23034

Моделювання неперервної початково-крайової задачі динаміки систем з розподіленими параметрами

Лекция

Экономическая теория и математическое моделирование

Моделювання неперервної початковокрайової задачі динаміки систем з розподіленими параметрами 5. Постановка задачі та проблеми її розвязання. Розглянутий вище варіант постановки та розвязання проблеми моделювання початковокрайової задачі динаміки системи 1.5 Для того щоб методику розвязання дискретизованої задачі моделювання динаміки розглядуваної системи розвинуту в рамках лекції 3 успішно узагальнену далі лекція 4 на задачі моделювання дискретизованих початковокрайових умов неперервними функціями та поширити на задачу 5.

Русский

2013-08-04

355.5 KB

1 чел.

42

 Стоян В.А.

Лекція 5. Моделювання неперервної початково-крайової задачі динаміки систем з розподіленими параметрами

5.1. Постановка задачі та проблеми її розв’язання. Розглянутий вище варіант постановки та розв’язання проблеми моделювання початково-крайової задачі динаміки системи (1.1) – (1.4) будувався в припущенні, що початково-крайові умови (1.3), (1.4) мусять справджуватися точно (або наближено) в певних, наперед визначених, просторово-часових точках. Це дозволило побудувати та дослідити множини неперервних моделюючих функцій, які однозначно, або неоднозначно, точно, або з певними похибками моделюють дискретно задані початково-крайові умови (4.3), (4.4).

Можна, однак, навести ряд прикладів, коли специфіка процесу описуваного співвідношеннями (1.1) – (1.4) вимагає виконання початкових умов в усіх точках області, а крайових по всьому контуру, тобто, щоб вектор-функція стану y(s) визначалася умовами (1.3), (1.4):

                   (5.1)

            (5.2)

Враховуючи складність проблеми побудови неперервних функцій  та , якими б через складові  та  моделювався вплив на вектор-функцію  початково-крайових умов (5.1), (5.2), розглянемо задачу побудови значень

                    (5.3)

та

         (5.4)

моделюючих функцій  та  таких, щоб

                    (5.5)

Для того, щоб методику розв’язання дискретизованої задачі моделювання динаміки розглядуваної системи, розвинуту в рамках лекції 3, успішно узагальнену далі (лекція 4) на задачі моделювання дискретизованих початково-крайових умов неперервними функціями  та , поширити на задачу (5.5) введемо до розгляду наступні векторні та матричні функції:

                            (5.6)

 

         (5.7)

Це дозволяє співвідношення (5.5) переписати у вигляді

                             (5.8)

де

Останнє еквівалентне задачі обернення наступної системи функціональних рівнянь

                                                                       (5.9)

де з врахуванням (5.7)

       (5.10)

Зауважимо, що задача обернення рівнянь (5.9) згідно критерію (5.8) не є простою. За деяких співвідношень між матричною та векторною функціями  та  задача ця може мати розв’язок (однозначний, або множину). В загальному ж випадку можна розраховувати на наближене згідно (5.8) обернення.

Для побудови та дослідження множини можливих обернень рівнянь (5.9), а отже і побудови множини значень  та  моделюючих функцій  та  будемо виходити знову із співвідношень (3.26) – (3.30) отриманих нами при побудові та дослідженні розв’язків системи лінійних алгебраїчних рівнянь (3.25). Для цього розглянемо (при  та ) наступну систему:

                                                (5.11)

де при

Неважко бачити, що проблем обернення системи (5.11) нема. Розв’язок її, а також умови точності та однозначності розв’язку, випливають зі співвідношень (3.26) – (3.30). Однак проблемою є перехід від цього розв’язку до неперервного випадку, який відповідає рівнянням (5.9).

5.2. Блочнолінійні системи алгебраїчних рівнянь та їх загальний розв’язок. Для того, щоб перейти від дискретної системи (5.11) до її неперервного аналогу (5.9) врахуємо пов’язану з  та  дискретизаційну сітку для області , контуру Г та часу t. При цьому замість системи (5.11) будемо розглядати наступну:

            (5.12)

де ,   - крок дискретизації координат  в області  та на контурі Г відповідно), а

                            (5.13)

Для обернення системи (5.12) з використанням викладених в п.3.5 методів лінійної алгебри запишемо її у вигляді:

                                                                     (5.14)

де

                    (5.15)

               

матричні та векторні функції дискретного аргументу такі, що

при  і

при

Звідки згідно (3.26) знаходимо, що

                 (5.16)

визначатиметься співвідношенням

(5.17)

де  Останнє з врахуванням (5.15) дозволяє множину  значень  моделюючих функцій  та  записати у вигляді:

                            (5.18)

де

 

 (5.19)

Перш ніж записати умови точності та однозначності множини (5.18) дослідимо їх для цієї ж множини виходячи з представлення (5.17). Використовуючи співвідношення (3.26) – (3.30), наведені в п.3.5 для систем лінійних алгебраїчних рівнянь, знаходимо, що:

                        (5.20)

Умовою однозначності множини  буде:

                                                                     (5.21)

де  визначається згідно (5.19).

Якщо умова однозначності у формі (5.21) зручна для використання, то цього не скажеш за співвідношення (5.20), яким визначається помилка в оберненні рівнянь (5.14), а отже і в розв’язанні задачі (5.13). Зауважимо, однак, що вираз (5.21) спрощується з врахуванням визначення (5.15) для матричних та векторних функцій  та . Якщо позначити через

                 (5.22)

то

.                                                           (5.23)

5.3. Загальний розв’язок задачі моделювання неперервних початково-крайових умов. Враховуючи, що побудований та досліджений вище розв’язок (5.18) системи (5.14) (а отже і системи (5.11)) є допоміжним для побудови та дослідження загального розв’язку системи (5.9) (а отже і сформульованої на початку задачі (5.5)) виконаємо перехід до останньої.

