Исследование модели регистратора колебательных процессов с применением СКМ

Сравнительный анализ Matlab и Mathcad при моделировании динамических систем. Подсистема Simulink пакета MATLAB. Расчёт базовой модели и проведения исследований. Описание математической модели. Векторные и матричные операторы. Нижние и верхние индексы.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П. О. СУХОГО

Факультет машиностроительный

Кафедра «Информатика»

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по дисциплине «Информатика»

на тему: «Исследование модели регистратора колебательных процессов с применением СКМ»

Исполнитель: студент гр. ТМ-22

О.В. Мирончук

Руководитель: доцент Т.Л. Романькова

Гомель 2013



Содержание

Введение

1. Сравнительный анализ Matlab и Mathcad при моделировании динамических систем

1.1 Подсистема Simulink пакета MATLAB

1.2 Пакет Mathcad

1.3 Сравнительный анализ Matlab и Mathcad

2. Алгоритмический анализ задачи

2.1 Полная постановка задачи

2.2 Анализ исходных данных и результатов

2.3 Описание математической модели

2.4 Алгоритм расчёта базовой модели и проведения исследований

3. Описание реализации в пакете MathCAD

3.1 Описание реализации базовой модели

3.2 Выводы по результатам исследований

Заключение

Список используемых источников

Приложение А. «Исследование модели регистратора колебательных процессов с применением СКМ»

Приложение Б. Исследования



Введение

В настоящее время компьютерная промышленность предлагает инженеру целый ряд разнообразных средств моделирования, позволяющих не только моделировать сложные динамические системы, но и проводить с ними эксперименты. Наиболее полное исследование общесистемных проблем получается в результате моделирования объектов с помощью современных технологий, реализованных в специализированных вычислительных пакетах или пакетах визуального моделирования.

Пакетов визуального моделирования так же существует великое множество. В них пользователю предоставляется возможность описывать моделируемую систему преимущественно в визуальной форме, например, графически представляя как структуру системы, так и ее поведение (например, при помощи карты состояний). Такой подход позволяет пользователю не заботится о реальной программной реализации модели, что значительно упрощает процесс моделирования. Результаты эксперимента в пакетах визуального моделирования предоставляются в более наглядной для человека форме: в виде графиков, гистограмм или схем с применением анимации. Также в той или иной мере поддерживается технология объектно-ориентированного моделирования, что позволяет повторно использовать экземпляры моделей с возможностью внесения в них тех или иных коррективов. Из множества существующих на сегодняшний день пакетов визуального моделирования особый интерес вызывают универсальные пакеты, не ориентированные на определенную узкоспециальную область (физика, химия, электроника и т.д.) или определенные типы моделей (чисто дискретные или чисто непрерывные), а позволяющие моделировать принадлежащие различным прикладным областям структурно-сложные гибридные системы. Одними из таких пакетов являются: пакет Mathcad; подсистема Simulink пакета MATLAB а так же Mathematica и Maple

1 

1. Сравнительный анализ инструментов MathCad и MatLab при моделировании динамических систем

1.1 Подсистема Simulink пакета MATLAB

Simulink -- интегрированный с MATLAB интерактивный инструмент для моделирования, имитации и анализа динамических систем. Он дает возможность строить графические блок-диаграммы, имитировать динамические системы, исследовать работоспособность систем, отлаживать и совершенствовать их. Simulink это платформа для проектирования и имитации работы динамических систем в различных отраслях.

В распоряжении пользователей имеются интерактивная графическая среда и настраиваемые библиотеки блоков, которые позволят с высокой точностью проектировать, создавать и тестировать модели цифровых устройств, средств коммуникации и других динамических систем. Возможности среды Simulink могут быть расширены путем подключения дополнительных модулей, которые позволят решать специфические задачи, связанные с моделированием и проектированием, а также помогут генерировать программный код, реализовывать различные алгоритмы, выполнять тестирование и проверки. Simulink тесно интегрируется с системой MATLAB, предоставляя пользователям мгновенный доступ к внушительному набору средств разработки алгоритмов, визуализации и анализа данных, организации доступа к данным, а также численных расчетов. Имеется возможность быстро создавать, моделировать и эксплуатировать подробные блок-схемы систем, собранные из готовых блоков, предлагаемых в среде Simulink.

