Общие сведения об имитационном
Моделировании элементов и систем
Машиностроительной гидравлики
Имитационная модель это формальное описание логики функционирования исследуемой системы и взаимодействия отдельных ее элементов во времени, учитывающее наиболее существенные причинно-следственные связи, присущие системе, и обеспечивающее проведение модельных экспериментов. При разработке имитационных моделей справедливы основные принципы, относящиеся к любому виду моделирования.
Общие принципы и понятия моделирования
Коротко остановимся на основных понятиях и принципах моделирования. Формулировки, приведенные ниже, заимствованы из технической литературы (В.Ф.Казмиренко, И.П.Норенков и др.)
Модель – это реально существующая или мысленно представляемая система, которая, отображая другую систему – оригинал – находится с ней в отношении подобия, благодаря чему изучение модели позволяет получить информацию об оригинале.
Моделирование –процедура построения модели, воспроизводящая особенности структуры, поведения и других свойств оригинала, а также последующее экспериментальное или мысленное исследование этой модели.
Адекватность модели.Модель адекватна оригиналу, если при интерпретации результатов исследования возникает сходство ее поведения с оригиналом. Такая оценка строится как функция от разности сходственных параметров процессов оригинала и модели. Критерием адекватности является малая разность.
|
|
|
Системный подход предполагает создание не просто методик модельного проектирования устройств, а системы, в рамках которой решаются все проектные задачи для широкого круга проектируемых объектов. Системный подход является обязательным для достижения эффективности проектирования. Он позволяет с единых позиций проводить все проектные работы, гарантированно обеспечивая необходимые характеристики, основывать проектирование на всей совокупности научных достижений, различных наук, привлекая их и на стадиях концептуального создания системы и на всех других этапах. Объединять результаты различных наук. Это позволяет накапливать опыт проектирования в упорядоченной форме, гарантировать адекватность моделирования, сохраняя преемственность, вводить изменчивость в процесс проектирования.
Сложная система. Имитационное моделирование осуществляется для сложных систем. Общие свойства систем как таковых изучаются в системотехнике. Математической базой системотехники является понятие сложной системы. Система считается сложной, если она состоит из большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов. Сложная система выполняет сложную функцию. Первый шаг в построении формального описания системы – расчленение ее на элементы. Элемент – это объект, не подлежащий на данном этапе разбиению. Имеются только те свойства элемента, которые определяют его взаимодействие с другими элементами системы. Любая совокупность элементов может рассматриваться как подсистема.
|
|
|
Декомпозиция сложной модели производится исходя из уровня детализации системы. Уровни детализации называют ''стратами'', а процесс выделения уровней – стратификацией. Детализация системы должна производится до такого уровня, чтобы для каждого элемента были известны или могли быть получены зависимости его выходных характеристик от входных, существенные с точки зрения выбранных показателей эффективности.
Принцип информационной достаточности для выполнения моделирования. Чтобы сравнить между собой различные стратегии проектного решения, необходимо иметь для них ожидаемые показатели эффективности. Для этого строится математическая модель процедуры, представляющая собой исследуемый объект в цепи операции проектирования. Основная проблема заключается в отсутствии такой модели. На практике используют собственные знания и опыт, которые расширяют и дополняют, строя необходимые для этого модели.
|
|
|
При отсутствии информации о системе построить модель невозможно. При наличии полной информации – в модели нет необходимости. Существует некоторый уровень информированности, при котором модель можно и полезно строить. Создаваемая модель должна обеспечивать за конечное время достижение поставленной цели.
Принцип множественности моделей. Создаваемая модель должна отражать те свойства системы, которые влияют на выбранный показатель эффективности. Соответственно используется модель, отражающая только некоторые свойства системы. Для отражения других свойств необходима разработка других моделей. Таким образом, система описывается совокупностью моделей, позволяющих с разных сторон и различной степенью подробности отражать рассматриваемый объект.
Принцип ''грубости'' моделей. Полная модель – неэффективная модель. Степень ее сложности должна соответствовать задаче. Необходимо учитывать то, что важно для исследования данного процесса, и в этом смысле модель является целенаправленной. Причем грубость модели совсем не означает ее некорректности. Наоборот, конкретность задачи обусловливает и строгость постановки задачи, и строгость выбора методов решения.
|
|
|
Принцип относительной автономности моделей. При формировании сложной модели возникает иерархическая система моделей. Связь этих подмоделей не может быть такой, что на верхнем уровне используются все представления нижних уровней. Для каждого уровня характерны свои базовые модели. Вся иерархическая система в предельном случае может рассматриваться как двухуровневая система. Переход с одного уровня на другой осуществляется агрегатированием и разагрегатированием моделей. Модели разных уровней относительно автономны в том смысле, что не могут быть получены агрегатированием из моделей нижнего уровня или разагрегатированием из моделей верхнего уровня: они качественно различны. Различна их элементная база или другие принципы. Сочетание моделей разных уровней и редукций позволяет придать всей системе моделирования гибкость, точность, эффективность и др. с сохранением системности и всех ее преимуществ.
Принцип агрегатирования моделей. Объект, моделируемый с разных позиций и выступающий при этом разными своими свойствами, не дает автоматически суммарную картину. Ее необходимо получить исследователю в процессе творческого объединения результатов отдельного моделирования возможно, например, в новой модели.
Концептуальная модель. Определяет структуру системы ее связи. На этом этапе проводится сбор информации, выдвижение гипотез и принимается решение об отнесении системы к одному из известных классов.
Компьютерное моделирование. Это математическое моделирование с использованием ЭВМ, которое предполагает определенную технологию: цель, разработку концептуальной модели, ее реализацию в программе, план эксперимента, эксперимент, анализ результатов и их интерпретацию, проектирование в цикле и др. Различают аналитическое и имитационное моделирование. Аналитическое – моделирование в форме уравнений, имитационное моделирование является алгоритмическим и функционально-логическим и воспроизводит поведение объекта средствами ЭВМ. Реально оба метода используются совместно.
Направленным вычислительным экспериментом называются такие работы с ЭВМ, содержание которых определено аналитической составляющей. Направленные эксперименты имеют математическое и программное обеспечение – комплексы алгоритмов и программ, ориентированные на определенные предметные области, т.е. машинные имитационные системы.
Процесс проектирования гидроустройств осуществляется в форме анализа и синтеза.
Структурно-функциональное описание устройств. Структурный анализ заключается в выделения элементов систем и концептуальном синтезе описания системы из исследованных частей.Понимая взаимосвязь частей, при проектировании можно создать систему с необходимыми свойствами.
Функциональный подход. При этом подходе система или ее любой элемент рассматривается с точки зрения внешних характеристик и их взаимосвязей. При этом возможно и иерархическое построение структур моделей, (отражение более тонких структур).
Процедура системного проектирования гидроустройств включает решение следующих групп задач: расчет напряженно-деформированного состояния элементов гидроустройства; расчет гидродинамических характеристик потока жидкости в каналах гидроустройств; имитационное моделирование функционирования гидроустройства, привода, системы (в том числе энергетический расчет и регулировочный расчет).
Все рассмотренное выше позволяет сформировать концепцию, принципы построения, структуру и элементы системы моделирования элементов гидропривода, разработать модели, методики моделирования и модельных исследований, и определить место имитационного моделирования в комплексе моделей.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 183; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!