Примеры САПР

Наиболее совершенной системой функциональной САПР является система Matlab. Состав программы Matlab (фирма MathWork).

1.Математика.

1.Statistics Toolbox. Статистика

2. Optimization Toolbox. Оптимизация.

3. Fuzzy Logic Toolbox. Нечёткая логика.

4.Neural Network Toolbox. Нейронные сети.

5.Partial Differential Equation Toolbox. Уравнения в частных производных.

6.Symbolic Math Toolbox. Символьная математика.

7.Extended Symbolic Math Toolbox. Расширенная символьная математика.

2. Базовые программные средства.

1. Matlab. Ядро программы.

2. Simulink. Моделирование динамических систем.

3.Matlab C Math Library. Библиотека математических функций Matlab на языке С.

4. Matlab C++ Math Library. Библиотека математических функций Matlab на языке С++.

5. Matlab Compiler. Компилятор языка Matlab на язык С.

6.Real Time Workshop. Моделирование систем реального времени.

7.Simulink Accelerator. Ускорение процедур моделирования.

8.Excel Link. Интерфейс с системой Excel.

3.Анализ и синтез систем управления, моделирование.

1.Control System Toolbox. Линейные системы управления.

2.Monlinear Control Design. Проектирование нелинейных систем

3.Robust Control Toolbox. Робастное управление.

4.Model Predictive Control Toolbox. Управление с эталонной моделью.

5.Quantitative Feedback Theory Toolbox. Проектирование робастных систем с обратной связью.

6.Linear Matrix Inequality Control Toolbox. Синтез систем управления на основе линейных матричных неравенств.

7.System Identification Toolbox. Идентификация параметров систем.

8.Frequency Domain System Toolbox. Идентификация в частотной области.

9.Power System Blockset. Моделирование силовых систем.

10.Stateflow Toolbox. Моделирование дискретных состояний.

11.Communication Blockset. Моделирование и проектирование коммуникационных систем.

4. Обработка сигналов и изображений.

1.Signal Processing Toolbox. Моделирование и обработка сигналов.

2. Digital Signal Processing Blockset. Моделирование и обработка цифровых сигналов.

3.Quantized Filtering Toolbox. Моделирование и обработка цифровых фильтров.

4.Image Processing Toolbox. Обработка статических растровых изображений.

5.Higher-Order Spectral Analysis Toolbox. Спектральный анализ с учётом моментов

высшего порядка.

5. Разное.

1.Financial Toolbox. Финансы.

2.Mapping Toolbox. Картография.

3.Database Toolbox. Работа с базами данных.

Для сравнения приведём состав конструкторской САПР CADdy (фирмы Ziegler) (российский дистрибьютор фирма ПОИНТ).

Общие модули.

1.Электронный архив чертежей.

2.Просмотр и печать чертежей.

3.Графическая информационная система.

4.Графическая сетевая система управления базами данных.

5.Интерфес с графическими станциями.

6.Трёхмерная светотеневая раскраска.

Модули машиностроения.

1.2D проектирование.

2.База данных крепёжных элементов.

3. База данных асинхронных электродвигателей.

4. База данных редукторов.

5. База данных роликовых и втулочных цепей.

6.База данных по фланцам.

7. База данных профилей и проектирование металлоконструкций. STB

8.Кинематика.

9.. 3D твёрдотельное моделирование.

10. 3D проектирование металлоконструкций. STD.

11.Гибка листового металла.

12.Развёртки трубных соединений.

13.Технические иллюстрации с 3D каркасной моделью.

14.Сварные соединения.

15.Цилиндрические пружины.

16. Библиотека подшипников.

17. Библиотека нормалей.

Модули для проектирования промышленных установок.

1.Планы размещения оборудования и трубопроводов.

2.Пространственная компоновка оборудования и трубопроводов.

3.Прнципиальные технологические схемы.

4.Изометрические схемы трубопроводов.

Модули электроники.

1.Разработка принципиальных схем. EL1

2. Разработка монтажных схем. EL2

3.Авторазмещение. EL3

4.Автотрассировщик. EL4

5.2D проектирование. EL5.

Модули электротехники.

1.Принципиальные электрические схемы и схемы подключения. ЕТ1.

2.Система управления базами данных электротехники. ЕТ2.

3.Компоновка электротехнических изделий. ЕТ3.

4.Архив проектов по электротехнике. PV.

