Сущность имитационного моделирования. Основные определения. ( лк №1)моделирование – есть процесс создания или отыскания в природе некоего объекта (модели), замещающего исследуемый объект. При моделировании невозможно достичь абсолютного подобия модели и исследуемого объекта. Реальные сложные системы СС можно исследовать с помощью двух типов математических моделей: аналитических и имитационных. В аналитических моделях «поведение СС записывается в виде некоторых функциональных соотношений или логических условий. Наиболее полное исследование удается провести в том случае, когда получены явные зависимости, связывающие искомые величины с параметрами СС и начальными условиями ее изучения. Однако это удается выполнить только для сравнительно простых систем. Для СС исследователю зачастую приходится идти на упрощения представления реальных явлений, дающие возможность описать их поведение и представить взаимодействия между компонентами СС.
Для построения аналитических моделей имеется мощный математический аппарат (алгебра, функциональный анализ, разностные уравнения, теория вероятностей, математическая статистика, теория массового обслуживания и т. д.). Наличие математического аппарата и относительная быстрота и легкость получения информации о поведении СС способствовали повсеместному и успешному распространению аналитических моделей в различных областях науки и техники.
В имитационной модели поведение компонент СС описывается набором алгоритмов, которые затем реализуют ситуации, возникающие в реальной системе.
Моделирующие алгоритмы позволяют по исходным данным, содержащим сведения о начальном состоянии СС, и фактическим значениям параметров системы отобразить реальные явления в системе и получить сведения о возможном поведении СС для данной конкретной ситуации.
На основании этой информации исследователь может принять соответствующие решения. Отметим при этом, что предсказательные
Моделирование
Искусство построения истинных или ложных (по соответствию физической природе) моделей систем.Совокупность действий по созданию модели реальной системы, последующая цель которых – изучение природы системы, возможностей ее структурного развития или прогнозирование поведения. Симуляция движения. Процесс движения координат модели, направленный на получение адекватных результатов.Проблематика, задачи и цели моделирования В теории моделирования основными являются проблемы:
разработки универсальных подходов к построению моделей, точности симуляции движения их координат,
оценки величин погрешностей,
адекватности получаемых результатов,
идентификации изучаемых систем,
синтеза технических устройств и гипотез.
Задачи общей теории моделирования заключаются в решении перечисленных проблем. При поиске решений используются:
Методы теории подобия
Методы теории расчета цепей
Методы теории систем автоматического управления
Численные методы
Глобальными целями моделирования являются вопросы изучения природы систем, возможностей их структурного развития и прогнозирование поведения.
Технологии функционирования моделирующих программ
Каждая из программ математического моделирования динамических систем основана на одной из двух технологий:
Первая технология предполагает использование поточной модели управления при выполнении математических преобразований (функций) составляющих модель.
Вторая технология предполагает представление модели в виде текстовой записи системы уравнений, которую решатели моделирующих программ обрабатывают в пакетном режиме.
Поточная модель управления (Data Flow). Модель программирования, в которой инструкции, процедуры или функции выполняются только тогда, когда все входные данные (т.е. параметры и аргументы) готовы.
Понятие о моделях. Основные определения. (лк №1)
Существует множество толкований основных определений таких понятий, как имитационная модель, компоненты и параметры модели, функциональные зависимости, ограничения, целевые функции моделирования.
Основные определения ( по Р. Шеннону) Модель (лат. modulus — мера) — это объект-заместитель объекта-оригинала, обеспечивающий изучение некоторых свойств оригинала.
Каждая модель представляет собой некоторую комбинацию таких составляющих, как
Компоненты,
Переменные,
Параметры,
Функциональные зависимости,
Ограничения,
Целевые функции.
Параметрами являются величины, которые исследователь может выбирать произвольно, в отличие от переменных модели, которые могут принимать только значения, определяемые видом данной функции.
В модели системы будем различать переменные двух видов — экзогенные и эндогенные. Экзогенные переменные называются также входными.
Это означает, что они порождаются вне системы или являются результатом взаимодействия внешних причин. Эндогенными переменными называются переменные, возникающие в системе в результате воздействия внутренних причин.
Когда же необходимо описать входы и выходы системы, мы имеем дело с входными и выходными переменными.
В тех случаях, когда переменные характеризуют состояние или условия, имеющие место в системе, назовем их переменными состояния.
Функциональные зависимости описывают поведение переменных и параметров в пределах компоненты или же выражают соотношения между компонентами системы.
