizenzformen 20
1.3 Einschränkungen der Begleit-Software zum Buch 21
1.4 Installation weiterer Komponenten 21
2 Aller Anfang ist schwer – ein erster Streifzugdurch WinFACT 23
2.1 Was ist WinFACT? 23
2.2 WinFACT-Programmkomponenten 25
2.3 WinFACT-Dateioperationen 28
2.4 WinFACT-Dateitypen 31
2.5 Arbeiten mit Blocklisten 32
2.6 Arbeiten mit Übertragungsfunktionen 35
3 Blockorientierte Simulation mit BORIS 37
3.1 Übersicht 37
3.1.1 Anwendungsbereiche von BORIS 37
3.1.2 Komponenten des BORIS-Hauptfensters 38
3.1.3 Laden und Speichern von Dateien 40
3.2 Einführendes Beispiel: Simulation einer Kfz-Dynamik 41
3.2.1 Blockschaltbild des Kfz-Modells 41
3.2.2 Umsetzung in BORIS 43
3.2.3 Einfügen und Anordnen der Systemblöcke 43
3.2.4 Parametrieren der Blöcke 48
3.2.5 Ziehen der Verbindungen 54
3.2.6 Simulation 60
3.2.7 Kommentierung der Simulationsstruktur 63
3.3 Arbeiten mit Systemblöcken 67
3.3.1 Erscheinungsbild von Blöcken 68
3.3.2 Einfügen neuer Blöcke 69
3.3.3 Selektieren von Blöcken 70
3.3.4 Verschieben von Blöcken 70
3.3.5 Löschen von Blöcken 71
3.3.6 Drehen von Blöcken 71
3.3.7 Kopieren und Einfügen von Blöcken 72
3.3.8 Parametrierung von Blöcken 72
3.3.9 Passive Blöcke 74
3.3.10 Ändern der Blockgröße 75
3.4 Verbindungen 76
3.4.1 Automatische und manuelle Verbindungen 77
3.4.2 Ziehen automatischer Verbindungen 78
3.4.3 Ziehen und Bearbeiten manueller Verbindungen 80
3.4.4 Umwandeln von Verbindungen 82
3.4.5 Löschen von Verbindungen 83
3.4.6 Farben von Verbindungen 83
3.4.7 Anzeige der Blockverbindungen 84
3.5 Arbeiten mit Signalquellen und -senken 84
3.6 Alles unter Kontrolle – Steuerung der Simulation 87
3.6.1 Grundlegende Simulationsparameter 87
3.6.2 Starten und Stoppen der Simulation 88
3.6.3 Einzelschrittmodus und Breakpoints 89
3.6.4 Hinweise zur Wahl von Schrittweite und Integrationsverfahren 90
3.6.5 Arbeiten im Echtzeitbetrieb 92
3.6.6 Kontrollausgaben während der Simulation 93
3.6.7 Überwachung von Blöcken 95
3.6.8 Parameteränderungen während der Simulation 96
3.6.9 Was tun bei algebraischen Schleifen? 96
3.7 Arbeiten mit Exportparametern 98
3.7.1 Bedeutung von Exportparametern 98
3.7.2 Simulationsgesteuerte Variation von Exportparametern 100
3.8 Arbeiten mit Superblöcken 103
3.8.1 Wozu dienen Superblöcke? 103
3.8.2 Erstellung von Superblöcken 103
3.8.3 Ein- und Ausgänge von Superblöcken 106
3.8.4 Superblöcke und Labels 107
3.8.5 Signalquellen und -senken in Superblöcken 109
3.8.6 Exportieren von Parametern 110
3.8.7 Benutzerdefinierte Block-Bitmaps 111
3.9 Automatisierte Durchführung von Simulationsreihen (Batch-Betrieb) 112
3.10 Direkte Ermittlung von Frequenzgängen 118
3.11 Die BORIS-Systemblock-Bibliothek 120
3.11.1 Blöcke zur Signalgenerierung 121
3.11.2 Blöcke zur Visualisierung und Weiterverarbeitung von Simulationsergebnissen 126
3.11.3 Blockgruppe Quellen 137
3.11.4 Blockgruppe Dynamik 138
3.11.5 Blockgruppe Statik 140
3.11.6 Blockgruppe Regler 141
3.11.7 Blockgruppe Stellglieder 143
3.11.8 Blockgruppe Funktion 143
3.11.9 Blockgruppe Digital 144
3.11.10 Blockgruppe Aktion 147
3.11.11 Blockgruppe Kommunikation 147
3.11.12 Blockgruppe Simulation 148
3.11.13 Blockgruppe Senken 149
3.11.14 Blockgruppe Sonstige 152
3.11.15 Blockgruppe VirtInstr 154
3.12 Do it yourself – So erweitern Sie die Systemblock-Bibliothek um eigene Blöcke 155
3.13 Entwurf von PID-Reglern 161
3.13.1 Entwurfsverfahren 161
3.13.2 PID-Entwurf nach Einstellregeln 161
3.14 Numerische Optimierung von Systemparametern 170
3.15 Gesucht – gefunden: Navigieren in Systemstrukturen 174