5.Проектирование систем электроснабжения и слаботочных сетей. HТE.

Архитектурное проектирование.

1. 2D/3D архитектурное проектирование. А1.

2.Проектирование крыш.

3.Расчёт несущих конструкций крыши.

4.Расчёт площадей помещений.

5.Ведение генпланов и управление территориями.

Оборудование зданий.

1.2D/3D архитектурное проектирование. А1.

2. Проектирование систем отопления, водоснабжения и канклизации.

3.Проектирование систем вентиляции и кондиционирования.

4.Проектирование систем электроснабжения и слаботочных сетей.

Строительное проектирование/конструкции.

1. 1.2D/3D архитектурное проектирование. А1.

2.Размещение арматуры.

3.База данных профилей и проектирование металлоконструкций. STB.

4.3D проектирование металлоконструкций. STD.

5.Проектирование столбчатых фундаментов.

6.Проектирование ленточных фундаментов.

Наружные инженерные сети, дороги.

1.Проектирование канализационных сетей.

2.База данных по канализационным сетям и колодцам.

3.Проектирование водопроводных сетей

4.База данных по оборудованию водопроводных сетей.

5.Проектироваение и эксплуатация газовых сетей.

6.Проектирование дорог.

7.Дорожная разметка и дорожные знаки.

Инженерная геодезия, земельный кадастр.

1.Конвертер данных,.полученных с геодезических приборов.

2.Обработка данных измерений.

3.Вычисление приближённых координат.

4.Картография, оцифровка.

5.Архив планов и карт.

6.Цифровая модель рельефа.

7.Разработка и использование графических информационных систем.

Стандарты проектирования

Проектирование должно выполняться в соответствии с отечественными государственными стандартами (ГОСТами) и международными стандартами на проектирование. Основной отечественной системой стандартов является система ЕСКД – Единая система конструкторской документации (имеющая номер 2 в нумерации отечественных систем государственных стандартов). Все стандарты этой системы начинаются с цифры 2. Далее идут: номер раздела (один десятичный разряд), номер стандарта в этом разделе (два десятичных разряда), год утверждения стандарта. Например, стандарт 2.001-68 относится к разделу с номером “0” (“общие положения”), имеющему номер 1 в этом разделе и утверждённому в 1968 году.

Основным международным стандартом на автоматизированное проектирование является стандарт ISO 10303, разработанный организацией International Standard Organization (ISO).

Стадии проектирования серийно выпускаемого изделия

согласно ЕСКД.

1.Техническое задание.

2. Техническое предложение.

3.Эскизный проект.

4.Технический проект.

5.Рабочий проект.

6. Изготовление экспериментального образца.

7. Испытания и корректировка документации экспериментального образца.

8. Изготовление опытного образца.

8. Испытания и корректировка документации опытного образца.

9. Изготовление и испытания установочной серии изделия.

10. Серийный выпуск изделия.

Конструкторские документы согласно ЕСКД.

Конструкторские документы делятся на два вида: текстовые и графические.

Текстовые документы делятся на две группы: основные (обязательные) и дополнительные (необязательные).

Основные документы (в скобках указаны буквы, которыми обозначаются документы

в реестре документов):

1. Технические условия (ТУ).
2. Руководство по эксплуатации (РЭ).
3. Паспорт (П).
4. Карта технического уровня и качества продукции (КУ).
5. Патентный формуляр (ПФ).

Наибольший объём имеет документ ТУ: он состоит из нескольких разделов, среди которых разделы “Область применения изделия”, “Технические данные изделия”,

“Методика испытаний изделия”, “Приборы, необходимые для испытаний изделия”,

“Способы окраски, упаковки и транспортировки изделия” и др.

Документ РЭ помимо разделов “Область применения изделия”, “Технические данные изделия” содержит структурную и функциональную схемы изделия, словесные алгоритмы функционирования изделия вцелом, его отдельных блоков и субблоков. При необходимости словесные алгоритмы функционирования дополняются схемами и математическим описанием алгоритма функционирования.

Документ П содержит краткие выдержки из документов ТУ и РЭ. Документы РЭ и П поставляются покупателю вместе с изделием.

Документ КУ содержит информацию о конкурентоспособности изделия: таблицу,

сравнивающую основные параметры изделия и его ближайших аналогов. Проектируемое изделие должно превосходить ближайшие аналоги хотя бы по одному из основных технических параметров. Если такого соотношения нет, то выпуск изделия запрещается.

