Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Основы научных исследований в электроэнергетике. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 218 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 > Следующая >>>

- генерация объектных модулей в машинных кодах;

- сборка из объектных модулей исполняемого кода программы.

Большинство трансляторов имеют несколько фаз (проходов), предназначенных для выполнения специфической работы над полным текстом программы. Помимо фазы синтаксического анализа и генерации объектных модулей часто выделяется фаза оптимизации. Благодаря раздельной компиляции программы становятся более удобными для анализа и модификации, появляется возможность нескольким программистам участвовать в разработке одной системы, а также собирать программы из модулей, составленных на разных языках программирования, при условии, что согласованы способы передачи и обработки параметров процедур и функций.

Получаемый программный код представляет собой единый файл. В ряде случаев возникает необходимость деления программ на части (сегменты), которые могли бы постоянно находиться во внешней памяти и загружаться в оперативную память лишь по мере необходимости. Один из распространённых приёмов такого деления программ на части основан на создании перекрывающихся (оверлейных) сегментов. Один из сегментов (корневой) постоянно находится в оперативной памяти, остальные – во внешней дисковой памяти. При востребованности оверлейного сегмента производится его загрузка в ОЗУ из внешней памяти. При этом все связи между частями корневого сегмента и только что загруженным сегментом выглядят так, как будто они составляли с самого начала единую программу.

5. Объектно-ориентированное программирование основано на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является реализацией определённого класса, обеспечивает высокую надёжность программ и позволяет повторно использовать ранее созданные объекты в других задачах. Программный код и данные структурируются, так чтобы имитировалось поведение фактически существующих объектов.

Объект – программное представление реальной или абстрактной сущности, которое используется для моделирования поведения физических или логических объектов реального мира. Объект представляет собой элемент приложения. Объектами могут быть студент, преподаватель, шрифт текста или элемент управления TextBox. Например, элемент TextBox служит для отображения или редактирования текста в форме, для его добавления в форму не нужно писать код, можно просто воспользоваться готовым объектом TextBox из панели элементов. Каждый объект является представителем (экземпляром) некоторого класса однотипных объектов. Для всех своих объектов класс определяет:

- присущие объектам свойства (характеристики, атрибуты), напри-

мер, название, размер шрифта и другие;

- методы взаимодействия объектов класса с внешней средой (в виде

программных процедур).

Объекты обладают функциональностью, и могут откликаться на определённые ситуации. Свойства объекта определяют его внешний вид и поведение, а методы объекта – задачи, которые он может выполнить. Методы представляют собой сегмент программного кода, внедрённый в объект. В объектно-ориентированном программировании классы используются в качестве шаблонов объектов, при их помощи можно создавать любое количество объектов одного класса. Таким образом, класс описывает семейство объектов, а каждый экземпляр класса является уникальным представителем этого семейства.

Инкапсуляция – срытая информация, она позволяет изменять реализацию объектов любого класса без нежелательных побочных эффектов в программной системе, что обеспечивает многократное использование одного и того же программного кода. Доступ к объекту возможен только через его методы и свойства. Внутренняя структура объекта скрыта от пользователя, поэтому объекты защищены от внешнего вмешательства.

Наследование позволяет выделить свойства, методы и события одного объекта и приписать их (иногда с некоторыми изменениями) другому объекту, при этом вновь созданный класс будет содержать только коды и данные для новых или изменяющихся методов, создавать новые классы, повторно используя уже готовый исходный код и не тратя времени на его переписывание.

Полиморфизм – способность объектов выбирать операцию (метод) на основе данных, принимаемых в сообщении. Каждый объект может реагировать по-своему на одно и то же сообщение, например, команда Print будет по-разному воспринята черно-белым или цветным принтером. Здесь объект цветной принтер получен в результате переопределения и относится к классу-наследнику, за которым сохранился метод Print, поэтому компилятор по типу класса наследника распознает, какой конкретно метод надо использовать.

Объектно-ориентированными языками программирования являются Delphi, C++, Java, Visual Basic.

Объектно-ориентированный подход к созданию программных продуктов предусматривает: выделение объектов в отдельные классы, что позволяет использовать для различных объектов выделенного класса один и тот же программный код; выявление характерных свойств каждого объекта и определении методов его обработки; создание иерархии классов, наследовании свойств объектов и методов их обработки.

При разработке программ и программных продуктов проводится объектно-ориентированный анализ, включающий в себя:

- выделение объектов и выявление их свойств;

- определение методов обработки, в зависимости от генерируемых событий формируется перечень операций, выполняемых над каждым объектом;

- образование классов путём выявления связей между объектами;

- определение требований к интерфейсу с объектами.

