Программного комплекса ПА-6

Ниже приводится описание некото­рого подмножества универсального промежуточного языка базовой версии программного комплекса ПА-6, которое для краткости назо­вем миниязыком. Включенные в это подмножество конструкции язы­ка позволяют описывать непрерывные объекты различной физической природы и задание на их анализ во временной области.

Для описания объектов должны использоваться элементы из постоянной библиотеки комплекса ПА-6, так как в миниязык не включены средства описания произвольных функциональных зависи­мостей пользователя.

Подготовка описания объекта. Она проводится пользователем вручную и состоит из следующих этапов.

Этап 1. Объект разделяется на однородные в физическом от­ношении подсистемы, а подсистемы в свою очередь делятся на дис­кретные элементы.

Этап 2. Для каждой подсистемы зарисовывается эквивалент­ная схема, содержащая элементы, имеющиеся в постоянной библио­теке комплекса ПА-6 (двухполюсники и многополюсники).

Этап 3.Узлы эквивалентной схемы нумеруются целыми по­ложительными числами из непрерывного ряда, начинающегося с 1.

Этап 4. Выявляются элементы, обладающие одинаковыми параметрами.

Этап 5. Выбирается согласованная система единиц величин (как правило, СИ). В дальнейшем все числовые величины миниязыка должны задаваться в этой системе без указания их размерности.

■ П р и м е ч а н и е. Этапы 1 и 2 подготовки описания объекта под­робно описаны в четвертой книге.

Если при составлении эквивалентной схемы объекта возникает необходимость в элементе, отсутствующем в постоянной библиотеке комплекса ПА-6, то пользователь должен сам запрограммировать

математическую модель этого эле­мента и поместить подпрограмму в библиотеку. Другой, более про­строй для неподготовленного поль­зователя способ преодоления этой трудности — использование специ­альных библиотечных элементов, реализующих простейшие функцио­нальные зависимости (линейные, нелинейные, пороговые). Из таких элементов пользователь может «со­брать» любой необходимый ему макроэлемент. После завершения работ рассмотренных этапов поль­зователь кодирует описание объек­та и задание на его проектирова­ние на миниязыке.

Структура описания на мини-языке комплекса ПА-6. Структура описания объекта и задания на проектирование представлена на рис. 5.8. Сначала задается описа­ние структуры и элементов объек­та с помощью конструкций ЯОО, затем следует описание задания на проектирование. Описание объекта состоит из следующих разделов:

1) описание структуры (список элементов с указанием номеров узлов их подключения);

2) описание величин, выводимых на печать в процессе модели­рования объекта;

3) описание параметров элементов эквивалентной схемы.
Каждый раздел описания начинается с ключевого слова (заго­ловка), первым символом которого является .

Все предложения должны начинаться с первой позиции строки, пробел в первой позиции служит признаком строки-комментария (из этого правила есть одно исключение, описанное ниже).

При описании конструкций языка будем использовать следую­щие обозначения < ххх > — символы, заключенные в угловые скоб­ки, являются простым именем сложного элемента языковой конст­рукции (нетерминалом); [ххх] — элемент языковой конструкции, заключенный в квадратные скобки, не является обязательным.

В качестве примера использования этих обозначений рассмотрим заголовок описания проектируемого объекта. Он должен иметь сле­дующий вид:

FR : [< ИO >]

где ИО — имя объекта, последовательность не более шести букв латинского алфавита и цифр, обязательно начинающаяся с буквы.

Описание структуры (топология) эквивалентной схемы на ми­ниязыке комплекса ПА-6.Описание структуры начинается с заголовка

# ТОР:,за которым на последующих строках следует список описаний элементов, составляющих схему. Описание одного элемента в списке выглядит следующим образом:

<ИММЭ> [<ДИЭ>] <НУ—1> ... <HУ-N> [,<HПП>];

где ИММЭ — имя математической модели элемента (оно же имя элемента), последовательность не более трех букв латинского алфа­вита, не начинающаяся с букв А, В, М, ДИЭ —десятичный иденти­фикатор элемента, произвольная последовательность не более трех цифр (позволяет выделить конкретный элемент среди всех элемен­тов схемы, обладающих одним ИММЭ); НУ—J—-номер узла схемы, к которому подключен j-й вывод (полюс) элемента; ИПП — иден­тификатор признака повторяемости параметров элементов, произ­вольная последовательность не более шести букв (русских и латин­ских) и цифр, обязательно начинающаяся с буквы.

Считается, что все элементы, в описании которых присутствует одинаковый ИПП, имеют одинаковые параметры, числовые значения параметров для них задаются однократно (см. ниже).