Документ ПФ содержит данные о патентах, используемых при проектировании изделия, и результаты патентных исследований в области проектируемого изделия глубиной не менее 5 лет, считая от даты составления документа. Далее исследуется вопрос о технической новизне, содержащейся в проекте изделия и о защищённости авторских прав на эту новизну. Авторам предлагается ответить на вопрос: содержится ли в проектных решениях новизна. При утвердительном ответе на этот вопрос предлагается объяснить, в чём состоит эта новизна. После этого автор проекта должен ответить на вопрос, подана ли заявка на получение авторского свидетельства или патента на новизну, получен ли ответ на эту заявку. Если получен положительный ответ, то следует указать номер документа о защите авторских прав на изобретение и дата его регистрации.

Если заявка на такой документ подана, а ответ не получен, то следует указать дату подачи заявки и воздержаться от публикаций в открытой печати на тему предполагаемой заявки. Эти процедуры направлены на защиту авторских прав создателей проекта изделия.

К дополнительным текстовым документам (число которых может быть различным) относятся:

1. Расчёты (РР1, РР2 и т.д.);
2. Ведомость покупных изделий (ВП);
3. Пояснительная записка (ПЗ);
4. Техническое описание (ТО)
5. Ведомость спецификаций (ВС) и другие.

Графические документы так же делятся на основные (обязательные) и дополнительные (необязательные).

К основным документам относятся:

1. Схема электрическая принципиальная (Э3);
2. Перечень элементов (ПЭ3);
3. Сборочный чертёж (СБ);
4. Спецификация. Этот документ не имеет литер в конце его номера..

Документы Э3 и ПЭ3 используются только вместе друг с другом. Перечень элементов имеет форму таблицы и размещается либо над штампом листа с принципиальной схемой, либо на отдельных страницах папки с графической документацией. В этом случае документ ПЭ3 имеет собственный штамп, причём штампы первой страницы и последующих страниц ПЭ3 различны. Заполнение позиций документа ПЭ3 начинается с самых простых элементов (резисторов) и заканчивается наиболее сложными элементами.

Сборочный чертёж и спецификация так же используются вместе друг с другом.

Спецификация имеет форму таблицы, (отличающейся от формы документа ПЭ3), и

размещается либо над штампом документа СБ, либо на отдельных страницах папки с

графическими документами. В этом случае листы спецификации имеют свои

штампы. В позициях спецификации даются названия конструктивов, указанных

пронумерованными выносными линиями на сборочном чертеже.

К дополнительным графическим документам (их число может быть различным)

относятся:

1. Структурная схема (Э1);

2. Функциональная схема (Э2);

3. Схема монтажная электрическая (Э4);

4. Таблица соединений (Э5) и другие.

Различие структурной и функциональной схем состоит в том, что на функциональной схеме указаны направления передачи сигналов и обозначения этих сигналов с расшифровкой обозначений.

Классификация систем в автоматике

В автоматике системы наиболее часто классифицируются по следующим признакам:

1. По наличию линейности системы делят на линейные и нелинейные.

2. По наличию обратных связей системы делят на замкнутые и разомкнутые.

3. По сложности системы можно разделить на простые и сложные (ранее их называли большими системами).

3.1. Линейные и нелинейные системы

Свойства линейных систем:

1. К линейным системам применим принцип суперпозиции: реакция системы на сумму нескольких воздействий равна сумме реакций от каждого воздействия в отдельности. К нелинейным системам этот принцип неприменим.

2. Линейная система не порождает новых частот. Нелинейная система порождает новые частоты.

3. Наличие даже одного нелинейного элемента делает всю систему нелинейной.

4. Для математического описания и моделирования линейных и нелинейных систем используются различные методы и программы. Например, для моделирования линейных систем в программном комплексе Matlab используются программы Simulink и Control System Toolbox, а для моделирования нелинейных систем – программы Simulink и Nonlinear Control Design (NCD).

3.2. Замкнутые и разомкнутые системы.

В замкнутых системах вводятся одна или несколько обратных связей. В большинстве случаев это отрицательные обратные связи, позволяющие уменьшить влияние нагрузки на регулируемую величину. Например, отрицательная обратная связь по скорости двигателя уменьшает влияние момента нагрузки на скорость вращения двигателя. Отрицательная обратная связь уменьшает также влияние изменения параметров звеньев, охваченных контуром отрицательной обратной связи, на регулируемую величину.

