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

18259. Концептуальні засади виховної роботи в ЗС України 142 KB
  Заняття 13: Концептуальні засади виховної роботи в ЗС України. Мета заняття: Зясувати суть основні напрямки та завдання виховної роботи. Вивчити принципи методи та засоби виховної роботи
18260. Індивідуально-виховна робота в підрозділі 135 KB
  Заняття 15: Індивідуальновиховна робота в підрозділі. Мета заняття: Зясувати суть соціальнопсихологічної характеристики особистості військовослужбовця . Вивчити організацію та м...
18261. Основи навчання військовослужбовців в арміях НАТО 211.1 KB
  Заняття 23: Основи навчання військовослужбовців в арміях НАТО Мета заняття: формувати у курсантів риси необхідні військовому керівнику для професійної діяльності; сприяти розвитку почуття свід...
18262. Виховна діяльність в період адаптації молодого поповнення до військової служби 130 KB
  Заняття 17: Виховна діяльність в період адаптації молодого поповнення до військової служби. Мета заняття: Зясувати зміст напрямки та особливості адаптації молоді до військової служби....
18263. Виховання як педагогічне явище 96.22 KB
  Заняття №1: Виховання як педагогічне явище. Мета заняття: формувати у студентів риси необхідні військовому керівнику для професійної діяльності; сприяти розвитку почуття свідомої військової
18264. Методика консультування офіцером сержантів і солдатів з питань розвитку і самовдосконалення 166.5 KB
  Заняття 19: Методика консультування офіцером сержантів і солдатів з питань розвитку і самовдосконалення. Мета заняття: Зясувати сутність консультування підлеглих. Поділ ролей офіцера...
18265. Методологічні проблеми військового виховання 59.41 KB
  Заняття №4: Методологічні проблеми військового виховання. Мета заняття: Зясувати закономірності виховання військовослужбовців. Усвідомити мету й ідеал виховання військовослужбовців Збройних Сил...
18266. Принципи виховання військовослужбовців 68.33 KB
  Заняття №6: Принципи виховання військовослужбовців. Мета заняття: формувати у курсантів риси необхідні військовому керівнику для професійної діяльності; сприяти розвитку почуття свідомої ві
18267. Організація та зміст гуманітарної підготовки в ЗС України 50.2 KB
  Заняття 20: Організація та зміст гуманітарної підготовки в ЗС України. Мета заняття: формувати у курсантів риси необхідні військовому керівнику для професійної діяльності; сприяти розвитку почутт...