Министерство образования и науки Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
__________________________________________________________________________
004 № 2993
М 744
Методические указания к лабораторным работам
для студентов IV курса факультета автоматики
и вычислительной техники, направлений: 551500 –
Приборостроение, 553400 – Биомедицинская инженерия,
071900 – Информационные системы и технологии
Новосибирск
2005
УДК 004.414.23
М 744
Составители: В.С. Пудов, канд. техн. наук, доц.
А.В. Кухто, ассистент
Рецензент: Д.Н. Голышев, канд. техн. наук, доц.
«Системы сбора и обработки данных»
технический университет, 2005
В данных методических указаниях основное внимание уделяется методам имитационного моделирования, получившим достаточно широкое распространение в современной науке, инженерных приложениях, биомедицинской инженерии, экономике и других областях человеческой деятельности. Это можно объяснить прежде всего универсальностью многих имитационных моделей, а также сравнительной легкостью их построения и исследования. Во многих случаях имитационные модели можно также использовать для проверки работоспособности и исследования параметров аналитических моделей.
На выбор преподавателя предоставляется десять лабораторных работ по разным темам имитационного моделирования, из которых он формирует курс лабораторных работ общим объемом 32 часа. Тематика работ следующая.
– Основные этапы разработки имитационной модели.
– Исследование имитационной модели. Стратегическое и тактическое планирование модельного эксперимента.
– Средства управления имитационной моделью.
– Метод статистических испытаний Монте-Карло.
– Системы массового обслуживания.
– Моделирование параллельных процессов с применением сетей Петри.
– Моделирование элементов цифровых устройств.
– Моделирование конкурирующих популяций (модели соперничества).
Варианты заданий к работам составлены таким образом, чтобы представлять интерес для студентов различных специальностей, в том числе по направлению подготовки «Биомедицинская инженерия».
Лабораторные работы ориентированы на использование программного пакета Simulink, хотя при желании могут быть выполнены и с применением других средств (например, традиционных языков программирования, таких как Си или Паскаль).
Для подготовки к лабораторным работам рекомендуется использовать источники, приведенные в списке литературы в конце издания, а также конспект лекций по дисциплине.
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ ИМИТАЦИОННОЙ
МОДЕЛИ
Получение практических навыков разработки имитационной модели в соответствии со следующими этапами: определение цели моделирования, разработка концептуальной модели, формализация модели, программная реализация модели. Разработка имитационной модели импульсного умножителя двух аналоговых сигналов, программная реализация модели в системе Simulink.
1. Определение цели моделирования
На рис. 1 и 2 изображены структурная схема и графики сигналов импульсного умножителя двух аналоговых сигналов. Даны также графики изменения во времени входных и выходных сигналов в разных точках этой схемы.
Предположим, что данную схему (см. рис. 1) планируется реализовать в виде электронного устройства. Однако некоторые особенности функционирования умножителя разработчику не вполне понятны. Например, его интересуют следующие моменты: работа умножителя при наличии шумов на входах, выбор частоты треугольного напряжения, выбор типа фильтра нижних частот и его параметров и т.п. Необходимость ответа на эти вопросы приводит разработчика к идее предварительного моделирования импульсного умножителя. При этом цель моделирования заключается в выборе и обосновании значений отдельных параметров умножителя и в исследовании его работы в условиях шумов.
Рис. 2. Графики сигналов в схеме импульсного умножителя
2. Разработка концептуальной модели
Концептуальной моделью называют такое содержательное описание моделируемой системы (процесса), которое определяет ее структуру, свойства ее элементов и причинно-следственные связи, присущие системе и существенные для достижения цели моделирования. Обратите внимание на то, что здесь фактически идет речь о построении некоторой абстрактной (идеализированной) модели системы. Причем степень абстракции определяется непосредственно целями моделирования. Например, разработчика в нашем случае не интересуют шумы, передающиеся по цепям питания. Ведь тогда придется также исследовать конкретный источник питания, параметры используемых операционных усилителей и других элементов, разводку проводников печатной платы, наконец. В результате модель может потерять наглядность, простоту и универсальность, а ее реализация и исследование станет совсем непростым занятием. Таким образом, на данном этапе необходимо ограничить сложность модели границами конкретной решаемой задачи. Невозможно создать одну имитационную модель системы для решения сразу всех исследовательских задач.
Сформулируем основные положения концептуальной модели импульсного умножителя (не забывая ограничивать сложность модели, где это возможно):
– импульсный умножитель предназначен для получения выходного аналогового сигнала, значение амплитуды которого в каждый конкретный момент времени является результатом перемножения значений амплитуд входных аналоговых сигналов;
– входные сигналы могут быть либо постоянными, либо синусоидальными (тем самым ограничим сложность нашей модели);
– моделируемая система является динамической системой с непрерывными состояниями и непрерывным временем изменения состояний (сказанное легко понять, учитывая аналоговый характер всех сигналов);
– система является детерминированной в отсутствии шумов на входах перемножаемых сигналов и выходе генератора сигнала треугольной формы (снова ограничим сложность модели);
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.