В разомкнутых системах обратные связи отсутствуют, что делает эти системы более чувствительными к неконтролируемым внешним воздействиям (помехам) и изменениям параметров звеньев системы. Большинство систем автоматического управления являются замкнутыми системами.

3.3. Сложные и локальные системы

Признаки сложных систем:

1.Большое количество элементов, входящих в систему (сотни, тысячи элементов).

2. Стохастический (вероятностный) характер связи между элементами.

3. Иерархическая структура.

4.Использование управляющей ЭВМ, локальной сети ЭВМ, программируемых логических контроллеров.

5.Возможность работать в реальном масштабе времени.

6. Гибкость структуры.

7.Способность к эволюции.

8.Использование для проектирования системы специальных научных дисциплин (и соответствующих программ для ЭВМ): исследование операций (линейное и нелинейное программирование, динамическое программирование, теория массового обслуживания, теория игр), теория принятия решений и др.

Локальные системы (например, регуляторы скорости двигателя) образуют нижний

иерархический уровень сложных систем.

Примеры сложных систем: горно-транспортный комплекс карьера, система управления аэродромным хозяйством, система противовоздушной обороны, современный компьютер, сеть ЭВМ.

Типовые характеристики звеньев и систем в автоматике

К типовым характеристикам относятся пять статических характеристик:

1. Точность (определяемую через погрешность).

2. Чувствительность.

3. Разрешающая способность.

4. Линейность (определяемую через степень нелинейности).

5. Полоса частот.

Точность определяется через погрешность, т.е. через отклонение измеряемой величины от её идеального значения. Различают абсолютную и относительную погрешности. Например, количество горной массы в кузове самосвала определяется с погрешностью 10% (точность взвешивания 10%), а количество горной массы в вагоне МПС с погрешностью 1%. Относительная погрешность есть отношение абсолютной погрешности к идеальному значению измеряемой величины. Например, максимальная скорость движения скипа (подъёмного сосуда для транспортировки горной массы) по шахтному стволу составляет 20 м/с. Допускаемое отклонение максимальной скорости от её номинального значения (абсолютная погрешность) составляет +/- 1 м/с, тогда относительная погрешность системы автоматического управления скоростью подъёмного сосуда составит 1/20*100%=5%.

Чувствительность есть отношение приращения выходной координаты звена к приращению входной координата, т.е. Ч = dU_вых/dU_вх. Если характеристика звена линейна, то чувствительность есть тангенс угла наклона характеристики U_вых= f(U_вх) к горизонтальной оси и совпадает со статическим коэффициентом передачи звена k.

Если указанная характеристика звена не линейна, то чувствительность звена при исследовании динамических процессов определяется для номинальной точки характеристики и является динамическим коэффициентом передачи звена k_д. При расчёте установившихся процессов используется статический коэффициент k.

Разрешающая способность есть наименьшая величина, различаемая звеном или системой. Например, разрешающая способность отечественной денежной системы

составляет 1 копейку. Разрешающая способность технического устройства может быть

указана в абсолютных и относительных единицах. Например, для проволочного реостата с максимальным сопротивлением R = 100 Ом, имеющего сопротивление витка r = 1 Ом, абсолютная разрешающая способность составит 1 Ом, а относительная разрешающая способность r/R*100% = 1%.

Линейность определяется через степень нелинейности: процентное отношение максимального отклонения нелинейной характеристики звена от прямой, линеаризирующей (аппроксимирующей) эту характеристику, к номинальному значению выходной координаты. Если аппроксимирующая прямая получена соединением конечных точек нелинейной характеристики, то полученную величину

называют концевой степенью нелинейности.

Полоса частот в автоматике определяется по уровню –3 децибела (-3 дБ). Децибел –это единица измерения логарифмического коэффициента звена k = 20 lg K, где K - линейный коэффициент передачи звена. Поскольку 20 lg 0,707 = - 3, то для нахождения полосы частот по графику частотной характеристики звена проводят горизонталь на уровне 0,707 от пологой части характеристики и находят точки пересечения графика с этой горизонталью, определяющие границы полосы частот. Полосу частот усилителя можно определять и по частоте единичного усиления, т.е. по частоте, на которой коэффициент усиления звена уменьшается до единицы. Например, частота единичного усиления операционного усилителя примерно 1 МГц.

Дата добавления: 2014-01-03