- •Частина 2
- •Одеса 2008 Раздел 1. Основы моделирования систем
- •Тема 1.1. Модели и моделирование
- •§ 1.1.4. Объекты моделирования и их классификация
- •Сколько методов исследования объектов применяется в практике специалистов по автоматизации?
- •Раздел 1
- •Тема 2 Математическое моделирование
- •§ 1.2.1. Основные понятия математического моделирования
- •§ 1.2.2. Классификация математических моделей
- •Тема 1. 3 Обеспечение процедуры математического моделирования
- •§ 2.2.3. Описание связи между подсистемами разной природы
- •Тема 2.3. Представление математических моделей на макро уровне
- •§ 2.3.3. Реализация аналитических математических моделей на эвм
- •Раздел 2 Методы построения и формы представление аналитических математических моделей
- •Тема 2.1 Методика создания концептуальных аналитических моделей
- •§ 2. 1. 1 Методика создания математических моделей на микро уровне
- •В зависимости от места в иерархии описаний мм делятся, как относящиеся к микро, макро, и мета - уровням.
- •§ 2. 1. 1 Методика создания математических моделей на макроуровне
- •Дучп Микроуровень
- •Раздел 2 Методы построения и формы представление аналитических математических моделей
- •Тема 2.2 Формальный метод построения математических моделей на макроуровне.
- •§ 2.2.2. Описание связей между элементами одной природы
- •Раздел 3 Методы построения эмпирических математических моделей
- •Тема 3.1. Основы методологии построения экспериментальных моделей.
- •§ 3.1.1. Основные понятия и определения. Классификация методов.
- •§ 3.1.2 Методика подготовки, планирования и проведения эксперимента
- •§ 3.1.3 Методика обработки результатов эксперимента
- •Тема 3.2 Построение моделей по результатам активных экспериментов
- •§ 3.2.1. Методика построения статических экспериментальных моделей
- •§ 3.2.2. Методика построения динамических экспериментальных моделей
- •§ 3.2.3. Методика оценки адекватности эмпирических моделей
- •Тема 4.2. Имитационное моделирование на метауровне
- •§ 4.2.1. Методы и алгоритмы генерирования случайных величин
- •§ 4.2.2. Основы теории систем массового обслуживания (смо).
- •§ 4.2.3 Марковские модели
- •Тема 3. Методика имитационного моделирования на эвм
- •§ 4. 3.1. Формирование замысла модели
- •§ 4.3. 2. Реализация модели
- •§ 4.3. 3. Результаты моделирования
- •Раздел 4 Имитационное моделирование на эвм.
- •§ 4.1.1 Имитационные и стохастические модели.
- •§ 4.1.2 Математическое обеспечение имитационного моделирования.
- •Раздел 4 Имитационное моделирование на эвм.
- •§ 4.1.1 Имитационные и стохастические модели.
- •§ 4.1.2 Математическое обеспечение имитационного моделирования.
§ 2.2.2. Описание связей между элементами одной природы
Связь между однородными фазовыми переменными, относящимися к разным элементам подсистемы, задаётся топологическими уравнениями, полученными на основании сведений о структуре подсистемы.
Топологические уравнения — уравнения, связывающие однотипные фазовые переменные различных элементов объекта и отражающие топологию взаимосвязей его элементов. Общий вид топологических уравнений (ТУ):
F2 (V) = 0 (2.8)
ТУ выражают действие законов сохранения субстанции (вещество, энергия, количество движения), условия равновесия сил, неразрывности потоков и т.д.
Рассмотрим топологические уравнения для электрической подсистемы.
Уравнение равновесия (Первый закон Кирхгофа):
(2.9)
где: Ik — ток k-той ветви;
р — множество номеров ветвей инцидентных (прилегающих) к этому узлу.
Уравнение непрерывности (Второй закон Кирхгофа):
(2.10)
где: j — номер ветви;
q — множество номеров ветвей, входящих в рассматриваемый контур.
Топологические уравнения строго справедливы для установившихся режимов, но их можно применять и в тех случаях, когда временем распространения возбуждения по линиям связи можно пренебречь.
Время распространения возбуждения зависит от физической природы подсистемы, т.е. от скорости распространения возмущений в соответствующей среде и размеров этой среды в конкретном объекте. Под возбуждением понимается изменение фазовых переменных.
Критической длиной кр называют приближенный предельный размер среды, при превышении которого необходимо учитывать время распространения возмущений. Оценить кр можно по формуле:
кр = Δt · υ ,
где: υ — скорость распространения возбуждения в среде, например для электрической подсистемы это скорость света 3·108 м / с ;
Δt — интервал времени, характеризующий временную точность рассмотрения процессов.
Если моделируется электрический объект в нано секундном диапазоне: Δt = 10 –9 с, то критическая длина будет 0.3 м.
Приведенные выше типовые элементы — линейные, однако, элементы подсистем могут быть и нелинейными, зависящими от режима работы.
Если к набору типовых линейных и нелинейных элементов добавить зависимые и независимые источники типа источник потока I и источник потенциала Е, то получится база двухполюсников, на основе которых можно получать математические макромодели практически любых технических объектов. Различают источники двух типов: независимые и зависимые. Уравнения источников: E = f(Z), I= f(Z), где Z время, константа или фазовая переменная.
Независимые источники используются для моделирования постоянных воздействий на объект, например, сила тяжести, может быть отражена постоянным источником силы F= mg , const.
Зависимые источники делятся на две группы:
1) источники, зависимые от времени - E = f(t);
2) источники, зависимые от фазовых переменных Q= k ΔP0.5.
Источники первой группы используются для моделирования внешних воздействий на объект. Источники, зависимые от фазовых переменных используются для отражения нелинейных свойств объекта, а также для установления взаимосвязей между подсистемами различной природы.
Для изображения простых элементов используют условные графические обозначения (рис. 2.4).
Условные графические обозначения элементов:
а) б)
а) электрическая подсистема; б) механическая подсистема
Рис. 2.4 Условные обозначения типовых элементов
Вопросы:
Какие типы топологических уравнений используют для создания макро модели?
Какие типы источников субстанции используют при построении макро модели?
Как представляются элементы макро модели графически?