Kamynin, V.D.

Каминін, В.Д.

Electronic archive of Ternopil National Ivan Puluj Technical University

Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції молодих учених та студентів.  Актуальні задачі сучасних технологій – Тернопіль 11-12 грудня 2013.  188УДК 681.3 В.Д. Каминін Харківський національний університет будівництва та архітектури, Україна  ЗАСОБИ ВІЗУАЛЬНОГО МОДЕЛЮВАННЯ СКЛАДНИХ ДИНАМІЧНИХ СИСТЕМ  V.D. Kamynin TOOLS FOR VISUAL MODELING OF COMPLEX DYNAMIC SYSTEMS  На цей час існує цілий ряд різноманітних засобів моделювання, що дозволяють не тільки моделювати складні динамічні системи, але і проводити з ними експерименти. Найбільш повне дослідження загальносистемних проблем виходить у результаті моде-лювання об'єктів за допомогою сучасних технологій, реалізованих у спеціалізованих обчислювальних  пакетах  візуального моделювання. Існує величезне число пакетів візуального моделювання. В них користувачеві надається можливість описувати моделюючу систему переважно у візуальній формі, наприклад, графічно представляючи як структуру системи, так і її поводження (на-приклад, за допомогою карти станів). Такий підхід дозволяє користувачеві не піклуватися про реальну програмну реалізацію моделі, що значно спрощує процес мо-делювання. Результати експерименту в пакетах візуального моделювання надаються в більш наочній для людини формі: у вигляді графіків, гістограм, схем, із застосуванням анімації і т.д. Також підтримується технологія об’єктно-орієнтованого моделювання, що дозволяє повторно використовувати екземпляри моделей з можливістю внесення в них тих чи інших змін. З безлічі існуючих на сьогоднішній день пакетів візуального моделювання особ-ливий інтерес викликають універсальні пакети, не орієнтовані на визначену вузьку-спеціальну область (фізика, хімія, електроніка і т.д.), а що дозволяють моделювати  структурно-складні гібридні системи у різних прикладних областях. Незважаючи на те що сучасні універсальні пакети візуального моделювання во-лодіють безліччю загальних властивостей (дозволяють будувати з блоків ієрархічні фу-нкціональні схеми, надають користувачеві схожі бібліотеки чисельних методів, засоби візуалізації поводження і набори анімаційних можливостей, підтримують технологію об’єктно-орієнтованого моделювання), їх можна розділити на три основні групи [1] (рис. 1):  Сучасні мови моделювання Мови, які використовують схему гібридного автомату Мови фізичного моделювання Мови блокового моделювання ModelicaDyMoLaOmolaShiftModel Vision StudiumSimulink [MATLAB]EASY5SystemBuild[MATRIXx]  Рис. 1. Групи пакетів візуального моделювання Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції молодих учених та студентів.  Актуальні задачі сучасних технологій – Тернопіль 11-12 грудня 2013.  189Пакети, що належать до першої групи, використовують графічну мову ієрархіч-них блок-схем. Блок вищого рівня ієрархії збирається з деякого набору стандартних блоків (створених раніше розроблювачами пакета, або написаних самим користувачем), що з'єднуються односпрямованими функціональними зв'язками. Зібрану функціональну схему можна використовувати як блок на наступному рівні ієрархії і можна запам'ятати в бібліотеці блоків [2]. До переваг цього підходу варто віднести, насамперед, надзвичайну простоту створення не дуже складних моделей навіть не занадто підготовленим користувачем. У той же час при створенні складних моделей приходиться будувати досить громіздкі багаторівневі блок-схеми, що не відображають природної структури  системи, яка мо-делюється. Це ускладнює процес моделювання. Найбільш відомими представниками першої групи є: підсистема Simulink пакету MATLAB, пакет EASY5, підсистема SystemBuild пакету MATRIXx, VisSim. Пакети, що належать до другої групи, дозволяють при створенні моделі викори-стовувати неорієнтовані і потокові зв'язки. Користувач може сам визначати нові класи блоків. Безупинна складова поводження елементарного блоку задається системою ал-гебро-диференціальних рівнянь і формул. Дискретна складова задається описом дис-кретних подій, при виникненні яких можуть виконуватися миттєві присвоювання змінним нових значень. Дискретні події можуть поширюватися спеціальними зв'язками. Зміна структури рівнянь можлива тільки побічно через коефіцієнти в правих частинах (це обумовлено необхідністю символьних перетворень при переході до еквівалентної системи).  Підхід дуже зручний і природний для опису типових блоків фізичних систем. Недоліками є необхідність символьних перетворень, що різко звужує можливості опису гібридного поводження, а також необхідність чисельного рішення великого числа алгебраїчних рівнянь, що значно ускладнює задачу автоматичного одержання достовірного рішення.  Серед пакетів, що належать до другої групи, можна відзначити: DyMoLa (Dynamic Modeling Laboratory), Omola (OmSim). Як узагальнення досвіду розвитку сис-тем цього напрямку міжнародною групою вчених The Modelica Design Group розробле-на мова Modelica, яка пропонується в якості стандарту при обміні описами моделей між різними пакетами. Третя група містить у собі пакети, засновані на використанні схеми гібридного автомата. Використання карти станів при описі переключень станів, а також безпосередній опис безупинних поводжень системи системами алгебро-диференціальних рівнянь надає великі можливості в описі гібридного поводження зі складною логікою переключень. Користувач може сам визначати нові класи блоків. Безперервна складова поведінки елементарного блоку задається системою алгебро-диференціальних рівнянь і формул. До недоліків варто також віднести надмірність опи-су при моделюванні чисто безупинних систем. До цієї групи відносяться: пакет Shift, пакет Model Vision Studium [3].   Література 1. Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Моделирование систем. Практикум по компь-ютерному моделированию. Учебное пособие. – СПб.: БХВ-Петербург, 2007. – 352 с. 2. Сирота А.А. Компьютерное моделирование и оценка эффективности сложных систем. – Техносфера: Мир программирования, 2006. – 280 с. 3. Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Моделирование систем. Объектно-ориентированный подход. Учебное пособие. – СПб.: БХВ-Петербург, 2012. – 192 с. 

Tools for visual modeling of complex dynamic systems

http://elartu.tntu.edu.ua/bitstream/123456789/4958/1/188-189.pdf

Tools for visual modeling of complex dynamic systems

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Ternopil National Ivan Puluj Technical University