Объектно-ориентированное программирование состоит из четырех

этапов:

- разработка диаграммы аппаратных средств системы обработки данных, показывающей процессоры, внешние устройства, вычислительные сети и их соединения;

- описание связей между классами и объектами, образующих структуру классов;

- описание взаимосвязей между объектами в виде диаграммы объектов;

- разработка внутренней структуры программного продукта.

Объектно-ориентированные технологии включают в себя специализированные языки программирования и инструментальные средства разработки пользовательского интерфейса. С помощью инструментальных средств создаётся программный продукт, который содержит объекты с их характерными свойствами. Работа с этим продуктом осуществляется с помощью экранной формы.

В настоящее время технологии структурного, событийноориентированного и объектно-ориентированного программирования объединены в RAD-системах, которые содержат множество готовых классов, представленных в виде визуальных компонентов. Каждый компонент добавляется в программу одним щелчком мыши. Программисту надо только спроектировать внешний вид окон своего приложения и определить обработку основных событий, то есть задать, какие операторы будут выполняться при нажатии на кнопки, при выборе пунктов меню или щелчках мышью. Весь вспомогательный исходный код среда сгенерирует сама, позволяя программисту полностью сосредоточить свое внимание только на реализации алгоритма.

Программный продукт – программа или пакет программ с документацией (руководства пользователя, диалоговая (оперативная) документация, справочные материалы), подготовленные для реализации. Программные продукты создаются в соответствии с требованиями единой системы программной документации (ЕСПД).

Оригинальную программу собственной разработки можно зарегистрировать в федеральном органе исполнительной власти по интеллектуальной собственности (Роспатенте) в установленном порядке и получить свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. Заявка на государственную регистрацию программы для ЭВМ включает следующие документы:

- заявление (специальная форма);

- дополнение к заявлению при количестве авторов программы – двое

и более (специальная форма);

- печатный текст программы (исходного кода) с титульным листом, на котором указываются: название организации, направляющей программу на регистрацию, – правообладателя; название программы; количество полных листов текста программы, включая титульный лист; авторы программы; город, в котором находиться организация; год;

- реферат, содержащий фамилии и инициалы авторов программы; название организации-правообладателя; название программы; аннотацию; тип ЭВМ; язык, на котором написана программа; операционная система, в которой реализуется программа; объём программы.

3. Эмпирические исследования

3.1. Виды и этапы эмпирических исследований

Эмпирические исследования (эксперименты и наблюдения) предусматривают изучение объекта исследования путём измерений его параметров состояния, проведения видеосъёмки, звукозаписи, при этом могут производиться какие-либо преднамеренные воздействия на объект исследования. Эмпирическое исследование может быть выполнено как непосредственно на объекте исследования, так и на его физической модели.

Проведение эмпирического исследования непосредственно на объекте исследования может быть дорогостоящим, а в отдельных случаях невозможным. В таких условиях используют физические модели объектов исследования.

Физическая модель объекта исследования – изделие, являющееся упрощённым подобием объекта исследования, позволяющее воссоздать процесс или явление. Физические модели объектов используются при исследованиях, демонстрации, изучении этих объектов, применяются для изготовления объектов. Примеры физических моделей: опытные образцы, макеты, манекены, лабораторные стенды и установки, модели отливок.

Эмпирические исследования делятся на эксперименты и наблюдения. Эксперимент заключается в организации преднамеренного воздействия на объект исследования или его физическую модель, и восприятии реакции на это воздействие. Единичное воздействие на объект исследования или его физическую модель и восприятие реакции называют опытом. Наблюдение – восприятие объекта исследования, находящегося в естественных условиях. Применяемые при наблюдении воздействия должны быть безразличными для объекта исследования.

Эксперименты бывают трёх видов:

- лабораторные, которые проводят в специально организованных условиях (в лабораториях), как правило, с физическими моделями объектов исследований, при этом обеспечиваются наиболее благоприятные условия для проведения опытов, высокая точность измерений;

- полевые, проводимые на специальных полигонах;

- производственные, проводимые непосредственно в производственных условиях.

Лабораторные эксперименты дешевле полевых и производственных, позволяют обеспечить наиболее благоприятные условия для проведения опытов, но лабораторные эксперименты не всегда точно отражают реальные процессы. Изучить реальные процессы позволяют производственные эксперименты, которые требуют вмешательства в технологические процессы, работу оборудования, что не всегда возможно, может привести к серьёзным ущербам и возникновению опасных ситуаций. Полевые экспе-

рименты позволяют исследовать процессы в условиях близких к производственным, при этом не требуют вмешательства в технологические процессы, работу оборудования.

Эксперимент, в котором в каждом опыте факторы измеряются исследователем, а не задаются, называется пассивным. Активный эксперимент – эксперимент, в котором значения факторов в каждом опыте задаются исследователем.