Программа Simulink предоставляет набор инструментов для моделирования иерархических структур, управления данными и настройки подсистем. Предлагаемые средства существенно упрощают создание точных и компактных представлений, независимо от сложности исходной системы. Simulink также интегрируется с Stateflow для моделирования поведения, вызванного событиями. Эти преимущества делают Simulink наиболее популярным инструментом для проектирования систем управления и коммуникации, цифровой обработки и других приложений моделирования.

Для построения блок-схем Simulink имеет обширную библиотеку блочных компонентов и удобный редактор блок-схем, являющийся типичным средством визуально-ориентированного программирования.

Программа Simulink является приложением к пакету MATLAB. Однако Simulink является достаточно самостоятельным инструментом MATLAB и при работе с ним совсем не требуется знать сам MATLAB и остальные его приложения. С другой стороны, доступ к функциям MATLAB и другим его инструментам остается открытым и их можно использовать в Simulink. Часть входящих в состав пакетов имеет инструменты, встраиваемые в Simulink (например, LTI-Viewer приложения Control System Toolbox-пакета для разработки систем управления). Имеются также дополнительные библиотеки блоков для разных областей применения (например, Power System Blockset -- моделирование электротехнических устройств, Digital Signal Processing Blockset -- набор блоков для разработки цифровых устройств и т.д). Simulink может использоваться, чтобы исследовать поведение широкого диапазона практических динамических систем, включая электрические цепи, амортизаторы, тормозные системы, и много других электрических, механических и термодинамических систем.

При работе с Simulink пользователь имеет возможность модернизировать библиотечные блоки, создавать свои собственные, а также составлять новые библиотеки блоков.

При моделировании пользователь может выбирать метод решения дифференциальных уравнений, а также способ изменения модельного времени (с фиксированным или переменным шагом). В ходе моделирования имеется возможность следить за процессами, происходящими в системе. Для этого используются специальные устройства наблюдения, входящие в состав библиотеки Simulink. Результаты моделирования могут быть представлены в виде графиков иди таблиц.

Преимущество Simulink заключается также в том, что он позволяет пополнять библиотеки блоков с помощью подпрограмм, написанных как на языке MATLAB, так и на языках С++, Fortran и Ada.

1.2 Пакет Mathcad

Система MathCAD по праву называется современной универсальной массовой математической системой для всех пользователей. Отличительной чертой интегрированных математических систем MathCAD, разработчиком которых является фирма MathSoft (США), является подготовка документов, в которых объединяются задание исходных данных, математическое описание их обработки и результаты вычислений в виде числовых данных, таблиц и графиков. В MathCAD удачно решена проблема передачи изменений числовых данных по всей цепочке вычислений. Текст документа MathCAD почти ничем не отличается от текста научных статей. Графическая среда программы позволяет записывать математические формулы в привычном виде. С появлением MathCAD студенты, аспиранты, инженеры и ученые получили в свои руки превосходный инструмент для повседневной работы. Для обучения работе с системой фирма MathSoft предлагает набор коротких примеров решения типовых математических задач. Поэтому наряду с электронными книгами по расчетам (BookSampler) и интерфейсу (Desktop Reference) и самоучителем (Tutorial) MathCAD содержит множество коротких примеров - шпаргалок (QuickSheet).

MathCAD является полноценным Windows_приложением со встроенными средствами обмена и поддерживает технологию OLE. Этот пакет имеет естественный входной язык представления математических зависимостей и инструменты для их набора. Система позволяет выполнять как численные, так и аналитические (символьные) вычисления, имеет чрезвычайно удобный математически интегрированный интерфейс и прекрасные средства научной графики. Встроенный текстовый процессор позволяет оформить текст документа без применения Word. Пользователь создает программу средствами текстового, формульного и графического редактора, а система MathCAD сама составляет программу, которая ранится в ОЗУ, до тех пор, пока не будет сохранена в файле с расширением MCD или RTF. MathCAD предназначен, в частности, для проведения расчетов:

Ш с действительными и комплексными числами;

Ш решения линейных и нели...