Содержание к диссертации
Введение
1. Применение аналитических преобразований на ЭВМ для построения математических моделей (ММ) электромеханических приборов (ЭМП) 11
1.1. Анализ состояния аналитических преобразований на ЭВМ 11
1.2. Построение ММ динамических систем в аналитическом виде на ЭВМ 18
1.3. Методика построения на ЭВМ ММ ЭМП 33
2. Лингвистическое обеспечение подсистемы построения ММ ЭМП 58
2.1. Формы проблемно-ориентированных языков (ПОЯ) в процессе проектирования ЭМП 60
2.2. Инструментальная система создания ПОЯ 63
2.3. ПОЯ построения ММ ЭМП 78
3. Программное обеспечение (ПО) подсистемы построения ММ ЭМП 92
3.1. Структура ПО подсистемы построения ММ ЭМП 92
3.2. Методика создания минимальных по памяти оверлейных программ 98
3.3. Оверлейная программа для программного обеспечения САПР ЭМП 107
4. Построение МЛ проектируемых в промышленности ЭМП 115
4.1. Тестовые ММ ЭМП 116
4.2. ММ гировертикали на подвижном основании 121
4.3. ММ гравиметрического устройства 129
Заключение 145.
Литература 148
Приложения
- Анализ состояния аналитических преобразований на ЭВМ
- Формы проблемно-ориентированных языков (ПОЯ) в процессе проектирования ЭМП
- Структура ПО подсистемы построения ММ ЭМП
- Тестовые ММ ЭМП
Анализ состояния аналитических преобразований на ЭВМ
Развитие вычислительной техники, конкретно цифровых вычислительных машин дало толчок в первую очередь численным методам решения задач. Это привело к недооценке аналитических подходов, к ошибочному мнению "о возможности и целесообразности любого численного решения проблем любой степени сложности" /13/.
Тем не менее были и остаются задачи, аналитическое решение которых предпочтительнее /29/, либо вообще не решаемые численно, например, доказательство тождественности выражения нулю. Классическим примером /30/ эффективности проведения громоздких аналитических вычислений на ЭВМ является построение аналитической теории движения Луны, проведенное в прошлом веке одним человеком вручную за 20 лет и повторенное с помощью САП за один год. другим ярким примером является построение уравнений движения сложных механических или электромеханических объектов /З, 31, 32, 123/.
Появление САП объясняется также и общей тенденцией в использовании ЭВМ - переходом к обработке сложных структурированных объектов, одним из видов которых как раз и являются аналитические выражения. Выправить отставание мощности аналитических подходов необходимо с помощью тех же цифровых вычислительных машин, так как создание специализированных вычислительных машин на первых порах было неоправдано.
Организация хранения аналитических выражений. Обработка на ЭВМ аналитических выражений, т.е. объектов со сложной структурой, связано, в первую очередь, с организацией их хранения в линейной памяти вычислительной машины.
Наиболее просто хранить и обрабатывать полиномы от одной или нескольких переменных с численными коэффициентами. Действительно, не представляет особого труда организовать хранение массивов коэффициентов и степеней и создать программы их расчета для результирующего полинома при выполнении тех или иных операций. Такую или близкую к ней организацию хранения выражений будем называть полиномиальной (табличной).
Формы проблемно-ориентированных языков (ПОЯ) в процессе проектирования ЭМП
Если языки программирования являются развитием языков формальной логики, т.е. абстрактных, искусственных лингвистических построений, то ПОЯ, являясь средством общения с ЭВМ пользователя-непрограммиста, в силу этого последнего обстоятельства должны быть близки к практически используемым диалектам естественного. Создание лингвистического обеспечения проблемно-ориентированных систем, удобного для пользователей-непрограммистов, а таюке построение соответствующих эффективных распознавателей стало возможным благодаря так называемому феномену деловой прозы /99/.
Характерными чертами современной деловой прозы следует считать четкость, сжатость, недвусмысленность, формализован-ность. Выделение этих черт произошло исторически как следствие ускоренных темпов производства.
Таким образом, сама производственная практика имеет тенденцию к образованию формализованных диалектов с ограниченными ішожествами четко определенных понятий, со строгими моделями ситуаций и устойчивой структурой информации, с наличием формальных алгоритмов действий. С точки зрения формы, важным свойством деловой прозы является формализованность каждого сообщения, предопределенность их лингвистической структуры. Конечно, эти свойства не исключают полностью из языка гибкость и выразительность - черты естественного языка в целом.
