177

2 Математическое и физическое моделирование в электротехнике и электронике

2.1 Математическое моделирование электрических цепей и процессов

2.1.1 Общие сведения о моделировании электрических цепей

Изложение теории моделирования электрических цепей, как правило связывают с программами математического моделирования динамических систем, к которым относят: VisSim, Simulink (MATLAB), SystemBuild (MATRIXx), Anylogic (Model Vision Studium), MBTY, 20-sim, ITI-SIM, DyMoLa, SIMPLORER, DYNAST, hAMSter, Easy5, DASE, MathCAD и др.

В теории моделирования основными являются проблемы: разработки универсальных подходов к построению моделей, точности симуляции траекторий и их координат, оценки адекватности получаемых результатов и величин погрешностей, идентификации исследуемых систем, синтеза технических устройств и проверки гипотез.

Задачи общей теории моделирования заключаются в решении перечисленных проблем. При поиске решений используют:

1. Методы теории подобия;

2. Методы теории цепей;

3. Методы теории автоматического управления;

4. Численные методы.

Программы математического моделирования динамических систем построены с применением двух технологий:

1. Первая технология предполагает использование так называемой, поточной модели управления при выполнении математических преобразований, составляющих модель.

2. Вторая технология предполагает представление модели в виде текстовой записи системы уравнений, которую вычислители моделирующих программ обрабатывают в пакетном режиме.

Модель программирования, в которой инструкции, процедуры или функции выполняются только тогда, когда все входные данные (т.е. параметры, начальные и граничные условия, а также другие аргументы) готовы. Потенциальные возможности программ с поточной моделью управления можно оценить, ознакомившись с программным комплексом LabVIEW. Следует заметить, что это не моделирующая программа, а лишь блестящий пример возможностей технологии. Вторая технология наиболее понятно и открыто представлена в программной среде Dynast.

2.1.1.1 Краткий обзор и классификация моделирующих программ

Наблюдается устойчивая тенденция к выравниванию возможностей разных моделирующих программ. Специалист, привыкший к тому или другому пакету не испытывает жесткой потребности в смене программы по причине баланса возможностей. Существует причинный критерий, который нужно принимать во внимание при выборе – это технология функционирования математического ядра моделирующей программы. Согласно этому признаку распространенные и популярные программы сведены в табл. 1.

Таблица 2.1

Программы с поточной моделью управления
VisSim MBTY Simulink Easy5	"+" Эти программы легко интегрируются с системами сбора данных, благодаря чему возможно создание (компьютерных) моделей с физическими объектами в контуре. В большинстве из них возможно программирование цифровых сигнальных процессоров. Структура их моделей может меняться в процессе симуляции без затрат времени, согласно событийному управлению
Программы – интерпретаторы систем уравнений
Dynast 20-sim Dymola Simplorer ITI-sim Pspice Multisim Micro-Cap	"+" Эти программы, в скрытом от пользователя режиме, легко преобразуют текстовую запись систем уравнений к требуемому решателям виду. Фактически с пользователя снята, задача подключения к модели итерационного решателя алгебраических уравнений. Эти особенности технологии позволили не ограничиваться моделями в виде передаточных функций, и, временно, эти программы заняли лидирующие позиции в области мультидоменного моделирования. Они предоставляют пользователю возможность строить модели в виде схем физических принципиальных

Недостатки первой группы моделирующих программ, как правило связаны с достоинствами второй и наоборот.

Одним из серьезных затруднений для разработчиков моделирующих программ является графический интерфейс, который, по сути, должен быть полноценным редактором векторной графики. По этой причине любая интеграция моделирующих программ с пакетами Visio или CorelDRAW должна приветствоваться пользователями.