Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Руководство по выполнению курсовой работы по дисциплине «Математические модели и методы моделирования».doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
1.66 Mб
Скачать

1.2 Пример построения математической модели системы и ее передаточной функции

Рассмотрим схему, изображенную на рис. 3, состоящую из трех контуров, связанных емкостью С3. Требуется найти передаточную функцию. Необходимо отметить, что механические и электрические системы могут описываться одинаковыми по форме дифференциальными уравнениями.

В соответствии с изложенной в пункте 1.1 методикой построения математической модели системы необходимо написать систему уравнений с использованием законов Кирхгофа:

Учитывая данные, приведенные в Приложении А, преобразуем эти уравнения по Лапласу при нулевых начальных условиях

(16)

Решая эту систему уравнений относительно из второго и третьего уравнений находим

(17)

Подставив эти значения в (16) получим

Выразим через напряжение u на конденсаторе

тогда . Подставляя это значение в (17) получим

откуда в силу (10)

1.3 Встроенные функции mathcad

Mathcad — система компьютерной алгебры из класса систем автоматизированного проектирования, ориентированная на подготовку интерактивных документов с вычислениями и визуальным сопровождением, отличается легкостью использования и применения для коллективной работы.

Несмотря на то, что эта программа в основном ориентирована на пользователей-непрограммистов, Mathcad также используется в сложных проектах, чтобы визуализировать результаты математического моделирования, путем использования распределённых вычислений и традиционных языков программирования. Также этот пакет прикладных программ часто используется в крупных инженерных проектах, где большое значение имеет трассируемость и соответствие стандартам. Перечень основных функций, используемых в Mathcad, приведен в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Перечень основных встроенных функций MATHCAD

Функция

Аргументы

Описание

angle (x,y)

x, у - координаты точки

Угол между точкой и осью х

APPENDPRN(file)

File - строковое представление пути к файлу

Дозапись данных в существующий текстовый файл

arg ( z )

z - аргумент функции

Аргумент комплексного числа

atan2 (x,y)

х, у - координаты точки

Угол, отсчитываемый от оси х до точки (х,у)

augment (A, B, C, )

А, В, С,...-векторы или матрицы

Слияние матриц слева направо

Bulstoer (yO,tO,tl,M,D)

См. rkfixed

Возвращает матрицу с решением задачи Коши для системы ОДУ методом Булирша-Штера

bulstoer(yO,tO,tl, ace, D, k, s)

См. rkadapt

Возвращает матрицу с решением задачи Коши для системы ОДУ методом Булирша-Штера (для определения только последней точки

интервала)

ceil (x)

х - аргумент

Наименьшее целое, не меньшее х

cfft(y), CFFT(y)

у - вектор данных

Вектор прямого комплексного преобразования Фурье (в разных нормировках)

cols (A)

A - матрица или вектор

Число столбцов

cos (z)

z - аргумент

Косинус

cosh(z)

z - аргумент

Гиперболический косинус

cot(z)

z - аргумент

Котангенс

coth ( z )

z - аргумент

Гиперболический котангенс

csort (A, i)

А - матрица i -индекс столбца

Сортировка строк матрицы по элементам i -го столбца

csc(z)

z - аргумент

Косеканс

csch(z)

z - аргумент

Гиперболический косеканс

csgn(z)

z - аргумент

Комплексный знак числа

cspline (x,y)

x, у - векторы данных

Вектор коэффициентов

кубического

сплайна

diag(v)

v - вектор

Диагональная матрица, на диагонали которой находятся элементы вектора

erf (x)

х - аргумент

Функция ошибок

erfc(x)

х - аргумент

Обратная функция ошибок

exp(z)

z - аргумент

Экспонента в степени z

fft (y), FFT(y)

у - вектор данных

Вектор прямого преобразования Фурье (в разных нормировках)

Find (x1,x2, . . .)

x1, х2 , . . . -переменные

Возвращает корень алгебраического уравнения (скаляр) или системы (вектор), определенных в блоке с Given

floor (x)

х - аргумент

Наибольшее целое число, меньшее или равное х

geninv (A)

А - матрица

Создание обратной матрицы

Given

Ключевое слово для ввода систем уравнений, неравенств и т. п .

heaviside step(x)

х - аргумент

Функция Хевисайда

identity(N)