В зависимости от особенностей варьирования факторов эксперименты делят на однофакторные и многофакторные. При проведении однофакторного эксперимента влияние нескольких факторов на объект исследования изучается поочерёдно, то есть сначала изменяют один фактор при зафиксированных остальных, затем варьируется второй фактор при постоянных остальных и т.д. При однофакторном эксперименте устанавливают степень влияния каждого фактора в отдельности. При проведении многофакторного эксперимента варьируются все или почти все факторы одновременно. Преимущества многофакторного эксперимента: сокращение числа опытов; возможность оценки взаимодействия различных факторов между собой.

Наблюдения при прикладных научных исследованиях выполняют на действующих установках, машинах, оборудовании, в виде работ по обследованию эксплуатационного состояния сооружений, машин, оборудования. Одной из форм наблюдения является сбор данных на предприятиях по определённому виду деятельности.

К эмпирическим исследованиям предъявляются следующие требования:

- воспроизводимость – возможность повторения исследования в тех же условиях другими исполнителями с получением результата, отклоняющегося от ранее полученного в пределах допустимой ошибки;

- наличие контроля – новые воздействия воспроизводятся одновременно с известными (изученными) воздействиями в одинаковых условиях;

- достоверность, которая обеспечивается применением поверенных средств измерений, обоснованными исходя из допустимой ошибки количеством опытов и количеством измерений в каждом опыте.

Эмпирическое исследование состоит из следующих этапов:

- планирование эмпирического исследования;

- физическое моделирование объекта исследования (при необходимости);

- выбор и подготовка к работе измерительных средств, технических и программных средств автоматизированных систем научных исследований (АСНИ), другого оборудования;

- проведение опытов с регистрацией результатов;

- обработка результатов.

3.2. Планирование эмпирического исследования







3.2.1. План-программа эмпирического исследования

План-программа эмпирического исследования включает:

- перечень факторов и параметров объекта исследования, между которыми надо установить зависимости, или проверить зависимости, полученные при теоретическом исследовании;

- методику эмпирического исследования, которая регламентирует проведение опытов и измерений, требования к измерительнорегистрирующим средствам, формы регистрации результатов, особенности их обработки;

- расчёт объёма и продолжительности работ;

- календарный план работ;

- необходимые материалы, физические модели.

Зависимость между j-ым параметром объекта исследования (функци-

ей отклика)

где

f – оператор преобразования объекта исследования по j-ой зависимой

y и действующими на него факторами

xxxfy ...,,,

, (3.1)

kjj

xxx ...,,,

имеет вид

переменной; k – количество факторов.

Формула (3.1) является частным случаем формулы (2.1), она учиты-

вает только факторы, задаваемые или измеряемые при проведении опытов.

Факторы могут быть как количественными, так и качественными. К

каждому фактору в эксперименте предъявляются два требования:

- управляемость (фактором можно управлять);

- однозначность (фактор не является функцией других факторов).

К совокупности факторов предъявляются требования:

- совместимость (все комбинации факторов осуществимы и безопасны);

- независимость (возможность установления факторов на любом уровне не зависимо от уровней других факторов).

К параметрам (функциям отклика) также предъявляются требования:

- они должны быть количественными и измеряемыми при любых комбинациях выбранных факторов;

- однозначность (заданному набору значений факторов должно соответствовать одно значение параметра);

- простота, универсальность.

При разработке методики основным мероприятием является планирование эксперимента – процедура выбора числа и условий проведения опытов, необходимых и достаточных для решения поставленной задачи с требуемой точностью.

Число возможных различных состояний объекта исследования N при



3m

6m

Nnm













количестве факторов k определяется по формуле

pN  , (3.2)

где p – число уровней фактора.

Количество опытов n должно быть не меньше, чем количество коэффициентов m, предполагаемой регрессионной зависимости. Если предполагается зависимость вида

Требуемое количество опытов

1421322110

xaxaxxaxaxaay  , то

xaxaay

, то

22110

, а если

, окончательно устанавлива-

ется в соответствии с принятым планом эксперимента.

В каждом опыте производят измерение параметров (функций отклика) объекта исследования

y , также могут измеряться значения факторов

x . Количество измерений u некоторой величины

y (объём выборки) или

повторность опытов по заданной точности  и доверительной вероятности (надёжности)

Stu , (3.3)

tH определяют по формуле

где S – выборочная или эмпирическая дисперсия;

t – гарантийный коэффициент или критерий Стьюдента, который берут из специальной таблицы в зависимости от уровня значимости q и числа степеней свободы f;

– ошибка наблюдений (измерений) – отклонение среднего арифметического значения измеренной величины y от её математического ожидания .