3.15.1 Struktur-Übersicht 174
3.15.2 Suchen nach Systemblöcken 176
3.15.3 Suchen nach Textblöcken 178
3.16 Der letzte Schliff – Arbeiten mit Textblöcken, Gruppenrahmen und Bitmap-Grafiken 179
3.16.1 Textblöcke 180
3.16.2 Gruppenrahmen 182
3.16.3 Bitmap-Grafiken 184
3.17 Für alles offen – Kommunikation und Datenaustausch mit anderen Programmen 186
3.18 Arbeiten mit Hardware-Treibern 187
3.19 Was Sie sonst noch wissen sollten 192
3.19.1 Verwaltung von Alarmen und Meldungen 192
3.19.2 Zugriffsschutz 193
3.19.3 Revisions-Kontrollsystem 194
3.19.4 Benutzerdefinierte Einstellungen 194
3.20 Ausgewählte Simulationsbeispiele 197
3.20.1 Nichtlineares Fadenpendel 197
3.20.2 Mechanischer Schwinger 199
3.20.3 Verladekran 200
3.20.4 Gekoppelte Dynamos 204
3.20.5 Drei-Körper-Problem 206
3.20.6 Fadenpendel mit Anschlag 208
3.20.7 Springender Ball 211
3.20.8 Beschleunigungsvorgang bei Pkw 213
3.20.9 Drehzahlregelung eines Gleichstromantriebs 219
3.20.10 Stabilisierung eines inversen Doppelpendels 223
3.20.11 Digitale Regelung 227
3.20.12 Feder-Masse-System mit Anschlägen 229
3.20.13 Lithium-Cluster-Dynamik 232
3.20.14 Miniwelt: Bevölkerung, Konsum, Umweltbelastung 236
3.20.15 Weitere regelungstechnische Simulationsbeispiele 239
3.21 Lust auf mehr? BORIS-Add-Ons 241
3.21.1 Flexible Animation Builder 241
3.21.2 State Machine Workbench 246
3.21.3 PID Design Center 252
3.21.4 System Identification Center 253
3.21.5 AutoCode-Generator 253
3.21.6 Soft-SPS 257
3.21.7 OPC Client/Server Toolbox 258
3.21.8 ODBC-Toolbox 259
3.21.9 VBScript-Modul 259
3.21.10 Datenlogger 260
3.21.11 FTP-Toolbox 261
3.21.12 Universelles RS-232-Modul 261
3.21.13 Sollwert-/Kennliniengenerator 261
4 Systemidentifikation mit IDA 262
4.1 Prinzip der experimentellen Systemidentifikation 262
4.2 Anwendungsbeispiel 262
4.3 Weitere Leistungsmerkmale von IDA 269
5 Analyse linearer Systeme mit LISA 272
5.1 Leistungsumfang 272
5.2 Anwendungsbeispiel 272
5.3 Weitere Leistungsmerkmale 276
6 Reglerentwurf im Frequenzbereich mit RESY 280
6.1 Leistungsumfang 280
6.2 Anwendungsbeispiel 282
7 Aufbereitung von Daten mit INGO 287
7.1 Übersicht 287
7.2 Leistungsmerkmale 288
8 Simulation und Synthese von Zustandsregelkreisen mit SUSY 293
8.1 Leistungsumfang 293
8.2 Anwendungsbeispiel 294
9 Entwurf und Simulation von Fuzzy-Systemen 298
9.1 Leistungsmerkmale der Fuzzy-Shell FLOP 298
9.2 Linguistische Variablen und Terme 299
9.2.1 Einfügen neuer Variablen 299
9.2.2 Bearbeiten von Variablen 301
9.3 Erstellen der Regelbasis 303
9.3.1 Regelbasis-Fenster 303
9.3.2 Regelbasis-Editor im Tabellen-Modus 304
9.3.3 Regelbasis-Editor im Matrix-Modus 306
9.4 Operatoren, Inferenzmechanismus und Defuzzifizierung 307
9.4.1 Operatoren für UND- und ODER-Verknüpfung 307
9.4.2 Inferenzmechanismus und Defuzzifizierung 307
9.5 Systemanalyse im Debug-Modus 308
9.5.1 Aktivierung des interaktiven Debug-Modus 308
9.5.2 Variablenfenster im Debug-Modus 309
9.5.3 Regelbasis-Editor im Debug-Modus 310
9.5.4 Kennlinien- und Kennfelddarstellung 311
9.5.5 Trace-Modus 313
9.6 Analyse des Systems durch Simulation 314
9.6.1 Nutzung des internen Simulators 314
9.6.2 Simulation mit BORIS 314
9.7 Kommunikation mit anderen Anwendungen über DDE 315
9.7.1 Betrieb als DDE-Server 316
9.7.2 Betrieb als DDE-Client 316
9.8 Generierung von C-Code 317
10 Die Trainingsprogramme SIM-Trainer und BODE-Trainer 319
10.1 SIM-Trainer 319
10.2 BODE-Trainer 320
Formelverzeichnis 322
Literaturverzeichnis 324
Index 325
Die Internetseite zum Buch 329

