рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Алгоритмические модели динамических систем

Алгоритмические модели динамических систем - раздел Механика, Основные термины и определения. Концепция структурного моделирования электромеханических систем 4.1. Описание Моделей С Помощью N - Графов...

4.1. Описание моделей с помощью N - графов

Для рассмотрения алгоритмов преобразования моделей, формируемых пользователем (СМФУ, СММУ), необходимо ознакомиться с возможными вариантами представления алгоритмических моделей [1]. Проблемы, возникающие при компьютерной реализации СММУ, связаны, во-первых, с необходимостью автоматизированного формирования корректной системы дифференциальных, алгебраических и логических уравнений и, во-вторых, с последующим ее представлением в виде дерева элементарных вычислительных операций. Решение проблем первого направления требует более детализированного представления структурной модели с одновременной ориентацией на вычислительную систему и на исследователя. Этим требованиям применительно ко всем видам СММУ отвечают средства описания моделей с помощью многоуровневых N-графов [7, 8]. Решение проблем второго направления осуществляется либо численным интегрированием полученной системы уравнений, либо путем формирования алгоритмической модели, в которой все интеграторы заменены деревом вычислительных операций, соответствующим выбранному методу численного интегрирования.

Рассмотрим особенности детализированного представления структурных моделей с помощью N-графов. В общем случае сигнал в i-узле графа в момент времени tn определяется выражением

.

Здесь – некоторая операция преобразования сигналов , входящих в узел; – некоторая операция преобразования сигнала с помощью k-й ветви, инцидентной i-му узлу; m – число ветвей, инцидентных узлу стока i.

Наличие элементов первого и второго уровней языка N – графов [7, 8] обусловливает существование двух уровней детализированных форм структурных моделей.

Детализированная форма первого уровня использует базовые операции: суммирование, умножение, деление, логические «и», «или», сравнения «больше», «меньше», «равно», операцию «переключение», в узлах N-графа и операции пропорционального преобразования, интегрирования, задержки на интервал дискретности и отрицания.

Определения и графические представления алгебраических базовых операций в узлах N-графа приведены в табл. 4.1.

 

Таблица 4.1

Наименование узла Определение Графическое представление
1. Суммирование
2. Умножение
3. Деление
4. Переключение
       

 

Графические представления узлов, осуществляющих логические базовые операции, используют общепринятые символы этих операций, а именно

 

и или больше меньше равно

 

При необходимости номера ветвей, входящих в эти узлы, указываются в разрыве ветви.

Например,

Графические представления и определения базовых операций в ветвях приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Наименование ветви Определение Графическое представление
1. Пропорциональное преобразование
2. Интегрирование
3. Задержка на интервал дискретности
4Операция НЕ  

 

Данный уровень характеризуется наивысшей степенью детализации для структурных моделей, построенных в форме замкнутого N-графа, и является детализированной формой СММУ.

Нетрудно заметить, что построение структурных моделей при использовании только указанных выше элементов сопряжено с трудностями формирования N-графов даже для простейших нелинейных математических операций. Например, N-граф простейшего нелинейного звена типа «Люфт» содержит 10 узлов и 14 ветвей (см. рис. 4.1). Замкнутый N-граф, построенный с использованием макроветвей и макроузлов, будем считать детализированной формой второго уровня. Продолжение рассмотрения алгоритмов формирования вычислительных моделей невозможно без определения основных требований к средствам проведения вычислительных экспериментов со структурными моделями и направлений их компьютерной реализации.

Рис. 4.1. N-граф нелинейности «Люфт»

В качестве требований отметим следующее.

1. Должна быть предоставлена возможность выполнения вычислительного эксперимента в одном из следующих режимов:

-неуправляемом, когда отсутствует возможность наблюдать за поведением координат модели и нельзя вмешаться в ход выполнения эксперимента, за исключением его прекращения;

-интерактивно-управляемом, когда имеется возможность оперативного наблюдения за ходом вычислительного эксперимента и поведением координат модели, активного вмешательства в проводимый эксперимент в целях изменения параметров и структуры модели, изменения параметров вычислительного эксперимента, организации серии экспериментов, качественного и количественного анализа результатов;

-программно-управляемом, когда алгоритм поэтапного изменения структуры и параметров модели задан пользователем заранее в целях получения определенной информации об исследуемой системе путем автоматической постановки серии экспериментов.