При заданных относительной допускаемой ошибке измерений



( S



чество измерений u величины

y/100

и коэффициенте вариации (изменчивости) yV /100





– среднее квадратическое отклонение – стандарт выборки) коли-

y определяется по формуле

u  . (3.4)



Как правило, величиной относительной допустимой ошибки  или ошибки измерений  задаются, коэффициент вариации V или выборочная дисперсия S устанавливаются на основе ранее выполненных аналогичных исследований, или по результатам предварительных опытов. Критерий Стьюдента t зависит от u, так как

. При определении количества

измерений u величины

y значением u задаются (вначале принимается ми-

нимальное значение u), находят f, по таблице значений критерия Стьюдента определяют t, затем выполняют расчёт по формуле (3.4) или (3.3), если принятое значение u меньше результата вычисления, то u увеличивают и

заново производят расчёт по формуле (3.4) или (3.3). Итерации выполняют



ki...,,2,1











до тех пор, пока условие, выражаемое неравенством (3.4) или (3.3), будет соблюдаться, то есть принятое значение u будет не меньше, чем результат вычисления по формуле (3.4) или (3.3). После проведения опытов при обработке результатов эмпирического исследования вычисляют ошибки  или , которые не должны превышать принятых (допустимых) значений.

Количество измерений u также может быть установлено непосредственно при проведении опытов. Выполняют определённое небольшое коли-

чество измерений величины y , вычисляют S, V, далее находят ошибки  и

, и сравнивают их с допустимыми значениями, если рассчитанные значения  и  меньше допустимых, то принятого количества измерений достаточно. В противном случае проводят ещё измерения и рассчитывают  и

Количества опытов n, измерений в каждом опыте u позволяют установить потребность в материалах, опытных образцах, определить объём и продолжительность работ по выполнению эмпирического исследования, составить календарный план проведения эмпирического исследования.

3.2.2. План полнофакторного эксперимента

Эксперимент, в котором реализуются все возможные состояния объекта исследования или его физической модели называют полнофакторным экспериментом (ПФЭ). План ПФЭ представляет собой таблицу (матрицу), в которой строки соответствуют опытам, а столбцы значениям факторов. Количество опытов определяется по формуле (3.2).

Эксперимент, в котором реализуются не все возможные состояния объекта исследования или его физической модели называют дробнофакторным экспериментом (ДФЭ).

Каждый фактор в опыте может принимать несколько значений, которые называют уровнями фактора. Уровни фактора можно найти от основного (нулевого) уровня через значение интервала варьирования. При планировании эксперимента необходимо установить основные уровни всех факторов

интервалы их варьирования

x (i – номер фактора,

 

I , тогда крайние нижний

, k – количество факторов) и

x и верхний

 

1i

 

уровни будут равны

Ixx

   

 01

;

iii

   

Уровни факторов

x ,

 

1i

Ixx

. (3.5)

iii

x ,

x должны находиться в пределах до-

 

пустимых значений i-го фактора (в пределах установленных ограничений i-го фактора), при этом могут быть наложены дополнительные ограничения, обусловленные условиями проведения эксперимента.

При планировании эксперимента факторы кодируются. Кодированное значение фактора



x определяется по формуле









 





где

x – натуральное значение фактора;

x – натуральное значение основного уровня.

 

, (3.6)

Используя формулу (3.6) можно найти кодированные значения основного и крайних уровней:



   



x ;

 



x .

 





x ;

 





Из формулы (3.6) можно найти натуральное значение фактора его кодированному значению



   



 





x , по



Ixxx

iiii

При планировании ПФЭ используют два или три уровня факторов,

то есть количество опытов соответственно

Пример матрицы плана ПФЭ при двух уровнях и двух факторах – таблица 3.1. Такой план ПФЭ используется для получения регрессионных зависимостей вида

xaxaay

22110

xxaxaxaay

. Количе-

21322110

ство измерений (повторность) для всех строк матрицы плана ПФЭ должно быть одинаковым.

Матрицы ПФЭ типа обладают следующими свойствами:

- симметричность – алгебраическая сумма элементов столбца любого

фактора равна нулю;

- ортогональность – сумма почленных произведений любых двух

столбцов матрицы равна нулю;

- нормированность – сумма квадратов элементов столбца любого

фактора равна числу опытов (только при двух уровнях факторов).

Таблица 3.1 – План ПФЭ при двух уровнях и двух факторах

Кодированные значения факторов № опыта



1 –1 –1 2 –1 +1 3 +1 –1 4 +1 +1

3.2.3. Центральные композиционные планы

Для получения регрессионных зависимостей второго порядка необходимо использовать при проведении эксперимента не менее трёх уровней факторов. Большое количество уровней и факторов приводит к значительному числу опытов, например, если принять пять уровней варьирования

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 218 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]