Ограничения представляют собой устанавливаемые пределы изменения значений переменных или ограничивающие условия их изменений.
4 Классификация сау (вспомним !)
Классификация по характеру изменения величин:
Системы непрерывного действия
Системы импульсного действия (AM, ФМ, ЧМ, ШИМ, ЧИМ, ...)
Системы дискретного действия (01001011110101100010101)
Системы релейного действия
Классификация по математическим признакам:
Линейные системы
Нелинейные системы
Существенно нелинейные
Классификация по способу настройки:
Не адаптивные системы
Адаптивные системы
Системы с переменной структурой
Системы с самонастройкой программы
Системы с самонастройкой параметров
Системы с самонастройкой структуры
Классификация по типу ошибки в статике:
Статические САУ
Астатические САУ
Классификация по алгоритмам функционирования (по назначению):
Системы стабилизации
Системы слежения
Системы программного управления
Системы телеуправления
Системы самонаведения (снаряда), сопровождения (орудия), автопилотирования
Системы компенсационных измерений
5 Типовые звенья (вспомним!)
Безинерционное звено
Апередиодическое звено первого порядка
Апередиодическое звено второго порядка
Колебательное звено
Интегрирующее звено
Дифференцирующее звено ( с минимальным замедлением)
Дифференцирующее звено ( с замедлением)
ТЕМА 2
Моделирование САУ
Сложность современных объектов проектирования и СУ, постоянно растущие требования к обеспечению динамически точных систем, высокая цена ошибки проектных решений входят в противоречие с традиционными подходами синтеза САУ. Выходом из данного положения является создание инструментов для проведения структурного и параметрического синтеза с учетом нелинейностей, присуще реализации системы и учета особенностей введения ЦСУ.
Методы моделирования и их применение.
Под методом моделирования какого-либо явления или объекта понимают восприятие и исследование другого объекта, подобного оригиналу в форме, удобной для исследования и переносе полученных результатов на моделирующий объект.
При этом объекты считают подобными, если характеристики процесса происходящие в каком-либо из них отличается от соответственно характеристик другого объекта вполне определенным и постоянным коэффициентом (в течение процесса).
Существуют различные методы моделирования:
геометрическое
физическое
моделирование методом прямых аналогий
математическое моделирование на аналоговых и цифровых ВМ
полунатурное моделирование
Каждый из указанных методов имеет свои достоинства и недостатки. Применение конкретного метода обусловлено исследуемой системой и условиями ее работы. При математическом моделировании в качестве объекта моделирования выступает исходное уравнение, представлена математическая модель объекта, а в качестве моделируемой системы – те процессы воспроизводят на ЭВМ и решают по заданным уравнениям поведения отдельных компонентов модели и их взаимосвязи в системе. Моделирование на ВМ достаточно часто называют аналоговым и цифровым моделированием.
Математическое моделирование САУ осуществляется на АВМ и ЦВМ, поэтому часто такие способы называют аналоговым и цифровым моделированием.
АВМ применяются в САПР САУ как консольные, терминальные, устройства на рабочих местах разработчиков и испытателей.
Управление АВМ осуществляется через терминальные станции центральным процессором в соответствии с общей идеологией построения САПР САУ.
Под полунатурным моделированием (моделированием с реальной аппаратурой) понимают исследование элементов реальной аппаратуры совместно с моделью остальной части системы, реализованной на ЭВМ.
Применение такого метода моделирования становится необходимым в тех случаях, когда не удается описать работу некоторых элементов системы математически.
ИМ рассматривается также как управляемый эксперимент, проводимый не на реальном объекте, а на модели, подобной оригиналу. В этом случае оценивается поведение отдельных компонентов, входящих в систему, в условиях направленного эксперимента заданных входных координат возмущений, параметрические воздействия и внешние случайные воздействия.
Оценка динамических св-в систем при имитационном моделировании
Оценка динамических св-в систем при единичных воздействиях
Интегрированный критерий качества
Оценка и ам. параметров оптимизации
Статистические оценки динамических св-в при случайных возмущениях
Введение
При исследовании САУ решаемые задачи обеспечения заданных показателей качества переходных процессов, а именно быстродействия, заданной колебательности и заданного перерегулирования. Показатели качества, полученные на И.М. , на основе анализа переходных процессов называют прямыми показателями качества.
Качество переходного процесса может быть оценено при воздействии ступенчатой функции, при гармоничных воздействиях, в установленном режиме, с помощью различных интегральных критериях, частотной методики оценки качества.