Оглавление:
Краткий обзор вычислительных методов. Применение ЭВМ для анализа и синтеза автоматических систем
- Краткий обзор метода расчета. Использование компьютеров для анализа и синтеза автоматизированных систем Различные классы электронных компьютеров должны использоваться для решения сложных задач автоматизированного анализа и синтеза систем. Это связано с тем, что многие проблемы динамики сводятся к нормальной интеграции дифференциальных уравнений, а аналоговые модели работают намного быстрее, чем цифровые компьютеры. Используя электронные модели, вы можете соединять элементы и узлы реальной машины с машинами, решать нелинейные задачи в режиме реального времени и анализировать различные варианты, просто изменяя коэффициенты.
Описаны дифференциальные уравнения высшего порядка, в которых преимущества моделирования несколько сводятся к системным исследованиям. По мере увеличения порядка увеличивается количество действующих блоков, что приводит к накоплению шума, часто с недостаточной точностью, а когда количество выходных переменных достаточно велико, результаты записи трудно ,
Цифровые компьютеры в принципе отличаются более высокой вычислительной точностью, которая определяется только длиной разгрузочной решетки машины, универсальностью для решения различных типов задач и широким спектром логических возможностей. Людмила Фирмаль
При разработке автоматизированных систем более высокого порядка использование электронных цифровых компьютеров имеет проблемный класс более эффективно, чем аналоговые модели. Такие задачи включают, например, создание домена в области параметров, где определенные критерии, которые отражают качественные характеристики системы, соответствуют заранее установленным требованиям. Это особенно стабильная область в пространстве параметров, представляющая интерес для дизайнеров. Область с указанными переходными качественными характеристиками. Оптимальный регион по смыслу выбранного критерия интеграции и т. Д.
Существовали два основных направления в разработке вычислительных методов анализа и синтеза автоматизированных систем. 1. Механическое внедрение ручных методов установлено, опробовано и проверено. Было продемонстрировано, что объем фактически обрабатываемой информации увеличивается в геометрической прогрессии. 2. Разработка и установка на новые или известные цифровые компьютеры. Однако метод исследования системы настолько сложен, что раньше его не применяли.
- Первая область включает настройку частотных методов на цифровых компьютерах, широкое использование критериев алгебраической устойчивости, а также анализ и синтез линейных систем большой размерности путем непосредственного расчета всего набора маршрутов. Примеры использования хорошо проверенных методов в ручных вычислениях на цифровых компьютерах включают механическую реализацию метода D-разложения, построение амплитудно-фазовых частотно-частотных характеристик в нормальных и логарифмических масштабах, построение границ стабильных областей с использованием критерия Рауса. И может относиться к изучению системы с использованием прямого вычисления корня.
Второе направление включает методы градиентной и статистической оптимизации, методы линейного и нелинейного программирования, динамическое программирование Беллмана, методы оценки стабильности и качества процесса на основе базовых матричных операций и многое другое. Существующие численные методы интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений (Лунге-Кутта, Адамс и т. Д.)
Могут быть использованы для непосредственного получения переходных кривых, но могут применяться на электронных цифровых компьютерах в случае крупномасштабных систем. Людмила Фирмаль
Из-за высокой стоимости это не всегда эффективно. Сочетание электронной моделирующей системы и цифрового компьютера очень перспективно. В последнее время моделирование динамических систем в цифровых аналоговых комплексах и более совершенных гибридных вычислительных системах (ГВС) претерпело значительные изменения. С помощью ГВС вы можете быстро интегрировать как обыкновенные, так и дифференциальные уравнения в частных производных. Они особенно эффективны для взаимодействия оператора-исследователя-машины в «интерактивном» режиме (вычитание диалога, что я вряд ли могу сделать).
В этом режиме связь между исследователями и машинами может быть организована со скоростью, близкой к скорости диалога. Последние ГВС были разработаны с естественным темпом работы, с производительностью от 1 до 150 миллионов операций в секунду с той же точностью, что и соответствующий цифровой компьютер.Усовершенствованный алгоритмический язык, улучшенные средства отображения информации (плоттер, дисплей).
Системы горячего водоснабжения третьего поколения могут решить более сложные проблемы проектирования более сложных систем управления, чем соответствующие цифровые компьютеры третьего поколения. Существуют эффективные примеры использования горячей воды для решения сложных проблем. Исследование системы управления ракетным двигателем при стыковке корабля, моделирование поведения стыковки двух кораблей на орбите, одна авария и симуляция станции Математические модели ядерного топлива и установки были описаны системой, в которую были введены дифференциальные уравнения 40-го порядка, 55 алгебраических уравнений, 13 нелинейных функций и 9 временных задержек.
При решении задач управления ракетным двигателем компьютерная стыковка со скоростью обработки 1 миллион раз в секунду может имитировать эффекты естественного темпа и различные помехи из-за большого потребления машинного времени. Было недостаточно. Описание проблемы с горячим водоснабжением с двумя аналоговыми процессорами обеспечило моделирование системы в реальном масштабе времени с учетом всех факторов. В этом случае ускорение процесса составляло 50 раз, а эквивалентная скорость вычисления составляла около 50 миллионов раз в секунду. ГВС очень эффективна для решения дифференциальных уравнений в частных производных. Решение таких уравнений на компьютерах в сложных граничных условиях представляет значительные вычислительные трудности, которые не могут быть решены в некоторых случаях.
Система горячей воды, которая включает в себя цифровой процессор и сеточную модель с соответствующей структурой и функциональными алгоритмами, может эффективно решить эту проблему. Приведенный выше пример показывает эффективность горячего водоснабжения и может считаться очень перспективным инструментом для автоматизации проектирования сложных систем управления различного назначения. Наиболее распространенный способ решения проблем цифровых компьютеров — пакетная обработка. Основой этого метода является пакет прикладного программного обеспечения. Задачи собираются и решаются одна за другой в приоритетном порядке. Процесс принятия решения может занять некоторое время.
С точки зрения разработчика системы, наиболее интересным является режим разделения времени компьютера. Характеризуется обеспечением работы многих дизайнеров одновременно. Взаимодействуйте с компьютером в «интерактивном» режиме через специальный пульт (терминал). Разработчики могут использовать центральный компьютер со многими другими компьютерами, но независимо от них, и решать как небольшие, так и отдельные части больших задач. Режим разделения времени предоставляет исследователям прямой доступ к компьютеру при необходимости.
Терминальные устройства с электронно-лучевыми трубками (дисплеями) позволяют контролировать процесс решения компьютерных проблем, редактировать исходные данные и изменять решения, принимаемые во время взаимодействия. вы. В конечном счете, эффективность исследований в области механики и проектирования систем зависит не только от уровня разработки программного обеспечения и компьютерных технологий, но также от степени использования творческого потенциала инженеров-конструкторов.
Смотрите также:
Примеры решения задач по теории автоматического управления
