12652

Чисельне рішення систем диференціальних рівнянь

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторна робота №7 Чисельне рішення систем диференціальних рівнянь. Мета роботи: навчитися вирішувати системи диференціальних рівнянь за допомогою пакету С. Завдання: відтворити в пакеті MATHCAD вирішення наведених прикладів. Диференціальні рівняння що входять...

Украинкский

2013-05-02

79 KB

6 чел.

Лабораторна робота №7

Чисельне рішення систем диференціальних рівнянь.

Мета роботи: навчитися вирішувати системи диференціальних рівнянь за допомогою пакету С.

Завдання: відтворити в пакеті MATHCAD вирішення наведених  прикладів.

Диференціальні рівняння, що входять в систему, повинні мати перший Чисельне вирішення систем звичайних порядок (тобто містити лише перші похідні). Всі рівняння мають бути заздалегідь дозволені відносно похідних і записані в нормальній формі вигляду

.

Для перетворення рівнянь в нормальну форму є два основні підходи:

1. Пониження порядку рівнянь шляхом заміни змінних. Якщо вихідне диференціальне рівняння порядку q (q>1) має вигляд

,

то вводяться нові змінні pj, причому j = 1..q-1. У вихідному рівнянні виробляється серія замін:

,

а похідна вищого порядку замінюється похідною першого порядку:

.

Додається q – 2 нових рівнянь вигляду

.

Додається ще одне рівняння

.

Наприклад, рівняння

можна перетворити в систему рівнянь:

2. Приведення системи диференціальних рівнянь до явного вигляду шляхом її рішення відносно похідних. Наприклад, вирішуючи систему

відносно  і, отримаємо:

Розглянемо вирішення систем диференціальних рівнянь в MATHCAD на прикладі завдання про моделювання динаміки електричного ланцюга, показаного на мал. 16.

Динаміка описується наступною системою диференціальних рівнянь:

Мал. 16. Електричний ланцюг

де Uc - напруга на конденсаторі. Хай  ; i1(0) = i2(0) = Uc(0) = 0;  ; L1 = 0,02; L2 = 0,06; M = 0,01; R = 0,5; C = 0,01.

Рішення записується таким чином:

1. Визначаються всі константи і допоміжні функції, присутні в правій частині системи.

2. Визначається спеціальна функція, що обчислює праву частину системи. Функція має два аргументи: перший - незалежна змінна (наприклад, час t), другий - вектор поточних значень залежних змінних. Результатом функції має бути вектор, що містить значення правих частин системи, обчислених по значеннях другого аргументу функції. Вектори мають стільки елементів, скільки рівнянь в системі. При записі правих частин всі залежні змінні замінюються елементами вектора – другого аргументу, причому використовується наступне правило: нульовому елементу відповідає змінна, похідна від якої стоїть в лівій частині першого рівняння; першому елементу - змінна, похідна від якої стоїть в лівій частині другого рівняння і так далі. У наведеному далі прикладі, де другий аргумент функції позначений як Y, елементу Y0 відповідає i1 - змінна з похідної в лівій частині першого рівняння, елементу Y1 відповідає i2 - змінна з похідної в лівій частині другого рівняння, елементу Y2 відповідає UC.

3. Задається вектор початкових значень незалежних змінних.

4. Звернення до функції rkfixed. Перший аргумент - вектор початкових значень. Другий і третій - відповідно початкове і кінцеве значення незалежної змінної. Четвертий аргумент - число проміжних точок рішення (звичайне чимале число в діапазоні  ). П'ятий - ім'я функції, що обчислює праву частину системи. Функція rkfixed повертає матрицю, в нульовому стовпці якої знаходяться значення незалежної змінної, а в інших стовпцях - відповідні значення залежних змінних.

Рішення показане на мал. 17.

Мал. 17. Запис рішення задачі в MATHCAD

 

На мал. 18 показані графіки i2(t), Uc(t). Даним змінним відповідають другий і третій стовпці матриці S.

