5. Принципы моделирования систем, учитывающих баланс массы и концентрации компонентов.

Для многих промышленных процессов существенным является моделирование баланса массы различных компонентов. В открытой системе, где происходит обмен с внешним миром, все уравнения баланса массы имеют одинаковую структуру

приращение массы = приход массы - расход массы

Такое уравнение можно сформулировать как для каждого отдельного компонента, так и для всей массы в целом. Приход (расход) массы может быть следствием как входного (выходного) потока, так и химических реакций или биологического роста.

Можно составлять уравнения баланса:

Общей массы и массы компонента.

Интуитивно ясно, что концентрация будет меняться медленнее, если рас­ход жидкости во входном потоке мал по сравнению с объемом V (это соответ­ствует большому значению Т). То есть баланс массы компоненты имеет такие же динамические свойства, что и низкочастотный фильтр.

6. Моделирование систем, в которых необходимо учитывать уравнения сохранения энергии.

В некоторых процессах необходимо регулировать температуру. Динамическая модель системы управления температурой должна учитывать тепловые потоки и на­копление тепловой энергии. Во многих случаях поток тепла через объект пропорцио­нален разности температур на его границах:

(4.22)

где q – поток тепла, R – тепловое сопротивление и T– температура. Перенос тепла часто моделируется как величина, пропорциональная площади поверхности А и обратно пропорциональная длине пути I теплового потока:

(4.23)

где k – теплопроводность. Сохранение тепловой энергии можно описать как:

(4.24)

где C – теплоемкость, q – алгебраическая сумма входящих и исходящих тепловых потоков.

Иллюстрацией закона сохранения энергии служит тепловой баланс жидкости в баке.

7. Назначение программ имитационного моделирования. Обзор возможностей особенности работы с программой мвту.

Программный комплекс "Моделирование в технических устройствах" ("МВТУ") – современная среда интеллектуальной САПР, предназначенная для детального исследования и анализа динамических процессов в системах автоматического управления (САУ), следящих приводах и роботах, ядерных и тепловых энергоустановках, любых технических системах, описание динамики которых может быть реализовано методами структурного моделирования. Может использоваться для моделирования нестационарных процессов в физике, электротехнике, динамике машин и механизмов, астрономии и т.д., а также для решения нестационарных краевых задач (теплопроводность, гидродинамика и др.). Может функционировать в многокомпьютерных моделирующих комплексах, в том числе и в режиме удаленного доступа к технологическим и информационным ресурсам. Является альтернативой программным продуктам MATRIX_x, Simulink, VisSim и др.

Программный комплекс "МВТУ" реализует режимы работы:

1. МОДЕЛИРОВАНИЕ, обеспечивающий:

1. моделирование динамических процессов в непрерывных, дискретных и гибридных САУ, в том числе и в системах большой размерности, с автоматическим анализом топологии структурной схемы, диагностикой и автоматической развязкой алгебраических контуров;

2. рестарт задачи ("безударное" продолжение расчета), архивацию и воспроизведение результатов моделирования;

3. редактирование параметров структурной схемы и расчета в режиме "on-line";

4. расчет в масштабе реального времени (если позволяют технические возможности компьютера) или при масштабировании модельного времени;

1. ОПТИМИЗАЦИЯ, позволяющий решать задачи:

1. параметрической оптимизации САУ и идентификации опытных данных;

2. синтеза оптимальных регуляторов и оптимального управления в многокритериальной постановке при наличии ограничений на значения динамических переменных, управляющих воздействий, параметров элементов системы автоматического управления, функционалов качества.

2. ЧАСТОТНЫЙ АНАЛИЗ, обеспечивающий расчет амплитудно-фазовых частотных характеристик для любой линейной и большинства нелинейных систем управления (годограф АФЧХ, ЛАХ, ФЧХ и др.).

Программный комплекс "МВТУ" имеет следующие достоинства:

• открытость за счет реализации в ПК "МВТУ" нескольких механизмов обмена данными с внешними расчетными программами, а также за счет встроенного в ПК интерпретатора математических функций;

• принцип вложенности структур (глубина вложенности неограниченна), что особо актуально при моделировании сложных динамических систем;

• векторизация алгоритмов передачи и обработки данных за счет реализации линий связи типа "шина" данных и векторизации входов/выходов практически всех типовых блоков;

• наличие наиболее полной Общетехнической и ряда Специализированных библиотек типовых блоков, в т.ч. библиотеки теплофизических свойств основных рабочих тел;

• наличие библиотеки Контроль и управление, что позволяет формировать в ПК "МВТУ" панели (щиты) приборов для отображения и оперативного управления моделируемой системой в процессе расчета;

• 14 алгоритмов интегрирования, включая 10 новых эффективных алгоритмов (7 явных и 3 неявных) для жестких систем дифференциальных уравнений;

• функционирование в любой версии WINDOWS, наличие подробной контекстной справочной системы, эффективность в отраслевых разработках и учебном процессе. [1]