86787

Интерполяция функций нелинейных систем

Домашняя работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Используемые в математических моделях функции задаются как аналитическим способом так и табличным при котором функции известны только при дискретных значениях аргументов. Поставленные проблемы решаются путем приближенной замены функции x более простой функцией х которую нетрудно вычислять при любом значении...

Русский

2016-09-25

106.37 KB

0 чел.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт -  Энергетический институт

Направление  – Электроэнергетика и электротехника

Кафедра        –  ЭЭС

«ИНТЕРПОЛЯЦИЯ ФУНКЦИЙ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ»

Индивидуальное домашнее задание №7

по дисциплине «ДГМ»

                                       

Выполнила студентка гр.5АМ33     _______       _______      М.М. Попов

                                                                                                  

               

 

Проверил: ст. преподаватель            _______          _______    А.С.Васильев                                                                

Томск – 2013

Цель работы: освоить математический аппарат, алгоритмы интерполяции функций, заданных экспериментально полученными узлами, методы и алгоритмы гармонического анализа токов в нелинейных системах.

Задание 1. Интерполяция кривой намагничивания, заданной таблично

Пусть имеется катушка с тороидальным магнитопроводом.

Рис.1. Катушка с тороидальным магнитопроводом

Катушка имеет магнитный сердечник с нелинейной основной кривой намагничивания H(B), где B – магнитная индукция, Тл, H – напряжённость магнитного поля, А·м. Кривая намагничивания задана экспериментально снятыми узлами и представлена в табл. 1.

Таблица 1. Экспериментальные узлы кривой намагничивания

Вар

Основная кривая намагничивания магнитопровода катушки

7

B, Тл

0.5

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

H, А/м

225

375

475

575

775

1025

1405

2025

3025

Кривую намагничивания, заданную таблично следует подвергнуть интерполяции по методу, указанному в табл. 2.

Таблица 2. Метод интерполяции

Вариант

Метод интерполяции

7

Каноническими полиномами

Интерполяция каноническими полиномами

Одной из важнейших задач процесса математического моделирования является вычисление значений функций, входящих в математическое описание модели. Для сложных моделей подобные вычисления могут быть трудоемкими даже при использовании ЭВМ. При выполнении программ, реализующих основные методы вычислительной математики, большая часть времени также затрачивается на вычисление функций.

Используемые в математических моделях функции задаются как аналитическим способом, так и табличным, при котором функции известны только при дискретных значениях аргументов. Ограниченный объем памяти ПЭВМ не позволяет хранить подробные таблицы функций, желательно иметь возможность "сгущать" таблицы, заданные с крупным шагом аргумента.

Поставленные проблемы решаются путем приближенной замены функции x) более простой функцией (х), которую нетрудно вычислять при любом значении аргумента о в заданном интервале его изменения. Введенную функцию  (x) можно использовать не только для приближенного определения численных значений x), но и для проведения аналитических выкладок при теоретическом исследовании модели.

Приближение функции x) более простой функцией (х) называется аппроксимацией (от латинского approximo - приближаюсь). Близости этих функций добиваются путем введения в аппроксимирующую функцию (х) свободных параметров со, с1, ..., сn и соответствующим их выбором.

В задачах теории сплошных сред, электродинамики, электроники широко используются аппроксимации функций для описания физических параметров сред, для задания характеристик активных и пассивных элементов радиотехнических цепей и т.д. В вычислительной математике аппроксимация функций является основой для разработки многих методов и алгоритмов.

Пусть функция f (х) задана таблицей значений, полученной из эксперимента или путем вычисления в последовательности значений аргумента хо, х1 ... хn (табл. 3). Выбранные значения аргумента x называются узлами таблицы. Считаем, что узлы в общем случае не являются равноотстоящими.

Таблица 3

Введем аппроксимирующую функцию  (х, со, с1, ..., сn) так, чтобы она совпадала с табличными значениями заданной функции f (х) во всех узлах xi:

(1)

Свободные параметры ci, определяются из системы (1). Подобный

способ введения аппроксимирующей функции называется лагранжевой интерполяцией, а соотношения (1) - условиями Лагранжа [1].

Задачей интерполяции в узком смысле считают нахождение приближенных значений табличной функции при аргументах x, не совпадающих с узловыми. Если значение аргумента x расположено между узлами хо < х < xn то нахождение приближенного значения функции f (х) называют интерполяцией, если аппроксимирующую функцию вычисляют вне интервала [хо, xn], то процесс называют экстраполяцией.

В более общем плане с помощью интерполяции решают широкий круг задач численного анализа - дифференцирование и интегрирование функций, нахождение нулей и экстремумов функций, решение дифференциальных уравнений и т.д. Возможность решения подобных задач обусловлена достаточно простым видом аппроксимирующей функции  (x).

Выберем в качестве аппроксимирующей функции  (x) полином Pn(х) степени n в каноническом виде

(x) = Pn(х) = со + с1х + с2х2 + ... + сn хn                                        (2)

Свободными параметрами интерполяции ci , являются коэффициенты полинома (2). Интерполяция полиномами обладает такими преимуществами, как простота вычислений их значений, дифференцирования и интегрирования.

Коэффициенты сi определим из условий Лагранжа

Pn(хi)= f I                                                                             (3)

Или

                                        (4)

Система линейных алгебраических уравнений (4) относительно свободных параметров сi- имеет решение, так как определитель системы отличен от нуля, если среди узлов xi нет совпадающих. Определитель системы (3.4) называется определителем Вандермонда и имеет аналитическое выражение [1].

Рассмотренный способ определения интерполяционного полинома не является эффективным по затратам времени и объему памяти ЭВМ. Разработаны более экономичные формы представления и способы вычисления интерполяционных полиномов.