Мал. 18. Графіки i2(t), Uc(t)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26927. Функции РФ на современном этапе 8.18 KB
  функции РФ на современном этапе Функции государства главные основные направления деятельности государства по решению стоящих перед ним задач обусловленных его сущностью и социальным назначением. Функции государства непосредственно выражают его общечеловеческую сущность 2. через Функции государства воплощается и раскрывается его активная служебная роль как важнейшей части надстройки по отношению к своему базису. осуществляются государством в целом а также государственными органами в соответствии с их местом и назначением в механизме...
26928. ФОРМЫ ГОСУДАРСТВА. ФОРМА ПРАВЛЕНИЯ 12.57 KB
  МОНАРХИЯ это такая форма правления при которой верховная государственная власть осуществляется единолично и переходимткак правило по наследству.раздробленность территорий и слабая центральная властьдецентрализация феодал как владелец земель и как верховный правитель на своей территории наместникивыполняющие волю феодаланазначаемые и сменяемые по его указу феодал передает власть по наследству Постоянные войны и захват земельфеодализация общественной жизнисоздание крупных владений наместников все более конкурирующих с центральной...
26930. Форма политического режима 8.46 KB
  форма политического режима совокупность методов осуществления власти государством итоговое состояние в обществекоторое складывается в результате взаимодействия и противоборства различных политических сил и функционирования всех политических институтов. Основной критерий для классификации режимовдемократичность власти отражает ли власть мнение всего народа в целом или только узко определенной группы общества. Характерные черты: отказ от полного контроля над обществом; отсутствие единой идеологии; отчуждение народа от властиносителем...
26931. Особенности федеративного устройства РФ 11.56 KB
  Обычно федерации делятся на территориальныепо принципу объединения территорий и национальныепо принципу объединения различных наций при чем вторые обладают более широким кругом полномочийправ и свобод по сравнению с территориальными федерациями. 5 КРФ: состоит из республик краев областей городов федерального значения автономной области автономных округов равноправных субъектов Российской Федерациивсего их 83 Субъекты федерации группируются в:8 федеральных округовполномочные представители президента в каждом округечлен...
26932. государственные органы 9.45 KB
  Принципы деятельности:народовластие гуманизм федерализм разделение властей законностьверховенство КРФ и ФЗ над иными НПА; приоритет прав и свобод человека и гражданина; равный доступ граждан к государственной службе в соответствии со способностями и профессиональной подготовкой; обязательность для государственных служащих решений принятых вышестоящими государственных органами и руководителями в пределах их полномочий и на основе законодательства РФ; гласность в осуществление государственной службы; ответственность служащих за принимаемые...
26933. Теория разделения властей.законолательная власть 9.52 KB
  локкзаконодательная власть занимала доминирующее положение по сравнению с остальными ветвями власти. Основной конечной целью осуществления на практике ТРВ является предотвращение узурпации всей государственной власти одним лицом или группой лиц и сохранение целостности государственного механизма и общества. Все власти равны и автономны 3. Никакая власть не может пользоваться правами предоставленными Конституцией другой власти 4.
26934. Исполнительная и судебная власти 8.68 KB
  исполнительная и судебная власти Исполнительная власть в соответствии с теорией разделения властей одна из самостоятельных и независимых публичных властей в государстве. Признаки Исполнительной Власти яявляется относительно самостоятельной ветвью государственной власти; является проводником государственной политики в жизнь; подзаконна по своему характеру и задачам; её деятельность является исполнительнораспорядительной и носит постоянный непрерывный во времени характер; является исключительным обладателем материальных ресурсов и...
26935. Государство в политической системе общеста 8.54 KB
  3 Обладает всей системой юридических средств по обеспечению правопорядка: осуществляют регистрацию объединений полит. Государство поддерживает и гарантирует равенство правового статуса однородных социальных объединений политических партий избирательных объединений профсоюзов коммерческих организаций. Многие управленческие решения принимаются государственными органами с учетом мнений пожеланий и предложений социальных объединений. Вместе с тем запрещается государственное вмешательство в деятельность социальных объединений равно как и...