Имя математической модели элемента фактически представляет собой имя библиотечной подпрограммы, реализующей математиче­скую модель элемента. Оно совместно с десятичным идентификато­ром составляет идентификатор элемента (ИЭ), который позволяет выделить конкретный элемент среди всех элементов схемы. В опи­сании элемента разделителем между номерами узлов и идентифика­тором элемента служит один пробел. Например,

С 11 46, РЫЧАГ — элемент «масса», <ИЭ> = С,

<ИПП> = РЫЧАГ

UP25 1 68, L4S; — элемент «упругость» <ИЭ> = UР25,

<ИПП> = L4S

GZ4 8 9 17 23; — зависимый источник расхода <НЭ> = GZ4

В качестве последнего примера использован зависимый источ­ник расхода, применяемый при описании гидравлических и пневма­тических систем. Этот элемент — четырехполюсник [в нем источник фазовой переменной типа потока включен между первыми двумя полюсами (подсоединенными к узлам 8 и 9 фрагмента)] и зависит от фазовых переменных типа потенциала на двух последних полю­сах (подсоединенных к узлам 17 и 23), т. е. g = К(ф₃— Ф₄), где К — параметр элемента (рис. 5.9).

Указанная функциональная зависимость реализована в заранее составленной подпрограмме, носящей имя GZ. Для простых линей­ных двухполюсных элементов (в примерах это С и UP25) порядок перечисления номеров узлов подключения на правильность расчета влияния не оказывает, "от него зависят только знаки распечатывае­мых фазовых переменных, связанных с этими элементами (см. ниже).

Миниязык разрешает располагать на каждой строке произволь­ное (но целое) количество описаний элементов, 1:ри этом между ними никаких разделителей (в том числе и пробел) не допускается. Порядок описаний элементов произвольный, комментарии могут

Рис. 5.9. Эквивалентная схема зависи­мого источника расхода GZ

занимать свободную от описаний элементов часть строки (как это и сделано в примерах), но должны быть отделены от них по край­ней мере одним пробелом.

Описание параметров элементов эквивалентной схемы наминиязыке комплекса ПА-6. Вслед за заголовком # PARAM:,за­писываемым на отдельной строке, задается список числовых значе­ний параметров элементов эквивалентной схемы. Параметры элементов описываются строго в том же порядке, в котором сами элементы записаны под заголовком # ТОР: . Для элементов, имеющих несколько параметров, числовые значения перечисляются в порядке, принятом для данного элемента (и зафиксированном в документации на подпрограмму элемента). Параметры элементов, обладающих одинаковым идентификатором признака повторяемости (ИПП), указываются только один раз, для первого по порядку элемента с данным ИПП. Числовые значения параметров элементов записываются в виде бесформатных действительных чисел (ДЧ). Общая форма записи действительных чисел в миниязыке следующая:

[-] [<ЦЧМ>] [.<ДЧМ>] [Е[-] <П>] где ЦЧМ — целая часть мантиссы (последовательность десятичных цифр); ДЧМ — дробная часть мантиссы (последовательность деся­тичных цифр); П — порядок (последовательность не более двух де­сятичных цифр).

Общее число символов в записи ДЧ не должно превышать 16. Разделителем действительных чисел в списке служит символ «;», слева и справа которого находится любое (в том числе нулевое) количество пробелов. При перенесении списка с одной строки на другую символ «;» должен оставаться на первой строке. Коммента­рий может занимать целую строку или свободную от ДЧ часть стро­ки, но обязательно должен начинаться с символа «/» (косая чер­та) — это и есть то исключение из правил о комментариях, о кото­ром говорилось выше.

Описание величин, выводимых на печать, на миниязыке комплек­са ПА-6. В комплексе ПА-6 используется представление результатов расчета переходных процессов в виде таблиц и графиков значений указанных пользователем величин. Шаги модельного времени построения -

таблиц и графиков выбираются пользователем (см. ниже). Описание величин, выводимых на печать, начинается с заголовка

# DISPLAY:, на последующих строках задается список вели-

чин, выводимых на печать. Каждая величина описывается одним из трех следующих способов.

Способ 1. Печать переменных двухполюсного элемента

<ПП>:<ИЭ>[=[<ДЧ-1>,<ДЧ-2>]]

где ПП — признак печати, принимающий значение U, I или Р; ИЭ — идентификатор двухполюсного элемента.

Если ПП=1, то на печать выводится фазовая переменная типа потока, направленная в элемент с идентификатором ИЭ из узла, указанного первым при описании этого элемента в разделе тополо­гии. Если ПП = и, то на печать выводится разность фазовых пере­менных типа потенциала узлов, указанных первым и вторым. При ПП = Р на печать выводится значение мгновенной мощности, потреб­ляемой двухполюсником (для элементов — источников энергии эта величина, естественно, отрицательна).

Символ « = » означает необходимость построения графика дан­ной величины. Пара действительных чисел ДЧ-1 и ДЧ-2 задает пределы, в которых строится график. Если они опущены, то график будет построен в пределах минимального и максимального значений, принимаемых величиной в процессе расчета. При отсутствии в опи­сании величины печати символа « = » комплекс ПА-6 выдает только числовые значения данной величины, сведенные в столбец таблицы.

