Model & Sim & WebSim

HMI SCADA OPC ...

Electro CAD's
VISUAL SOLUTIONS VisSim
Клиначёв Николай Васильевич

VisSim в учебном процессе
Текущая версия пакета VisSim
Две новости версии 4.5
Домен справки программы VisSim
Обзор расширений пакета VisSim

С 1.07.2001 Visual Solutions имеет в своем распоряжении русскоязычные версии программы VisSim !!!

Клиначёв Н. В. Моделирование систем в программе VisSim: Справочная система
(Домен справки программы VisSim в одном файле – vsmhlpru.chm 885 KB 8.03.2002)

Для начала названия конкурирующих программ: 1) "Simulink" на ядре MATLAB-а, 2) "МВТУ", 3) "Model Vision Studium", 4) "MATRIXx", 5) вероятно приблизится к этому ряду "MathConnex" на ядре Mathcad-a.

О назначении пакета VisSim

Идейно ядро VisSim-а составляют возможности: 1) Симуляция движения (моделирование) непрерывных, дискретных и гибридных систем (на основе задания структурных схем с передаточными функциями систем автоматического регулирования (САР)); 2) Частотный анализ (АФХ – годограф Найквиста, ЛАЧХ & ЛФЧХ, годограф корней); 3) Оптимизация (итерационные алгоритмы подбора параметров).

Покажем наглядно

Оптимизация параметров ПИД-регулятора

На рисунке показаны: объект регулирования – Plant; PID-регулятор; его ЛАЧХ и ЛФЧХ; переходная функция для оптимизированных параметров (коэффициентов усиления P, I, D); регулятор настроен с помощью интегральной оценки качества (функция качества не видна – блок objective Function)

Рис.

Дополнительные возможности или
главные направления развития пакета VisSim

Пакет может выполнять HMI-функции визуализации информации и внесения управляющего воздействия посредством стандартных плат сбора данных (DAQ-board), что приближает этот пакет к SCADA программам (LabVIEW, GENIE, LABTECH, TRACE MODE, DasyLab, Test Point) и дает возможность отлаживать модели в реальном времени, в контур которых включены действующие технические устройства.

Пакет имеет возможность осуществлять динамический обмен данными между приложениями посредством DDE-сервера и DDE-клиента, что позволяет разбить проектируемую модель, и какую то ее часть вынести в другой специализированный пакет для моделирования в синхронном режиме.

Пакет может значительно облегчить процесс проектирования изделий на цифровых сигнальных процессорах (DSP), автоматически генерируя программный C-код с построенных моделей (например: фильтры, компрессоры сигналов, регуляторы).

Следует отметить богатые дополнительные библиотеки для моделирования радиочастотных, коммуникационных устройств, а также электропривода.

Существенным является наличие простой возможности внедрения в пакет программ, алгоритмов, написанных пользователем на любом известном ему языке программирования (С++, Паскаль, Фортран, Java, ...) посредством динамически подключаемых библиотек (*.dll-файлов), что позволяет расширить возможности пакета добавлением в него таких не широко распространенных в стандартных библиотеках объектов, как например модель дуги электрического тока.
Дополнительные продукты для базовой версии пакета называются Add-Ons.

Блок "OLEitem" – важнейший элемент интеграции
приложений на базе пакета VisSim 4.5

Введение. Одна из замечательных идей фирмы MicroSoft состоит предложении использовать технологии динамического обмена данными между различными приложениями. Назовем основные:

OLE (object linking and embedding)
Технология связывания и внедрения объектов. Сегодня MicroSoft называет её ActiveX. Например, с ее помощью можно редактировать электронную таблицу "Microsoft Excel"   непосредственно в программе Word.
COM (component object model)
Модель объектного компонента, т.е. модель для написания программ – содержит стандартные интерфейсы, методы и свойства.
DCOM (distributed component object model)
Расширения операционной системы, которые позволяют COM-компонентам быть контролируемыми / доступными на различных компьютерах посредствам сетей.

Одним из первых широко распространившихся приложений, наглядно использующих преимущества этих технологий в динамическом режиме, можно назвать программу "MathConnex" в Mathcad-е 2000. Но внедрение технологий динамического обмена данными в среду, предполагающую статические расчеты не имело смысла. Разработчикам пришлось "прицепить" к сырому MathConnex-у ядро Mathcad-а, т.е. последний стал "довеском".
Наиболее ярко и красиво ActiveX/COM-технологии могут быть использованы в пакетах для моделирования / симуляции движения или в системах контроля над производственными процессами (HMI/SCADA).

