Об альтернативном построении графа схемы физической принципиальной

Рабочие файлы: [Альтернативные элементы] [codirected_bond_graphs.vsm]

Большинство программ для математического моделирования динамических систем (VisSim, Simulink, ПК «МВТУ») в своем графическом интерфейсе предоставляют возможность собрать проводники в шину. Но направления проводников в шинах должны совпадать. Это вызывает затруднения при использовании предложенной библиотеки элементов. Однако, следуя этому ограничению, можно составить альтернативную библиотеку, элементы которой можно будет соединять подобными шинами. Принципиальных отличий в построении альтернативной библиотеки нет, и требуемые модификации не существенны. В моделях пассивных элементов ненаправленного графа меняется знак на сумматоре при вычислении приращения потенциала, а та часть блок-схемы распределяющего узла, которая отвечает за баланс потенциалов, перемещается в аккумулирующий узел.

Основы построения моделей на базе гибрида из направленных и ненаправленных графов при мультидоменном физическом моделировании

Две технологии построения моделей, использующие направленные и ненаправленные графы, составляют основу компьютерного моделирования. Они являются самодостаточными, и, как правило, графический интерфейс той или иной моделирующей программы основан только на одной из них. Однако ни одна из упомянутых технологий построения компьютерных моделей не может зарыть весь спектр потребностей специалистов, поскольку обе характеризуются наборами неперекрывающихся достоинств и недостатков.

Так например, специалисты в теории автоматического регулирования, которым ближе направленные графы (блок-схемы систем), предпочитают не вникать в истинную природу технических систем, а строить модели на основе идентификации их частотных свойств. Итогом такого подхода, как правило, являются ложные по своей природе модели, адекватность которых надо доказывать, но их порядок минимально возможный.

Специалисты же в преобразовании той или иной энергетической материи, предпочитают использовать ненаправленные графы (схемы физические принципиальные), поскольку им важна информация о режимах работы того или иного элемента системы (технического узла). В результате приходится использовать истинные модели, чей порядок в 5..20 раз выше порядка ложных моделей.

Объединение двух технологий построения моделей – это перспективный путь дальнейшего развития компьютерного моделирования. Появление математических блоков в моделирующих программах, использующих схемы физические принципиальные, с одной стороны раскроет "черные ящики", которыми, по-сути, являются все их библиотечные модели технических устройств: транзисторов, двигателей, пневмоцилиндров и пр. С другой стороны будет способствовать более широкому внедрению в практику моделирования ложных моделей, поскольку их прозрачность обеспечит пользователю право выбора.

Связывание направленных и ненаправленных графов. Особенности условных графических обозначений пограничных элементов

Основой интеграции направленных и ненаправленных графов являются пять моделей идеальных потребителей и источников энергии – это R, L, C и E, J-элементы. В гибридном графе их условное графическое изображение может варьироваться в зависимости от того являются ли элементы пограничными или нет. На представленном рисунке первый ряд УГО элементов особенностей не имеет. Второй ряд демонстрирует те же элементы, но их основной параметр (номинал сопротивления, номинал индуктивности, емкости, ...) можно контролировать направленным графом. В третьем ряду демонстрируются элементы, чье состояние может быть передано направленному графу. Особенности УГО элементов в четвертом ряду теперь очевидны.

Рис. 1.

Справа на рисунке показан пример гибридного графа (фрагмент модели). Здесь источник движущей силы контролируется выходом сумматора (направленным графом), а информация о состоянии схемы физической принципиальной (ток R-элемента) поступает на апериодическое звено первого порядка.

Резюме 1: Ненаправленный и направленный графы предлагается связывать посредствам пяти идеализированных моделей R, L, C и E, J-элементов. Порядок применения любого элемента на пограничном участке одинаковый.

Резюме 2: R, L, C и E, J-элементы, используемые для связи ненаправленного и направленного графа могут иметь пять терминалов. Осевые терминалы – ассоциируются с выводами, которые имеют физически существующие элементы. Поперечные терминалы используются для контроля над параметром элемента (один вход) и его состоянием (два выхода). Состояние элементов определяется двумя физическими величинами первого и второго рода (например, ток и напряжение соответственно).

Примечание: При сборке гибридного графа нельзя соединять ненаправленные терминалы (выводы элементов) с направленными терминалами (входами / выходами математических блоков).