Независимо от формы записи полинома для заданной таблицы узлов и значений функции интерполяционный полином является единственным. Это важное утверждение доказывается методом от противного. Единственность позволяет вводить интерполяционные полиномы в формах, отличных от канонической.

Source data

 

Строим матрицу коэффициентов полинома (матрицу Вандермонда) размерностью N*N.

После вызова только что показанной функции, используем найденный ею вектор коэффициентов глобального полинома c для поиска значений в ранее заданных точках xi.

Coefficient vector

Interpolating polynom in point x

1

Значения совпали с заданными yi - значит всё правильно, полином-то интерполяционный и должен проходить через все точки.

Можно сделать произвольный дискретный диапазон по x и рассчитывать полином Лагранжа в произвольной точке, вызывая функцию P(c,x). Для простоты возьмём интервал, совпадающий с минимальным и макисмальным значениями из заданных иксов - то есть, от 1.5 до 8.2 и разобъём его на N участков.

Results!

Видно, что в промежуточных точках значения полинома другие. Итак, по набору из N заданных точек (xi,yi) мы построили кривую, зависящую от xN-1 и проходящую через все точки.

Графики исходных точек и интерполирующей функции приведены на рис.2.

Рисунок 2 - Графики исходных точек и интерполирующей функции

Вывод:  

Интерполированная функция проходит через все точки, полученные экспериментально, таким образом, в узлах интерполяции условие Лагранжа выполняется. При этом на интервале от 0.5 до 0.8 Тл имеет искривление, что может быть вызвано большим диапазоном между двумя измерениями. Исходя из полученных результатов, можно сказать, что данный метод подходит для интерполяции функций, однако при большом диапазоне между узлами интерполяции интерполяционная функция может иметь значительное отклонение от аппроксимируемой кривой между узлами.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

54688. До нас у гості завітала Осінь 85 KB
  У святковій радісній атмосфері розширити збагатити та узагальнити знання дітей про пору року осінь викликати у дітей позитивні емоції від виконання пісень віршів осінньої тематики; розвивати увагу спостережливість музикальність артистизм; виховувати естетичні смаки дружні стосунки між дітьми любов до рідної природи бажання оберігати її. Дійові особи: Ведучі Осінь осінні Місяці Овочі Білочки Зайчики Лисичка Їжачок Жабка Ведмедик діти. Діти: Осінь.
54689. Свято Осені 45.5 KB
  Осінь – це пора, яку часто звуть чудовою, замріяною, золотою. Вона особливо м’яка, ніжна, як гарна мелодія. Слухаєш, спостерігаєш природу в перші осінні дні й відчуваєш всю її урочисту красу. У ній поєдналися чарівність барв теплого літечка з першими подихами наступних холодів зими.
54690. ОСІНЬ ЩЕДРА, ОСІНЬ ЗОЛОТАВА 142 KB
  ОСІНЬ ЩЕДРА ОСІНЬ ЗОЛОТАВА МЕТА: узагальнити знання учнів про осінь її особливості прикмети; використовуючи художнє слово навчати складати невеличкі описи казки вірші про явища природи на основі безпосередніх вражень від спостережень в природі та набутих знань; вчити вдивлятися в навколишній світ більше спілкуватися з приро доюбережно ставитися до неї; вчити аналізувати картину музичний твір зістав ляти різні способи зображення одного й того ж природного явища; вчити знаходи ти цікаві особливості явищ природи поєднання...
54691. Осенние посиделки 69.5 KB
  Познакомить учащихся с явлениями, происходящими в природе осенью, с народными традициями, связанными с этим временем года. Развивать чувства прекрасного, любви к окружающей природе, необходимости её охраны. Воспитывать у учащихся чувство товарищества, взаимопомощи.
54692. Вот и осень к нам пришла 54 KB
  Оборудование: иллюстрации Осень овощи и фрукты букеты из осенних листьев таблица Кроссворд музыка к танцам песням рисунки Грибы. Чайковский Осень звучит музыка а дети входят в зал. Весной вырастает осенью опадает лист.
54693. Прощай осень 61 KB
  Учитель: Дорогие ребята Уважаемые гости Очень рады видеть Вас на нашем празднике посвященному прощанию с золотой осенью. Если на деревьях листья пожелтели Если в край далекий птицы улетели Если небо хмурое если дождик Это время года осенью зовется 1 ученица Тихо осінь ходить гаєм Ліс довкола аж горить Ясень листя осипає Дуб нахмуренний стоїть І березка над потоком Стаа наче молода Вітер...
54694. Крокувала Осінь українським краєм 83 KB
  Позакласний захід Крокувала Осінь українським краєм 1й ведучий: Довгими журавлиними ключами відлетіло літо. І Осінь прибула на нашу землю на трійці багряних коней із милозвучними іменами: вересень жовтень і листопад. 2й ведучий: Осінь. Осінь чарівниця вона пригощає яблуками і грушами бурячками й морквою готує землю під майбутній врожай.
54695. ЗОЛОТА ПРЯЖА ОСЕНІ 38.5 KB
  Ми сьогодні проводжаємо осінь таку ласкаву з багряними полотнами і розкішними килимами. Осінь до самого обрію палахкотить пожарами. ВЧИТЕЛЬ Ось до нас і прийшла господиня Осінь. заходить Осінь ОСІНЬ Доброго дня вам любі діти Я прийшла до вас у гості Захотіла ще раз з вами привітатися.
54696. Осінь – художниця 109.5 KB
  Макіївка Інтегроване заняття для дітей старшого дошкільного віку по ознайомленню з творами мистецтва Осінь художниця Підготувала: Вихователь Литвиненко О. Матеріали: оповідання Казка про осінь Т. Левітана Жовтень та Золота осінь.Вівальді Осінь.