N - размер матрицы

Создание единичной матрицы

icf ft (v), ICFFT (v)

v - вектор частотных данных Фурье-спектра

Вектор комплексного обратного преобразования Фурье (в разных нормировках)

if (cond, x, y)

cond- логическое условие, х, у -значения, возвращаемые, если условие верно (ложно)

Функция условия

if ft (v), IFFT(v)

v - вектор частотных данных Фурье-спектра

Вектор обратного

преобразования

Фурье (в разных нормировках)

iwave (v)

v - вектор частотных данных вейвлет-спектра

Вектор обратного вейвлет -преобразования

Im(z)

z - аргумент

Мнимая часть комплексного числа

interp(s,x,y,t)

s - вектор вторых производных; х, у -векторы данных; t - аргумент

Сплайн-интерполяция

Kronecker delta (x, у)

x,y - аргументы

Дельта-символ Кронекера

last (v)

v - вектор

Индекс последнего элемента вектора

length (v)

v - вектор

Число элементов вектора

line (x, y)

х, у - векторы данных

Вектор из коэффициентов линейной регрессии b+а-х

ln(z)

z - аргумент

Натуральный логарифм

log(z)

z - аргумент

Десятичный логарифм

log(z, b)

z - аргумент

Логарифм z по основанию b

Isolve (A, b)

А - матрица СЛАУ,

b - вектор правых частей

Решение системы линейных уравнений

(СЛАУ)

Minerr (x1,x2, . . . )

x1,x2,. . . -

переменные

Возвращает вектор

приближенного решения системы уравнений и

неравенств, определенных в блоке с Given

Odesolve (t,t1,[step] )

t- переменная

интегрирования

ОДУ;

t1 - конечная точка

интервала

интегрирования; step - число шагов

интегрирования ОДУ

Возвращает матрицу с

решением задачи Коши для

одного ОДУ, определенного в

блоке с Given и начальными

условиями в точке t0

predict (y, m, n)

у - исходный

вектор; m - число

элементов у, по

которым строится

экстраполяция; n - количество

предсказываемых элементов

Функция предсказания,

экстраполирующая вектор

rank (A)

А - матрица

Ранг матрицы

Re(z)

z - аргумент

Действительная часть комплексного числа

reverse (v)

v - вектор

Перестановка элементов вектора в обратном порядке

Rkadapt (y0,t0,t1,

acc,D,k,s)

Y0 - вектор

начальных условий;

(t0,t1) - интервал

интегрирования;

асе - погрешность

вычисления;

D(t,y) - векторная

функция, задающая

систему ОДУ;

k - максимальное

число шагов

интегрирования;

s - минимальный

шаг интегрирования

Возвращает матрицу с

решением задачи Коши для

системы ОДУ методом Рунге-

Кутты с переменным шагом и

заданной точностью (для

определения только последней

точки интервала)

Rkadapt(y0,t0,t1,M,D)

См. rkfixed

Возвращает матрицу с решением задачи Коши для системы ОДУ методом Рунге-Кутты с переменным шагом

rkfixed(y0,t0,t1,M,D)

У0 - вектор начальных условий (t0,t1) -интервал интегрирования; M - число шагов интегрирования D(t,y) -векторная функция, задающая систему ОДУ

Возвращает матрицу с решением задачи Коши для системы ОДУ методом Рунге-Кутты с фиксированным шагом

root(f (x, ...),x[a,b])

f (х, . . . ) -функция х - переменная (а,Ь) -интервал поиска корня

Возвращает корень функции

round (x, n)

х - аргумент;

n - число знаков округления после десятичной точки

Округление

rows (A)

А - матрица или вектор

Число строк

rref (A)

А - матрица или вектор

Преобразование матрицы в ступенчатый вид

rsort (A, i)

A - матрица;

i- индекс строки

Сортировка матрицы по элементам i-й строки

sec(z)

z - аргумент

Секанс

sech(z)

z - аргумент

Гиперболический секанс

sign(x)

х - аргумент

Знак числа

signum(z)

z - аргумент

Возвращает 0, если z=0 и z/|z| в остальных случаях

sin(z)

z - аргумент

Синус

sinh(z)

z - аргумент

Гиперболический синус

sort (v)

v - вектор

Сортировка элементов вектора

supsmooth(x,y)

x, у - векторы данных

Сглаживание с помощью адаптивного алгоритма

tan(z)

z - аргумент

Тангенс

tanh ( z )

z - аргумент

Гиперболический тангенс