В пакете VisSim версии 4.5 добавлен блок "OLEitem" (элемент OLE), который позволяет внедрять объекты различных программных пакетов. В результате пользователь получает доступ к наработанным и отлаженным ресурсам, таких широко известных продуктов как MATLAB, Mathcad. Предполагается, что в ближайшее время список подключаемых объектов будет быстро расширяться. Вероятно в него войдут классические математические ядра, моделирующие ядра (например для моделирования электронных схем – ICAP, Electronics Workbench, Micro-Cap ...), визуализирующие пакеты (Visio, AutoCAD, Axum, ...) и сетевые элементы (приемопередатчики, браузеры).

Возможность пакета VisSim версии 4.5 назначить
ЛОКАЛЬНЫЙ ВРЕМЕННОЙ ШАГ ИНТЕГРИРОВАНИЯ
это эффективный метод сокращения времени моделирования

Программное моделирование любого движения требует определить два важных параметра. Первый это время моделирования процесса. Второй – шаг моделирования. Часто большинство переходных процессов в реальных системах имеют ограниченный спектр. Их моделирование не вызывает затруднений, поскольку шаг интегрирования можно взять в 100...400 раз меньше времени моделирования. При таком не большом количестве точек существенные ошибки накопиться не могут. Но если в системе спектр сигналов широк (есть высокочастотные и низкочастотные процессы) и не удобно ее моделировать раздельно, то нужно использовать маленький шаг. При количестве точек 5000 и более могут накапливаться существенные ошибки, резко увеличивается время моделирования и требования к объему памяти.
В пакете VisSim возможно объединять фрагменты модели в сборные блоки (compound block), а в версии 4.5 добавлено свойство сборного блока – local time step (локальный временной шаг). В результате можно локализировать низкочастотные и высокочастотные фрагменты модели, и только небольшая часть системы (высокочастотная) будет моделироваться с минимальным шагом. Сократится количество шагов (расчетов) в низкочастотных блоках, уменьшится время моделирования и повысится точность расчетов.

Об отношении фирмы VISUAL SOLUTIONS Inc. к вопросу
распространения пакета VisSim

Прежде всего, следует отметить, что фирма предоставляет функционирующие демонстрационные версии пакета (Viewer-ы). Внесенные в них ограничения заключены: а)  в невозможности изменить модель; б) в невозможности провести частотный анализ; в) в отсутствии дополнительных возможностей, отражающих  развивающиеся направления пакета.

Так же фирма открыла Бесплатную Академическую Программу, по которой преподаватель вуза может получить предыдущую версию пакета. Для чего требуется послать письмо: с заверением о не коммерческом использовании пакета исключительно в целях обучения; и некоторой дополнительной информацией. Совершенно бесплатно на почте вы получите CD-ROM. Затруднение одно – письмо должно быть на английском языке. Если у вас имеется возможность получить пакет по электронной почте (4 дискеты), попросите об этом варианте доставки с указанием пропускной способности ящика.

Если вам понравился пакет, можете зарегистрироваться на сайте фирмы VISUAL SOLUTIONS и загрузить полнофункциональные варианты пакета работоспособные в течение двух недель. В вашем распоряжении будет большое количество примеров (пакет 2Mb, примеров до 10 Mb). Раcсылки (newslette) фирма не ведет. При регистрации можете ссылаться на этот адрес, отвечая на вопрос о том, как вы узнали о пакете VisSim.

Опыт использования пакета
VisSim в учебном процессе

Использование пакета VisSim в учебном процессе позволяет cущественно сократить время, затрачиваемое на решение математических задач (дифференциальных уравнений движения) и в большей мере уделить внимание методам изучаемой науки (теории управления) с необходимой визуализацией результатов. Следует отметить предоставленную студенту возможность наглядного ознакомления с типовыми задачами из разных наук: механики, химии, биологии, баллистики, газо и гидродинамики и т.д. Что позволяет студенту знакомится с новой информацией (предметами) в сравнении, перенося свои знания с одной области науки на другую. Немаловажны особенности использования пакета, которые мотивируют студента использовать созданные им или другими – модели, алгоритмы и процедуры.

Вашему вниманию представляется руководство к лабораторным работам по курсу "Теория автоматического управления (ТАУ)". Вы можете взять его архив, в котором есть все необходимые модели [tau.zip 177kb]. Работы можно посмотреть с помощью демонстрационных версий пакета VisSim (взять можно любую; менее 2Mb). А для организации учебного процесса следует получить пакет VisSim по Бесплатной Академической Программе.

Буду рад вашим отзывам,
Клиначёв Николай Васильевич
Южно-Уральсий государственный университет