6.Упражнениядлясамостоятельнойработы.....................................................67

7.Иллюстрациикупражнениям..........................................................................71

8.Литература.........................................................................................................89 введение

Развитиеметодовисредствкомпьютерногомоделированиявсегдапроисходиловнаправленииупрощениядиалогачеловекасвычислительной(моделирующей)системой,приближенияязыкапрограммированиязадачикинженерному.Впоследнеевремяширокоераспространениеполучилвизуальныйилиграфическийподходкпрограммированию.Внекоторойстепениэтотподходнапоминаетпрограммированиедляаналоговыхвычислительныхмашин,которыебылиширокораспространеныв60–хгодахпрошлогостолетия.Аналоговыерешающиеэлементы,выполняющиеопределенныематематическиеоперациинадпеременными,соединялисьмеждусобойвсоответствиисоструктуройуравненияилидругогоспособаопределениязадачи,вводилисьсигналы,определяющиевнешниевоздействиянаисследуемуюсистемуинеобходимыеначальныеусловиядляпеременных.Послеэтогорегистрировалсяпереходныйпроцесс,происходящийвполученнойэлектроннойсистемепослееевключения,которыйявлялсярешениемпоставленнойзадачи.Всовременнныхпрограммныхкомплексахмоделирования,использующихвизуальный(графический)подходкпрограммированию,виртуальнаямодельрешаемойзадачиформируетсянаэкранедисплеяввидеструктурнойсхемыизвиртуальныхрешаемыхэлементов,имеющихсявбиблиотекепрограммнойсистемы,илисоздаваемыхпользователем,последующегосоединенияэлементовмеждусобойвиртуальнымипроводниками.Виртуальныерешающиеэлементыпредставляютсобойфрагментыпрограммвыполнениясоответствующихматематическихопераций,написанныенаязыкевысокогоуровнясиспользованиемметодовавтоматизациипрограммирования.Процедуресозданиянаэкранедисплеяструктурнойсхемырешаемойзадачисоответствуетформированиеполнойпрограммырешениязадачи,котораявзависимостиотсложностипроблемыможетнасчитыватьдесяткиисотнитысячкоманд.Пользовательосвобождаетсяотнеобходимостисоставленияиотладкисложнойпрограммыидажеможетневладетьвсовершенствеметодамипрограммированиянаязыкахвысокогоуровня.

Средстваграфического(визуального)программированияпозволяютвводитьописаниемоделируемойсистемывестественнойдляпользователя,преимущественнографическойформе,автоматическипереводитьэтоописаниенаязыккомпьютераи

представлятьрезультатымоделированияопятьжевграфическойформе,напримерввидевременныхилифазовыхдиаграммианимированныхкартинок.Трудоемкостьивремяразработкимоделиипроведениявычислительныхэкспериментоввтакихсредахсокращаютсявдесяткиразпосравнениюстрадиционнымспособом,когдадлякаждойновойразработкисоздаетсяиндивидуальнаяпрограмма.Относительнаядешевизнаграфическихсредвизуальногомоделированияипростотаихэксплуатацииделаюткомпьютерноемоделированиедоступнымдлякаждогоинженера,технологаименеджера.

Внастоящеевремясуществуетнесколькодесятковграфическихсредвизуальногомоделирования,срединихможновыделитьследующие:

• ПриложениеSIMULINK,работающеенабазепрограммногокомплексаMATLABфирмыTheMathWorksInc.

Используется для проектирования систем управления,

цифровойобработкисигналов,коммуникационныхсистем.

• КомплексLabVIEWфирмыNationalInstruments.

Используетсявсистемахсбораиобработкиданных,атакжедля

управлениятехническимиобъектамиитехнологическимипроцессами.

• ПрограммныйкомплексElectronicsWorkbench(Multisim)

фирмыInteractiveImageTechnologiesLtd.

Используетсядлямоделированияэлектронныхсхемирешениязадачавтоматизациипроектирования.

• ПрограммныйкомплексFEMLAB(COMSOLMULTIPHYSICS).Используетсядлямоделированиясистемсраспределеннымипараметрами,которыеописываютсяинтегро-дифференциальнымиуравнениямивчастныхпроизводных,сиспользованиемметодаконечныхэлементов.Можетработатьсовместноскомплексом

MATLABилиавтономно.

Перечисленныепакетыориентированынаразныеклассызадач,номогутбытьполезныдлячитателейданногопособия.Болееподробносвозможностямиинтегрированныхкомплексовмоделированиясиспользованиемметодовграфического(визуального)программированияможнопознакомитьсявпубликациях[1,9,11-17,19,27].

Пособиепостроеноследующимобразом.ВпервомразделеприведеныкраткиесведенияопрограммномкомплексеSIMULINKкакприложенииксистемеMATLAB.Рассмотреныосновныерешающиеэлементы,используемыедляпостроенияструктурныхсхем(графическихмоделей)динамическихсистем.Приведеныпростейшиеиллюстративныепримерыпостроенияструктурныхсхемвиртуальныхгенераторовсигналовзаданнойформыисистемфункций.Эти

примерыпозволяютпродемонстрироватьосновныеправилаработывсредеприложенияSIMULINK.Второйразделпосвященпостроениюмоделейбезинерционных(алгебраических)объектовнапримересистемлинейныхалгебраическихуравнений.Втретьемразделерассмотренырядметодовполиномиальнойаппроксимациинепрерывныхсигналов.Вчетвертомразделерассмотренывиртуальныемоделипростейшихдинамическихсистем(физическогомаятника,динамическойсистемы3порядкаимодельполетателавполетяготенияЗемли,брошенногоподугломкгоризонту).Построениюобратимыхмоделейимоделированиюзадачоптимизациипосвященпятыйраздел.Описанвиртуальныйаналогоперационногоусилителяивиртуальныеобратимыелинейныепреобразователи.Приведеныструктурныесхемыобратимыхинеобратимыхмоделейсистемлинейныхалгебраическихуравненийинеравенств,атакжезадачлинейногопрограммирования.Рассмотреныструктурныесхемывиртуальныхэлементовдляпостроениямоделейтранспортныхзадачлинейногопрограммирования.Наиллюстративныхпримерахпоказанаметодикапостроениямоделейтранспортныхзадачлинейногопрограммирования,использующиханалогиюДенниса.Впоследующихразделахприведеныупражнениядлясамостоятельнойработыипояснениякнимвместесоструктурнымисхемамиииллюстрациями.Списоклитературыявляетсяизбыточнымипредназначендляболееглубокогоосвоенияматериала.