Из отечественных программных продуктов визуального моделирования технических систем наиболее развитым в настоящее время является пакет, или, как его называют авторы – программный комплекс «Моделирование в технических устройствах» (ПК «МВТУ»), созданный в МГТУ им. Н.Э. Баумана [17, 18].
Программный комплекс «МВТУ» реализует структурное моделирование и предназначен для исследования динамики и проектирования разнообразных технических систем и устройств. Авторы считают его альтернативой программным продуктам Simulink, VisSim и др. Действительно, ПК обладает всеми основными достоинствами современных средств визуального моделирования, хотя его функциональные возможности существенно уже, чем у вышеупомянутых пакетов. Удобный редактор структурных схем, обширная библиотека типовых блоков и встроенный язык программирования позволяют реализовывать модели высокой степени сложности, обеспечивая при этом наглядность их представления. Для отечественных пользователей удобство работы с ПК «МВТУ» обусловлено также русскоязычным интерфейсом и наличием обширной документации на русском языке.
Судя по литературным источникам, ПК «МВТУ» успешно применяется для проектирования систем автоматического управления, следящих приводов и роботов-манипуляторов, ядерных и тепловых энергетических установок. Он может функционировать в многокомпьютерных моделирующих комплексах, в том числе и в режиме удаленного доступа к технологическим и информационным ресурсам.
ПК «МВТУ» реализует такие режимы работы как моделирование процессов в непрерывных, дискретных и гибридных динамических системах, в том числе при наличии обмена данными с внешними программами и устройствами; оптимизация показателей качества; анализ и синтез по линейным моделям; контроль и управление с использованием виртуальных аналогов пультов управления с измерительными приборами и управляющими устройствами.
Основными особенностями ПК, делающими его современным программным продуктом и ставящими его в один ряд с аналогичными по назначению зарубежными пакетами, являются:
· принцип вложенности структур, что особо актуально при моделировании сложных динамических систем;
· наличие достаточно полной общетехнической и ряда специализированных библиотек типовых блоков;
· обширный набор алгоритмов численного интегрирования;
· открытость, позволяющая пользователю расширить состав личной библиотеки путем создания новых типов блоков.
Библиотека типовых блоков состоит из общетехнической и ряда обладающих значительными по количеству готовых моделей специализированных библиотек, таких как «Гидроавтоматика», «Роботы», «Электромашины» и др.
Для пользователя ПК «МВТУ» существует две возможности расширить библиотеку математических моделей – создать в виде графического представления блок-схему, которая будет потом использоваться как типовой блок (макроблок), или создать новый типовой блок, описав его поведение с помощью языка программирования аналогичного языку системы MATLAB. Такие подходы являются типовыми и используются во многих программных комплексах, реализующих методы структурного моделирования.
На рис. 5.2 приведена модель электрической схемы в ПК «МВТУ», все элементы которой являются замаскированными макроблоками, соединенными между собой векторными линиями связи.
Рис. 5.2. Пример построения модели электрической схемы выпрямителя
Векторные переменные имеют две компоненты: напряжение и ток. Модели некоторых элементов схемы показаны на рис. 5.3.
Рис. 5.3. Эквивалентные схемы узла и емкости (макроблоки)
В решателе интерпретирующего типа реализованы 10 явных и 6 неявных методов численного интегрирования, среди которых есть новые оригинальные методы, позволяющие эффективно интегрировать жесткие системы.
Пакеты физического мультидоменного моделирования многими специалистами считаются более перспективными инструментами для исследования технических систем. Во-первых, они используют форму задания исходной информации, которая гораздо ближе и понятнее специалистам в предметных областях. Во-вторых, исследователь избавлен от необходимости проводить структурные преобразования модели, с тем, чтобы перейти к структуре направленных блоков. И, наконец, большинство современных пакетов физического моделирования не только допускают использование направленных блоков, но и могут сопрягаться с классическими пакетами структурного моделирования, например, с Simulink.
Первоначально пакеты физического моделирования разрабатывались для моделирования электрических и электронных схем. Структура таких схем проще, чем механических. Каждая энергетическая связь содержит лишь две переменные – ток и напряжение. Именно поэтому современные пакеты компьютерного моделирования и анализа схем электронных устройств, такие как Multisim, являются наиболее развитыми и отработанными.
Для нас представляют интерес пакеты, способные моделировать, прежде всего, механическую часть технической системы, как наиболее сложную как с точки зрения формирования математической модели, так и с точки зрения численного интегрирования и визуализации результатов.
