Контрольные вопросы к лекции
Назовите основные задачи структурного моделирования.
Что является исходными данными для структурного моделирования?
Какие существуют основные виды структурного моделирования?
В чем состоит суть аналитического моделирования?
В чем состоит суть имитационного моделирования?
Какой процесс лежит в основе имитационного структурного моделирования?
В чем заключается аналитическое моделирование надежности системы?
В чем заключается имитационное моделирование надежности системы?
В чем заключается имитационное моделирование производительности системы?
Какие существуют способы формирования случайных величин?
Что такое псевдослучайная последовательность?
Каким образом генерируется псевдослучайные числа с равномерным законом распределения?
Как получают нормально распределенные псевдослучайные числа?
Как получают псевдослучайные числа с произвольным законом распределения?
Перечислите основные принципы организации структурного моделирования динамических процессов в системе.
Лекция №5
Функциональное моделирование. Базовые элементы функциональных схем. Моделирование базовых функциональных элементов.
5.1. Функциональное моделирование
При проектировании РЭА необходимо исследовать процессы преобразования сигнала от входа к выходу. Такие процессы можно моделировать на ЭВМ достаточно точно на основе физического подхода методами схемотехнического моделирования. Однако, это усложняет расчеты и требует много времени. Значительно быстрее можно выполнить моделирование на основе информационного подхода методами функционального моделирования (ФМ), которое является, безусловно, приближенным, однако, его точность вполне достаточна для решения задач на данном уровне проектирования.
Суть функционального моделирования заключается в разбиении РЭА на отдельные функциональные блоки, каждый из которых выполняет определенное функциональное преобразование сигнала (усиление, ограничение, интегрирование и т.д.). Под формой сигнала понимается либо зависимость сигнала от времени x(t) при моделировании во временной области, либо эквивалентное представления сигнала в виде изображения по Лапласу x(p) или зависимость от комплексной частоты jw при моделировании в частотной области. Основным требованием при функциональном моделировании является скорость, чтобы можно было исследовать как можно больше вариантов функциональных схем.
Приближенный характер функционального моделирования требует определенных допущений:
1) развязка – независимость работы отдельных блоков от других,
2) однонаправленность элементов – сигнал от входа распространяется на выход (нет влияния выходного блока на свой вход).
Так, например, требование развязки эквивалентно условию: Rвх=∞, Rвых=0 для каждого блока, а требование однонаправленности запрещает замыкать выход элементов в функциональной схеме.
5.2. Базовые элементы функциональных схем
Элементы функциональных схем можно свести к четырем базовым:
1) генераторы сигналов,
2) безинерционные элементы,
3) инерционные линейные элементы,
4) инерционные нелинейные элементы.
5.2.1. Генераторы сигналов
Различают две разновидности генераторов сигналов:
1) независимые или задающие сигнал x(t) на входе функциональных схем;
2) управляемые, формирующие ту или иную форму сигнала x(t) в зависимости от управляющего воздействия U:
Рис. 5.1. Условное обозначение генератора сигналов: независимый генератор (слева), управляемый генератор (справа)
5.2.2. Безинерционные элементы
Безинерционные элементы могут быть линейными и нелинейными и различаются, соответственно, линейной или нелинейной функцией преобразования y=f(x).
В отличие от линейного нелинейный элемент преобразует форму сигнала (ограничение, детектирование, формирование импульса другой формы и т. д). Моделирование таких элементов проводится с целью построения временных диаграмм (без учета инерционности переходных процессов) и проверки правильности функционирования при изменении параметров сигнала и характеристик устройства в заданном диапазоне.
Рис. 5.2. Условное обозначение безинерционного элемента
Основные типы безинерционных элементов приведены в таблице 5.1.
Таблица 5.1.