Badania symulacyjne układów dynamicznych

Niniejszy artykuł jest ostatnim z serii poświęconej rozmaitym podejściom do programowania złożonych układów sterowania. Poprzednie prace skupiały się na: języku drabinkowym, języku bloków funkcyjnych, tekstowych językach programowania oraz podejściu opartemu na technikach diagramu / grafu stanów. Tym razem zajęliśmy się problematyką symulacji zachowania się układów dynamicznych.


Wielu inżynierów decyduje się na opis systemu sterowania w postaci schematów blokowych, aniżeli w formie układów równań różniczkowych.

Procedurę projektowania oraz implementacji każdego algorytmu regulacji podzielić można na kilka podstawowych etapów, spośród których właśnie zagadnienie symulacji komputerowej odgrywa niebagatelną rolę. Określenie „układ dynamiczny” odwołuje się do tego typu układów, których stan ulega zmianom w czasie. W przypadku układów mechanicznych zmiennymi stanu są zwykle: pozycja, prędkość i przyspieszenie. Z kolei w układach elektrycznych stan układu dynamicznego opisują najczęściej prądy lub pojemność kondensatorów. Zaś za zmienne stanu układów chemicznych przyjmuje się standardowo poziomy stężeń rozmaitych substratów.

Typowa jest sytuacja, w której sterowanie systemem dynamicznym odbywa się z użyciem algorytmu sterowania stanowiącego samodzielny układ dynamiczny. Spotykamy się z tym na przykład w przypadku algorytmu regulacji PID. Regulator sam w sobie ma wewnętrzne zmienne stanu, które opisują jego dynamiczne działanie. Dużą pomocą podczas projektowania złożonych algorytmów sterowania jest możliwość badania współdziałania regulatora i obiektu w warunkach symulacji komputerowej.

Symulacja układów dynamicznych

Aby wyznaczyć postać stanu układu dynamicznego w dowolnym momencie czasu, wystarczy określić początkowe wartości zmiennych stanu oraz funkcję określającą, jak zmieniają się one w czasie.