Аннотация книги Е.Бенькович,
Ю.Колесова, Ю.Сениченкова "Практическое
моделирование динамических систем".
СПб.: BHV. 2001. |
Вниманию преподавателей,
научных работников, аспирантов, студентов!
В издательстве BHV выходит книга Е.Бенькович,
Ю.Колесова, Ю.Сениченкова "Практическое
моделирование динамических систем".
|
Компьютерное
моделирование становится самым
распространенным методом исследования
окружающего нас мира и необходимым элементом
технологии разработки новых технических
устройств. Цель данной книги - способствовать
применению компьютерного моделирования в
различных областях, в первую очередь в
инженерном деле и образовании. В книге:
- Введение в компьютерное моделирование
- Описание гибридной системы (известной также под
названием непрерывно-дискретной системы или
системы с переменной структурой)
- Краткие руководства к программным средствам и
описание языков моделирования, позволяющих
создавать и воспроизводить поведение моделей
(Simulink, StateFlow, Model Vision Studium, Modelica и UML)
- Примеры учебных задач с решениями
На прилагаемом компакт-диске вы найдете
современные разработки фирмы XJTEK
(Экспериментальные объектные технологии):
программные комплексы для создания визуальных
моделей динамических систем Model Vision Studium и AnyLogic.
Первый предназначен для разработки научных и
учебных моделей в среде Windows, а второй для
профессионалов, создающих сложные модели,
способные работать на любых платформах, так как
используется язык Java.
|
|
| Введение |
В названии этой книги ключевым словом является прилагательное «практическое». Этим мы хотим подчеркнуть, что книга, прежде всего, адресована инженеру-проектировщику и главным в ней являются современные технологии компьютерного моделирования.
Еще в недалеком прошлом, каких-нибудь тридцать лет назад, компьютерное моделирование применялось только высоко квалифицированными специалистами в научных исследованиях и дорогостоящих технических проектах. Это были космические и ядерные программы, проекты, связанные с создание новых средств вооружения. Для проведения каждого вычислительного эксперимента создавалось уникальное программное обеспечение и его отличительной чертой был «текстовый интерфейс». Собственно, ничего другого и не могла предоставить инженеру вычислительная техника того времени. Поворотным моментом в технологии компьютерного моделирования стало появление недорогого персонального компьютера с графическим дисплеем, сделавшего возможным появление современных визуальных инструментов моделирования.
Визуальное моделирование предполагает использование графической формы описания модели и зримого представления результатов исследования. Основным элементом графического представления моделируемой системы в современных средах является структурная схема, построенная из образов отдельных компонентов, соединенных функциональными связями. Для представления результатов используется математическая графика, а также двух- и трехмерная анимация.
Ни для кого не секрет, что идеализированная схема проектирования, к которой мы все так стремимся, обещающая автоматический синтез системы с заданными свойствами, весьма далека от реальности. Работа проектировщика во многом опирается на интуицию, многотрудный перебор и сравнение множества различных вариантов проектируемой системы в условиях достаточно жестких временных ограничений. Поэтому простота и скорость реализации отдельного варианта системы и его оценки прямо влияет на качество проектирования. Современные инструменты визуального моделирования предоставляют проектировщику новое средство проектирования — виртуальный испытательный стенд, на котором он может проводить эксперименты, используя туже технологию, что и на обычном испытательном стенде, но значительно быстрее.
В книге рассматриваются современные различные подходы к компонентному моделированию сложных динамических систем:
- технология, ориентированная на использование стандартных блоков и функциональных схем, восходящих к эпохе моделирования на аналоговых машинах (MATLAB-SIMULINK-STATEFLOW);
- объектно-ориентированная технология, позволяющая применять для описания поведения гибридные автоматы (Model Vision Studium);
- технология, получившая название «физическое моделирование», опирающаяся на блоки с двунаправленными связями (MODELICA).
Каждый из подходов проиллюстрирован простыми и понятными специалистам различных областей примерами.
Характерной особенностью современных технических объектов является резкое повышение их логической сложности, связанное с повсеместным внедрением встроенных микропроцессорных систем. Для моделирования объектов с такими свойствами, сочетающих в себе непрерывные и дискретные аспекты поведения, используется математическая модель, называемая гибридной системой. У этого термина есть синонимы – непрерывно-дискретная или система с переменной структурой. В книге разъясняется, что понимается под гибридной системой и подробно рассматривается наиболее наглядный с нашей точки зрения способ представления гибридных систем в виде гибридных автоматов или гибридных карт поведения.
Перспективным современным направлением компьютерного моделирования является объектно-ориентированное моделирование (ООМ). ООМ интенсивно развивается, охватывая все новые области. Развитие ООМ применительно к гибридным системам видится авторам книги как расширение языка проектирования сложных вычислительных систем - Unified Modeling Language (UML).
В главе 1 изложены основные понятия, связанные с компьютерным моделированием. В главе 2 обсуждаются различные математические модели, используемые в современных пакетах моделирования, такие как классическая динамическая система, карта состояний и гибридная карта состояний (гибридный автомат). В главе 3 излагаются современные основные подходы к компонентному моделированию. В главе 4 рассматриваются реализации этих подходов в конкретных пакетах. В главе 5 делается попытка проанализировать возможности языка UML, имеющие непосредственное отношение к ООМ. В главе 6 предлагаются расширения UML применительно к использованию гибридных карт состояния.
В качестве приложений к книге мы предлагаем несколько моделей гибридных систем, реализованных в различных средах. Эти примеры и их реализации можно рассматривать как иллюстративный или учебный материал. Мы также предлагаем двенадцать простых задач, которые рекомендуем решить самостоятельно, и полное описание входного языка пакета Model Vision Studium 3.0 для самостоятельного изучения возможностей пакета.
На прилагаемом к книге компакт-диске находятся два пакета визуального моделирования гибридных динамических систем, разработанных исследовательской группой Experimental Object Technologies (www.xjtek.com, www.simulation.ru):
-свободно распространяемая версия пакета Model Vision Studium 3.0 (MVS) for Windows/98/NT/2000;
-ознакомительная версия пакета AnyLogic 4.5 (в пакете используется тот же подход, что и в MVS, но в качестве входного языка используется расширение языка Java).
|
|
