Исследование цепей электрического тока в разных средах моделирования.

 

Председатель секции

__________И.Ю.Шавель

«______»________2019г.

Научный руководитель:

_________М.В.Беляева

«_____»________2019 г.

Выполнила:

студентка группы 1пк2

____________________

________В.Д.Палагина

«______»_______2019г.

 

 

                                                  Оренбург 2019

 

Содержание.

 

Введение......................................................................................................................3
1 Модели и моделирование.......................................................................................4

2 Основные законы электрической цепи. Электрическая схема замещения....... 7

3Исследование электрической цепи в электротехнической лаборатории...............................................................................................................10

4 Математическое моделирование электрической цепи в среде MathCad.........11

5 Исследование электрической цепи в среде имитационного моделирования ElectronicsWorkbench...............................................................................................12

6 Сравнение результатов исследований..................................................................15

7 Создание макета действия электрического тока.................................................16

Заключение.................................................................................................................18

Список источников литературы...............................................................................19

 

 

Введение

Цель работы:

Исследование электрических цепей в следующих средах моделирования: на физическом оборудовании; в среде математического моделирования MathCad; в среде имитационного моделирования Electronics Workbench.

  Задачи:

- Изучить сущность моделирования.

- Исследовать электрические цепи на физическом, лабораторном оборудовании.

- Разработать математические модели электрических цепей в среде Mathcad.

- Исследовать электрические цепи в среде имитационного моделирования Electronics Workbench.

- Сравнить полученные результаты моделирования электрических цепей.

- Создать макет действия электрического тока

Актуальность: Актуальность исследуемой темы заключается в том, что на сегодняшний день развитие электричества характеризуется устойчивой тенденцией к постоянному усложнению входящих в них устройств и электрических схем, описывающих эти устройства. Такая тенденция существенно усложняет расчет и проектирование приборов и устройств радиоэлектроники, автоматики, преобразовательной техники и энергетики, несмотря на широкое использование электронно-вычислительных машин.

Объектом проекта являются методы проведения эксперимента в различных условиях.

Предметом проекта является технология применения электроэнергии.

 

 

Модели и моделирование.

 

На современном этапе развития человечества не найти такой области знания, в которой не использовались бы модели. Наука не полагается больше лишь на интуицию исследователя, а разрабатывает теории, выявляющие закономерности отношений между оригиналом и моделью. Под моделью объекта понимается другой объект, отличный от исходного, который обладает существенными для целей моделирования свойствами и в рамках этих целей полностью заменяет исходный объект.

Модель используется при разработке теории объекта в том случае, когда непосредственное исследование его не представляется возможным. Данные об интересующем исследователя объекте получаются путем исследования модели, объединяемой с оригиналом общностью характеристик, определяющих специфику обоих объектов. Выделяют такие признаки модели:

· Модель не может существовать изолированно, потому что она всегда связана с замещаемым ею оригиналом.

· Модель должна быть не только сходна с оригиналом, но и отлична от него, причем модель отражает те свойства и отношения оригинала, которые существенны для того, кто ее применяет.

· Модель обязательно имеет целевое назначение.

Термин «модель» в реальной жизни многозначен. Моделью мы называем некую уменьшенную копию какого-то предмета (модель ракеты), и математическую формулу (модель полета ракеты), и схему физического явления (модель движения планет Солнечной системы), и описание последовательности действий (модель технологической сборки генератора), и эталон чего-нибудь (модель метра, модель килограмма).

В наиболее общем виде понятие «модель» чаще всего определяют следующим образом:

Модель – это новый объект, который отражает некоторые стороны изучаемого объекта или явления, существенные с точки зрения цели моделирования.

Модель – это физический или информационный заменитель объекта, функционирование которого по определенным параметрам подобно функционированию реального объекта.

Модель во всех случаях – это искусственный или естественный объект, находящийся в некотором определенном соответствии с изучаемым объектом и способный заменить его на определенных этапах исследования.

Наиболее распространенные виды классификации моделей определяются следующими признаками:

1. Область использования.

2. Учет в модели временного фактора (динамики).

3. Отрасль знаний.

4. Способ представления моделей.

Для моделей можно составить различные виды классификаций в зависимости от одного или нескольких признаков, общих для той или иной группы моделей. В нашей исследовательской работе будут рассмотрим такие виды:

1.Математические.

2.Натурные.

3.Имитационные.

Математическая модель - это приближенное описание какого-либо класса явлений или объектов реального мира на языке математики. Математическое моделирование и связанный с ним компьютерный эксперимент незаменимы в тех случаях, когда натурный эксперимент невозможен или затруднен по тем или иным причинам.

Основные этапы математического моделирования:

1. Построение модели. Как правило, четкое описание ситуации затруднено. Выявляются основные особенности явления и связи между ними на качественном уровне. Найденные качественные зависимости формулируются на языке математики, то есть строится математическая модель

2. Решение математической задачи, к которой приводит модель. Большое внимание уделяется разработке алгоритмов и численных методов решения задачи на ЭВМ, при помощи которых результат может быть найден с необходимой точностью и за допустимое время.

3. Интерпретация выведенных из модели на языке математики на язык, принятый в данной области.

4. Проверка адекватности модели. Выясняется, согласуются ли результаты эксперимента с теоретическими следствиями из модели в пределах определенной точности.

5. Модификация модели. На этом этапе происходит либо усложнение модели, чтобы она была более адекватной действительности, либо ее упрощение ради достижения практически приемлемого решения.

Натурным моделированием называют проведение исследования на реальном объекте с последующей обработкой результатов эксперимента на основе теории подобия. Натурное моделирование подразделяется на научный эксперимент, комплексные испытания и производственный эксперимент. Научный эксперимент характеризуется широким использованием средств автоматизации, применением весьма разнообразных средств обработки информации, возможностью вмешательства человека в процесс проведения эксперимента. Одна из разновидностей эксперимента — комплексные испытания, в процессе которых вследствие повторения испытаний объектов в целом (или больших частей системы) выявляются общие закономерности о характеристиках качества, надежности этих объектов. В этом случае моделирование осуществляется путем обработки и обобщения сведений о группе однородных явлений. Наряду со специально организованными испытаниями возможна реализация натурного моделирования путем обобщения опыта, накопленного в ходе производственного процесса, т.е. можно говорить о производственном эксперименте. Здесь на базе теории подобия обрабатывают статистический материал по производственному процессу и получают его обобщенные характеристики. Необходимо помнить про отличие эксперимента от реального протекания процесса. Оно заключается в том, что в эксперименте могут появиться отдельные критические ситуации и определиться границы устойчивости процесса. В ходе эксперимента вводятся новые факторы возмущающие воздействия в процесс функционирования объекта.

Имитационные модели не просто отражают реальность с той или иной степенью точности, а имитируют ее. Эксперимент с моделью либо многократно повторяется при разных исходных данных, чтобы изучить и оценить последствия каких-либо действий на реальную обстановку, либо проводится одновременно со многими другими похожими объектами, но поставленными в разные условия. По результатам исследования делаются выводы. Подобный метод выбора правильного решения называется методом проб и ошибок. К примеру, в ряде опытов на мышах испытывается новое лекарственное средство, чтобы выявить побочные действия и уточнить дозировки.

Любая экономическая реформа, проводимая в стране, затрагивает интересы всех слоев общества. Поэтому она должна быть тщательно продумана, а ее результаты предсказуемы. Но проводить реальные эксперименты в этой области практически невозможно, поэтому прибегают к имитационному моделированию.