2. Программно-аппаратные средства реализации вычислительного эксперимента должны обеспечивать получение достоверной информации обследуемой системы за минимальное время, что соответствует необходимости обеспечения численной устойчивости, требуемой точности и максимального быстродействия. Нетрудно заметить противоречивость приведенных требований. Например, обеспечение работы в интерактивно-управляемом режиме сопряжено со значительным снижением быстродействия вычислительного эксперимента. Это объясняется следующими основными причинами. Во-первых, непрерывный вывод на экран дисплея графической информации в большинстве случаев превышает время выполнения вычислительных операций. Во-вторых, предоставление возможности изменения параметров и структуры модели нецелесообразно при использовании алгоритмической модели наивысшего уровня детализации, так как в этом случае любая корректировка влечет за собой полную перекомпиляцию модели и, следовательно, делает невозможным продолжение эксперимента с момента прерывания. Поэтому для реализации интерактивно-управляемого режима значительную часть работ по формированию дерева вычислений (алгоритмической модели) необходимо выполнять в ходе вычислительного эксперимента на каждом шаге дискретизации процессов во времени, что естественно приводит к увеличению затрат времени на вычислительный эксперимент.

Поэтому имеют место два направления компьютерной реализации постановки вычислительных экспериментов.

Программные средства первого направления на основании детализированной формы СММУ обеспечивают автоматическое формирование системы дифференциальных, алгебраических и логических уравнений, их сортировку и численное интегрирование одним из выбранных методов.

Формирование и сортировка уравнений осуществляются на этапе планирования эксперимента и повторяются лишь при интерактивной корректировке структуры модели. Результатом этого этапа, выполняемого в компилирующем режиме, является вычислительная модель табличной формы, обеспечивающая необходимую параметрическую корректировку, которая возможна за счет последующей работы программ в интерпретирующем режиме, когда обращение к массивам параметров модели осуществляется на каждом шаге интегрирования, т.е. программные средства первого направления работают в комбинированном компилирующе-интегрирующем режиме.

Программные средства второго направления осуществляют автоматическое формирование разомкнутой алгоритмической модели, представляющей собой дерево вычислений, генерацию программы имитации в виде загрузочного модуля (с расширением _.ехе) и выполнения этой программы, т. е. здесь имеет место компилирующий режим работы.

Алгоритмы построения детализированных форм и алгебраических моделей рассмотрим после введения нетрадиционных средств описания динамических систем.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Основные термины и определения. Концепция структурного моделирования электромеханических систем

Функционирование электрооборудования в автономных энергосистемах АЭС имеет ряд особенностей связанных с их ограниченной мощностью а также с.. Поэтому данное учебное пособие посвящено изучению современных методов и.. В настоящее время изучение электромеханических машинно вентильных систем МВС совместно с полупроводниковыми..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Алгоритмические модели динамических систем

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Основные термины и определения. Концепция структурного моделирования электромеханических систем
  До введения общих понятий моделирования и математической модели определим объект моделирования с точки зрения теории моделирования. Таким объектом в нашем случа

Алгоритмический базис структурного моделирования электромеханических систем
  Под алгоритмическим базисом будем понимать совокупность средств построения моделей, методов их графического представления и алгоритмов преобразования этих моделей [1].

Математический уровень алгоритмического базиса структурных моделей
Для специалистов в области ЭМС наиболее удобно и традиционно графическое описание моделей в виде структурных схем. Если фрагменты математического описания разделить на блоки в соответствии

Объясните принцип действия модели двигателя постоянного тока и формирования выходных величин
    Рис. 2.3. Графическое представление и задание параметров элемента класса L

Функциональный уровень алгоритмического базиса структурных моделей
Структурные модели математического уровня (СММУ), построенные для реальных электромеханических систем, отличаются наличием большого числа функциональных элементов, многообразием межэлементных связе

Представления моделей динамических систем методом структурных матриц
Аппарат структурных матриц, предложенный Л. Г. Шатихиным [1], позволяет в определенной степени объединить достоинства матричных методов и средств структурного представления динамических систем.

Получение и преобразование концептуальных моделей
Начальный этап конструирования моделей в задачах моделирования и проектирования, как правило, связан с формированием первоначального образа объекта или системы [1]. Здесь указываются основные соста

Получения и преобразования детализированных форм концептуальных моделей
Нарисованная на экране монитора концептуальная модель является лишь внешней частью «айсберга» информации, которую в рамках поставленной задачи необходимо ввести пользователю, найти в электронных ба

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги