Введение к работе
Актуальность темы. Говоря о принципах построения современных САПР, подразумевают чаще всего комплексную автоматизацию всех стадий и этапов проектирования. Методологической основой большинства современннх САПР является инженерши анализ, а ядром их программного обеспечения - подсистемы моделирования. В настоящее время имитационное (математическое) моделирование является наиболее эф$октивним, а чаще всего и единственным доступным, методом получения информация о поведении системы на этапе ее проектирования.
Моделирующие системы рассматривают как инструмент исследования сложных объектов посредством выполнения имитационного эксперимента, что позволяет свести воедино как вопросы моделирования, так и вопросы организации вычислительного эксперимента, комплексное решение которых требует выработки новых подходов. Новые проблемы порождаются необходимостью повышения технологичности инструмента моделирования в связи с возрастанием сложности исследуемых объектов, то есть необходимость» создания эффективно работающего программного обеспечения всего процесса моделирования, включающего этапы построения модели, ее преобразования, имитации и исследования. При этом на первое место все чаще выдвигается вопросы обеспечения надежности результатов моделирования при достаточных эффективности и быстродействии моделирующих программ. Одной из основных задач в организации вычислительных экспериментов становится задача анализа структурных и динамических свойств имитационных моделей как формальных объектов и разработка алгоритмических процедур работы с ними на основе выявленных свойств.
Достижение цели представляется возможным с применением символьно-численных методов. В Ивановском энергетическом университете в течения ряда последних лет проводились работы в этом направлении, под руководством В.Н.Нуждина была создана имитационная система МИК, ориентированная на моделирование объектов электромеханики. Опыт эксплуатации системы на предприятиях электротехнической отрасли позволил выявить новые задачи в организации вычислительных экспериментов с моделями объектов повышенной сложности. Эта задачи попадают, в основном, в круг перечисленных выше проблем. Однако до последнего времени этот подход развивался
недостаточно активно в связи со сложностью решения задачи и отсутствием технических средств, обеспечивающих возможность осуществления параллельных вычислений, необходимых для решения задач большой размерности.
В .связи с интенсивным развитием в последнее время средств электронной вычислительной техники и появлением мощных вычислительных комплексов поиск новых эффективных алгоритмов построения имитационных моделей и методов выбора параметров вычислительного эксперимента, основанных на применении символьно-численных методов решения, представляется актуальной научно-практической задачей.
Цель и задачи работ. Целью работа является автоматизация подготовки и проведения вычислительного эксперимента с имитационными моделями динамических объектов, описываемых системами обыкновенных линейных алгебро-диїїференциальнцх уравнений. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
-
Развитие методов и средств автоматизации построения имитационных моделей, основанных на использовании быстрых алгоритмов символьно-численных преобразований.
-
Исследование и разработка методов автоматизированного выбора параметров вычислительного эксперимента, прежде всегс шага интегрирования, обеспечивающего получение устойчивого численного решения.
-
Реализация разработанных методов в виде алгоритмов і программ, пригодных для использования в системах моделирования.
Методы исследования. Для решения задач в диссертационно! работе использовались табличные методы построения имитационные моделей, символьно-численные методы решения систем алгебро-диф-ференциальшх уравнений, явные и неявные методы численного инте. грирования, методы теории чувствительности.
На защиту выносятся:
символьно-численный метод построения имитационной модели основанный на табличной форме ее представления; .
методика выбора шага интегрирования, основанная на использовании табличных моделей чувствительности и обратных моделей
Научная новизна.
1. Разработана технология применения табличных моделей : задачах автоматизации моделирования, отличающаяся применение: быстрых алгоритмов символьно-численного решения систем непрерыв
них линейных уравнений, а также использованием алгоритмов символьного построения моделей чувствительности и обратит моделей.
2. Предложены и исследованы новые подходы к решению проблемы выбора шага интегрирования в задачах автоматизации вычислительного эксперимента с использованием табличных моделей чувствительности к вариациям шага как параметра модели.
Практическая ценность. Предложенная автором технология применения табличных моделей, конкретные алгоритмы и программы позволяют значительно расширить функционалыше возможности систем имитационного моделирования за счет ускоренного построения имитационных моделей, построения моделей чувствительности и обратных моделей, автоматического выбора шага интегрирования.
Результаты диссертационной работы позволяют рекомендовать разработанные методы, технолопга и програшы для использования в процессе создания систем автоматизированного моделирования и, в конечном счете, систем автоматизированного проектирования, а также в учебном процессе вузов в виде программных модулей автоматизированных обучающих систем.
Реализация результатов работы. Данная работа является продолжением научных исследований, проводимых в Ивановском государственном энергетическом университете ранее. Программные средства символьно-численных преобразований имитационных моделей на основе табличных форм представления переданы в НИИ моделирования и вычислительного эксперимента при ИТЭУ для расширения функциональных возможностей программного комплекса моделирования электромеханических систем МИК, новая версия которого внедрена в Ивановском, филиале ВНИМЭлектропривод, кроме того результаты работы используются в учебном процессе ИТЭУ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных научно-технических конференциях "Состояние и перспективы электротехлологии":
- Пятые Бенардосовские чтения, г. Иваново, 1991 г.;
- Седьмые Бенардосовские чтения, г. Иваново, 1994 г.
Ш^МШ^Ш-' Результаты теоретических и практических иссле
дований нашли отражение в 5 опубликованных печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, двух приложений. Общий объем работы - 162 страницы, в гом число 89 страниц основного текста, 4\ страница рисунков. 15 зтранид таблиц, 7 страниц приложений.
