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. 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, модели, построенные согласно этой технике, иногда называют направленными сигнальными графами. Структурное моделирование используется, например, в пакете Simulink (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Схема для структурного моделирования экстремальной системы

в пакете Simulink

Физическим мультидоменным моделированием (иногда просто мультидоменным моделированием называется техника моделирования, основанная на использовании библиотеки моделей элементов физических устройств, из которых можно составлять физические принципиальные схемы. 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. 2.3). В распоряжение пользователя предоставляется библиотека элементов физических устройств.

Рис. 2.3. Схема моделирования электрической цепи

в пакете SimPowerSystems

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.