Отмеченные свойства деловой прозы, с одной стороны, и подготовленность специалистов в области формальных языков к практической реализации соответствующих программных средств, с другой стороны, делают практически обоснованным вывод о возможности осуществления эффективного диалога пользователя-непрограммиста и ЭВМ.
От деловой прозы до конкретного ПОЯ все-таки сохраняется большая дистанция. Ее преодоление связано с выделением в деловой прозе ключевых слов, правил формирования из них понятий и целей, описательных (сентенциальных) и директивных конструкций. Эта работа, направленная на создание формальной грамматики ПОЯ, в большой степени зависит от структуры описываемых объектов и алгоритмов их обработки, является трудноформализуе-мой и обычно выполняется объединенными усилиями специалистов в проблемной области и специалистами в области формальных грамматик и построения трансляторов.
Лексический уровень деловой прозы и языков программирования в целом совпадает, хотя в проектировании, например, встречаются установленные ГОСТами обозначения посадок резьб, начинающиеся с цифры, что противоречит принятым в программировании правилам построения идентификаторов.
Структура ПО подсистемы построения ММ ЭМП
В этом параграфе будет рассмотрена структура управляющей программы (монитора), синтаксически управляемого транслятора и семантических подпрограмм подсистемы построения ММ, а также будут обсуждаться возможные связи подсистемы с другжш подсистемами.
Общесистемное ПО подсистемы построения ММ. Структура монитора выбиралась, исходя из его основных функций:
распределение ресурсов (памяти ЭВМ);
активизация требуемой подсистемы;
управление переходом от одной подсистемы к другой;
управление режимами трансляции и диагностики;
сохранение результатов работы подсистем на внешних носителях.
Опираясь на возможности инструментальной системы, описанной во второй главе, была предложена следующая структура монитора. Монитор считается состоящим из двух частей. Первая функционирует по жесткой программе: исходное распределение памяти, последовательный вызов подпрограмм СУТ (лексический анализатор, сканер выражений, синтаксический анализатор, акти-визатор), новое распределение памяти для другого языка (если необходимо) и т.д. Первая часть содержит в себе неизменяемую информацию о работе подсистем, такую как стандартные размеры памяти, режимы умолчания. Основная функция второй части монитора заключается в адаптации возможностей ПО к особенностям конкретной задачи. Эта часть реализована в виде специального пакета программ с входным языком транслятор которого был построен с помощью инструментальной системы. Программа на этом языке указывает управляющей программе, на каком языке написана следующая программа задания, т.е. какую подсистему следует активизировать, какие объемы памяти под таблицы чисел, идентификаторов и выражений следует отвести для данной задачи, каковы режимы трансляции, сведения о каких ошибках можно опустить. Полностью возможности языка SCL отражены в его грамматике, приведенной в приложении А.
Тестовые ММ ЭМП
Начнем с составления уравнений движения простого математического маятника. ММ маятника, как пример использования ПОЯ ІШ0ЇЇ-І, приводилась в /105/. Здесь уравнения движения будут строиться с помощью второй версии подсистемы, на ПОЯ ПИ0Н-2.
Описание кинематической схемы: математический маятник представляет собой материальную точку массы /7? , подвешенную с помощью нерастяжимой невесомой нити длиной с к неподвижной точке. Колебания маятника совершаются в одной плоскости, причем по оси вращения действуют силы вязкого трения с коэффициентом К . Маятник находится в однородном поле сил тяжести.
Описание последовательности СК на ПОЯ ШОН-2, дополненное указаниями построения уравнения Лагранжа и линеаризованных уравнений в форме Коши, приводится на рис.4.1. Приводимая там программа иллюстрирует также возможности многоязыковой системы обработки информации в целом. Программа начинается с короткой программы на ПОЯ 5CL , устанавливающей, что ожидается програма на ПОЯ ПИОН-2, требуется стандартное распределение памяти, допускаются ошибки не выше уровня Е, режимы работы СУТ: 7 (печатать исходную программу через строчку), 12 (печатать число сворачиваемых основ - второй слева столбец), 15 (печатать полную информацию об обработке синтаксических ошибок). Далее следует собственно программа построения ММ математического маятника, заканчивающаяся оператором именования полученной системы уравнений. После печати результатов происходит переход к языку О AN 2. . Программа, написанная на этом языке приводит систему уравнений к третьей канонической форме. Возвращение обратно к ПОЯ ШОН-2 позволяет вывести систему Зфавнении в привычном виде, но вообще могут производиться другие действия, например, переход к численному интегрированию с помощью ПОЯ TEMP /112/.