Textauszug

3 Blockorientierte Simulation mit BORIS (S. 36-37)

3.1 Übersicht

3.1.1 Anwendungsbereiche von BORIS

Das blockorientierte Simulationssystem BORIS ist zweifelsohne das Kernmodul von Win-FACT – viele Anwender arbeiten sogar ausschließlich mit BORIS. Mit Hilfe von BORIS erstellen Sie Simulationsstrukturen nach dem Baukastenprinzip: Zunächst suchen Sie sich aus der Systemblock-Bibliothek die für Ihr Problem passenden Blocktypen zusammen, parametrieren diese dann in geeigneter Weise und verbinden sie schließlich über entsprechende Signalleitungen miteinander. Alles andere übernimmt BORIS für Sie – Sie müssen also weder ein numerisches Integrationsverfahren zur Lösung der Simulationsgleichungen programmieren, noch sich um die Realisierung der Simulationsschleife oder gar die Ermittlung der korrekten Abarbeitungsreihenfolge der einzelnen Systemblöcke kümmern.

Auch wenn ein Großteil der WinFACT-Anwender BORIS speziell zur Simulation regelungstechnischer Systeme – also Regelstrecken und Regelkreise – nutzt, lassen sich mit BORIS prinzipiell beliebige dynamische Systeme simulieren, da die zugrunde liegenden mathematischen Modelle (z. B. Funktions- und Differentialgleichungen) immer dieselben sind. Digitalschaltungen aus Logikgattern, Flip-Flops oder auch Zählern lassen sich daher genau so verarbeiten wie analoge und digitale Filter oder Populationsdynamiken aus der Biologie (Bevölkerungswachstum, Räuber-Beute-Systeme etc.). Selbstverständlich können Sie BORIS durchaus auch zur Simulation von elektrischen Netzwerken benutzen – auch wenn es dafür sicherlich besser geeignete Programme wie z. B. PSPICE gibt [HEINEMANN09].

Die Bezeichnung Simulationssystem ist aber nur die halbe Wahrheit: BORIS kann durchaus mehr als „nur“ zu simulieren, wir werden im Rahmen dieses Kapitels detailliert darauf eingehen. Hier daher zunächst nur einige weitergehende Anwendungsbereiche von BORIS in Stichpunkten:

• Messwerterfassung und Signalanalyse
• Regelkreisanalyse und -synthese im Zeit- und Frequenzbereich
• Identifikation von Regelstrecken
• Systemoptimierung
• automatische Codegenerierung für nahezu beliebige Zielsysteme
• Prozessführung und -visualisierung
• Konfigurierung und Parametrierung von Hardwarebaugruppen.

Neben den bekannten konventionellen Systemen können dabei insbesondere auch Systeme mit Fuzzy- und/oder Neuro-Komponenten verarbeitet werden.

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 1.1.2009
• Verlagsort: München
• Sprache: deutsch
• Gewicht: 455 g
• Themenwelt: Mathematik / Informatik ► Informatik
• Themenwelt: Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik
• Schlagworte: Automatisierungstechnik • Boris • Fuzzy-Logik • Regelungstechnik • Simulation • Steuerungstechnik • WinFACT
• ISBN-10: 3-446-42099-1 / 3446420991
• ISBN-13: 978-3-446-42099-1 / 9783446420991