Способ 2. Печать разности фазовых переменных типа потен­циала произвольных узлов фрагмента

<ИВ> (<НУ-1>, <НУ-2>) [=КДЧ-1>, <ДЧ-2>]]

где ИВ — имя величины печати [произвольная последовательность не более шести букв (русских и латинских) и цифр, обязательно начинающаяся с буквы]; НУ-1 и НУ-2 — номера узлов, разность фазовых переменных типа потенциала которых выводится на печать под именем ИВ.

Способ 3. Печать фазовой переменной типа потока произ­вольного вывода многополюсного элемента

1:<ИЭ>/<НВ>/[=[<ДЧ-1>,<ДЧ-2>]]

где НВ — номер ветви многополюсного элемента с идентификатором ИЭ, фазовая переменная типа потока которой выводится на печать. За положительное принято направление от узла схемы в элемент. Описания величин печати в списке разделяются друг от друга символом «;». В одной строке можно размещать произвольное целое число описаний, последним символом продолжаемой строки обяза­тельно должен быть разделитель «;». Комментарии могут распола­гаться на свободной от списка части строки и должны быть отде­лены от описаний, по крайней мере, одним пробелом. Например,

# DISPLAY:

I:UP25 = —1,IE— 1; — включить в таблицу результатов фазовую переменную типа потока через двухполюсник UP25, построить для нее график в пределах – 1 … 0,1;

U:С4 =; ДАВЛ (28,17) ; включить в таблицу результатов разность фазовых переменных типа потенциала на выходах двухполюсника и в узлах 28 и 17, для разности на С4 дополнительно построить график в пределах минимального и максимального значений:

I:TN111/3/ — включить в таблицу результатов фазовую пере­менную типа потока, направленную в многополюсник TN111 по его третьему выводу.

Описание задания на расчет объекта на миниязыке комплекса
ПА-6. Вслед за заголовком RUN: записываются операторы (директивы) языка описания задания (каждый с первой позиции отдельной строки). Общий вид оператора

# # <ОП> : <ИП> [(СПП)] [,<СРП>]

где ОП — один из операторов миниязыка; ИП — имя одной из под­программ реализации соответствующего оператора, последователь­ность не более шести букв латинского алфавита и цифр, обязательно начинающаяся с буквы; СПП — список параметров подпрограммы; СРП—список режимных параметров оператора.

Параметры подпрограммы реализации оператора задаются в виде ключевых слов длиной в три латинские буквы, знака равен­ства « = » и действительного числа, являющегося значением пара­метра подпрограммы. Записанные таким образом параметры разде­ляются в СПП символом «,». Некоторые параметры подпрограммы (или все) могут быть опущены, в этом случае они принимают зна­чения «по умолчанию» (эти значения указываются для каждой под­программы в ее документации).

Рассмотрим правила записи двух операторов миниязыка совме­стно с одной из подпрограмм из состава комплекса ПА-6.

Оператор задания нулевых начальных условий

# # INIT:ZERO

В результате выполнения этого оператора все фазовые перемен­ные объекта принимают нулевые значения. В задании на миниязыке этот оператор всегда должен быть первым.

Оператор расчета переходных процессов ком­бинированным методом интегрирования

# #DYNA:COMBYN (ACR=<ДЧ-l>, EPS =

= <ДЧ-2>, SMN = <ДЧ-3>, SMX = <ДЧ-4>,

Е = <ДЧ-5>, DTP = <ДЧ-6>, DTG = <ДЧ-7>

где ДЧ-1, ..., ДЧ-4 — параметры подпрограммы комбинированного неявно-явного метода интегрирования [ДЧ-1 — гарантируемая ло­кальная погрешность интегрирования (абсолютная величина, по умолчанию 0,001); ДЧ-2 — константа автоматического выбора шага интегрирования (выбирается как 0,5 от ДЧ-1, по умолчанию 0,0005); ДЧ-3— минимальный (он же начальный) шаг интегрирования (по умолчанию 10^-6); ДЧ-4 — максимальный допустимый шаг интегри­рования (по умолчанию 1000)]; ДЧ-5, ..., ДЧ-7 — режимные пара­метры оператора [ДЧ-5 — отрезок модельного времени расчета пере­ходных процессов; ДЧ-6 — шаг модельного времени построения таблицы величин, выводимых на печать; ДЧ-7 — шаг модельного времени построения графиков].

Режимные параметры DTP и DTG не обязательны. Их отсут­ствие в операторе означает отказ от вывода таблиц и графиков ве­личин печати.

Рассмотренный миниязык не отражает всего многообразия воз­можностей программного комплекса ПА-6 (совместный анализ непре­рывных и дискретных объектов, многовариантный анализ и парамет­рическая оптимизация, описание произвольных функциональных зависимостей пользователей и др.), однако его вполне достаточно для проведения цикла лабораторных работ и выполнения упражне­ний (см. седьмую и восьмую книги).