Методы построения моделирующих программ

Современные пакеты визуального компонентного моделирования используют один из двух методов представления информации об исследуемой системе – структурное (блочное) моделирование и физическое мультидоменное моделирование [13]. При этом за каждым из двух методов могут стоять определенные особенности математического ядра.

Структурным моделированием называется техника моделирования, основанная на использовании моделей в виде блоков, для которых определены входы и выходы. Соответственно, блоки рассматриваются как преобразователи входных сигналов в выходные. При моделировании линейных систем связи между входными и выходными сигналами устанавливаются посредством задания передаточных функций. Для
нелинейных систем эти связи задаются нелинейными алгебраическими или дифференциальными уравнениями. Поскольку структурные блоки имеют выраженные входы и выходы, построенные согласно этой технике модели иногда называют направленными сигнальными графами.

Структурное моделирование используется, например, в пакете Simulink (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Схема, для исследования экстремальной системы
в пакете Simulink

Физическиммультидоменным моделированием (иногда просто мультидоменным моделированием [13]) называется техника моделирования, основанная на использовании библиотеки моделей элементов физических устройств, из которых можно составлять схемы физические принципиальные. Поскольку в энергетических цепях поток энергии может менять направление, то для элементов физических схем входы и выходы не определены. Частным случаем данной техники моделирования является использование графов связей.

Идеология физического мультидоменного моделирования заключается в том, что модель любого технического устройства строится как преобразующая энергию цепь (рис. 4.3). В распоряжении пользователя предоставляется библиотека элементов физических устройств

В зависимости от уровня иерархии это могут быть библиотеки различных энергетических доменов (электрических, механических, гидравлических и т.д.). Или более сложных функциональных узлов, например, механических звеньев и кинематических пар в механических моделях, усилителей, трансформаторов, преобразователей, двигателей –
в электрических и электромеханических моделях.

Рис. 4.3. Схема моделирования электрической цепи
в пакете SimPowerSystems