Спрямовуючи до нескінченності значення  та  у співвідношеннях (5.18), (5.19), (5.22), заключаємо, що загальний розв’язок задачі (5.5) визначатиметься співвідношенням (5.18), в якому

       (5.24)

З (5.23) з врахуванням (5.22) при  знаходимо, що помилки в моделюванні початково-крайових умов (5.1), (5.2) вектором  значень моделюючих функцій  та  визначатимуться співвідношенням :

       (5.25)

в якому

               (5.26)

Умова однозначності множини  залишиться незмінною:

                                                                     (5.27)

5.4. Псевдообернення матричних рядків-функцій і розв’язок задачі моделювання початково-крайових умов. Методика побудови та дослідження загального розв’язку задачі (5.5) моделювання початково-крайових умов (5.1), (5.2) векторами (5.3), (5.4) значень моделюючих функцій  та  грунтувалася на використанні матричних рядків-функцій , визначених співвідношеннями (5.13), (5.15).

Спрямовуючи до нескінченності значення  та , у визначенні цієї функції, введемо до розгляду матричні та векторні функції:

.

Позначивши через

граничне значення матриці, псевдооберненої до  знаходимо, що

                                                (5.28)

Останнє дозволяє матричну функцію  назвати псевдооберненою до матричної функції .

Після чого зі співвідношення (5.17), подаючи його у вигляді

 

заключаємо, що вектор  значень функцій  та , якими через складові  та  функції стану:

моделюється вплив на неї початково-крайових умов (5.1), (5.2), визначається співвідношенням:

   (5.29)

де інтегрування ведеться по області зміни змінних х в  та s – в , а

Невизначеність інтегрування в (5.29) зникає, якщо розглядати частинні випадки розв’язуваної тут задачі, а саме:

а) моделювання початкових умов в задачі Коші;

б) моделювання крайових умов в задачі усталеної динаміки системи.

В першому випадку , у другому – . Крім того для кожного з цих випадків  та  відповідно. А це значить, що

а) вектор  значень функції , яким моделюються початкові умови (5.1), визначається співвідношенням:

в) вектор  значень функцій , яким моделюються крайові умови (5.2), визначається співвідношенням:

При цьому з врахуванням визначення псевдооберненої матричної функції, яке випливає з (3.6),

Неважко зрозуміти, що для розглядуваної окремо задачі Коші та крайової задачі спростяться і умови точності та однозначності їх розв’язання. Для кожної з цих задач вони будуть наступними:

а) для задачі Коші:

б) для крайової задачі:

де  - матриці псевдообернені до

 

та

 

відповідно.

41

Курс лекцій по моделюванню динаміки систем з розподіленими параметрами


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71132. Ферментеры 995 KB
  В зависимости от условий проведения осуществляемых процессов ферментеры делят на следующие группы: На практике ферментеры одной и той же конструкции могут быть использованы для разных процессов. К этой группе относятся ферментеры с различной конструкцией барботеров а также эрлифтные и барботажноэрлифтные.
71133. Ферментеры для твердофазного культивирования 358 KB
  Накопление пены способствует усилению массообменных процессов в системе газ-жидкость и биосинтеза. Разрушение пены происходит при соприкосновении пузырьков пены с поверхностью вращающегося вертикально диска. В таких устройствах отделение бражки от пены происходит...
71135. Травматический шок 23.01 KB
  Шок - удар, толчок, потрясение, столкновение. Это слово впервые появилось в медицине в 1737 году благодаря переводу книги консультанта армии Людовика 15 Генри Ле Драна. И так, под шоком следует понимать нарушение жизнедеятельности организма, возникающее в результате действия чрезвычайного раздражителя.
71136. ТЕРМИЧЕСКИЕ ПОРАЖЕНИЯ. ОЖОГИ 29.21 KB
  При ведении боевых действий термические факторы использовались в глубокой древности. В настоящее время ожоговая травма наиболее часто встречается в морских сражениях. Термические ожоги в современной войне являются одним их ведущих видов поражения.
71137. Синдром длительного раздавливания 19.98 KB
  Нейрорефлекторный компонент в частности длительное долевое раздражение имеет ведущее значение в патогенезе СДР посредством нарушения деятельности органов дыхания кровообращения; наступает рефлекторный спазм сосудов угнетение мочеотделения сгущение кровипонижение устойчивости организма к кровопотере.
71138. ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ ОКАЗАНИЯ ХИРУРГИЧЕСКОЙ ПОМОЩИ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ И В ДЕЙСТВУЮЩЕЙ АРМИИ 25.41 KB
  Объектами изучения военно-полевой хирургии являются: патология боевых повреждений их диагностика клиническое течение методы лечения а также организация оказания хирургической помощи раненым и пораженным на этапах медицинской эвакуации в действующей армии и в тылу страны.
71139. ОГНЕСТРЕЛЬНЫЕ РАНЕНИЯ 25.6 KB
  При этом могут быть как чистые то есть обычные огнестрельные раны так и раны в сочетании с лучевой болезнью раны загрязненные радиоактивными и отравляющими веществами а также микроорганизмами при применении бактериологического оружия.
71140. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ В ОРГАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА 63 KB
  Понимание и учет этих объективных особенностей строительства необходимое условие правильного выбора форм и методов организации и управления строительным производством. Первой особенностью строительного производства является неподвижность и территориальная закрепленность продукции...