WYSYŁKA DZISIAJ !!!

CODZIENNIE W DNI ROBOCZE

WYSTARCZY DO GODZ. 13.00 wysłać do nas:

1) deklarację odbioru przesyłki "za pobraniem"
lub
2) skan przelewu
albo
3) wpłacić za pośrednictwem "Płacę z Allegro"



MODELOWANIE CYFROWE

Marcin Skowronek

Stan książki: NOWA
Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
Stron: 334
Nakład: 100 egz.
Okładka: miękka

Z okładki:

Podręcznik prezentuje metody opisu oraz elementy modeli cyfrowych układów dynamicznych ciągłych lub dyskretnych oraz układów zdarzeń dyskretnych. W książce zawarto algorytmy stosowane do wyznaczania rozwiązania zagadnienia początkowego, rozwiązywania zadań optymalizacji parametrycznej oraz algorytmy i koncepcje wykorzystywane w modelach cyfrowych układów zdarzeń dyskretnych. W opracowaniu zamieszczono opisy przykładowych środków programowych stosowanych do budowy modeli cyfrowych i zapisu badań modelowych. Prezentowana tematyka ilustrowana jest dużą liczbą przykładów.

Słowa kluczowe:
równania stanu
schematy różnicowe
koncepcja planowania zdarzeń
koncepcja wyboru działania
generatory liczb losowych
optymalizacja parametryczna
Simnon
Matlab
Simulink SimEvents
CSL++
OMNet++
NewGasp

Spis treści:

Przedmowa...............................................................................................................................9
1. Wstęp...............................................................................................................................11
1.1. Układy i modele......................................................................................................11
1.2. Cele i etapy modelowania.......................................................................................13
1.3. Tematyka opracowania...........................................................................................15
2. Modele układów ciągłych...............................................................................................17
2.1. Metody opisu układów ciągłych.............................................................................17
2.1.1. Równania stanu........................................................................................18
2.1.2. Równania różniczkowe............................................................................18
2.1.3. Funkcje przejścia......................................................................................18
2.1.4. Opis całościowy lub strukturalny.............................................................19
2.1.5. Macierzowe funkcje przejścia..................................................................19
2.2. Metody określania równań stanu układu jednowymiarowego...............................20
2.2.1. Metoda ogólna..........................................................................................20
2.2.2. Metoda kolejnych całkowań....................................................................21
2.2.3. Metoda mieszana......................................................................................22
2.2.4. Metoda zmiennej pomocniczej................................................................23
2.2.5. Metoda szeregowa....................................................................................23
2.2.6. Metoda równoległa...................................................................................24
2.2.7. Przykłady określania równań stanu..........................................................25
2.3. Metody określania równań stanu układu wielowymiarowego...............................26
2.3.1. Układ o jednym wejściu i q wyjściach.....................................................27
2.3.2. Układ o r wejściach i jednym wyjściu.....................................................27
2.3.3. Układ o r wejściach i q wyjściach............................................................28
2.4. Określanie wartości początkowych zmiennych stanu............................................31
2.5. Określanie wartości zmiennych wyjściowych........................................................33
3. Modele układów dyskretnych.......................................................................................34
3.1. Metody opisu układów dyskretnych.......................................................................35
3.1.1. Opis sygnału dyskretnego........................................................................35
3.1.2. Opis dyskretny części ciągłej...................................................................36
3.2. Określanie równań stanu.........................................................................................37
3.2.1. Metoda ogólna..........................................................................................37
3.2.2. Metoda kanoniczna..................................................................................38
3.2.3. Metoda zmiennej pomocniczej................................................................38
3.2.4. Przykład wyznaczania równań stanu.......................................................39
4. Schematy różnicowe modeli układów ciągłych............................................................41
4.1. Numeryczne metody rozwiązywania równań różniczkowych...............................42
4.1.1. Metody Rungego-Kutty...........................................................................43
4.1.2. Metody wielokrokowe.............................................................................48
4.1.3. Zbieżność i stabilność schematów różnicowych......................................52
4.1.4. Realizacja schematów niejawnych...........................................................55
4.2. Metody przybliżonego opisu dyskretnego..............................................................57
4.3. Metoda dyskretyzacji odpowiedzi czasowej...........................................................59
5. Modele układów zdarzeń dyskretnych.........................................................................62
5.1. Zdarzenie, działanie, proces....................................................................................62
5.2. Modelowanie upływu czasu....................................................................................64
5.3. Koncepcja planowania zdarzeń..............................................................................64
5.4. Koncepcja wyboru działania...................................................................................66
5.5. Koncepcja interakcji procesów...............................................................................68
5.6. Listy i zbiory...........................................................................................................69
5.7. Gromadzenie danych..............................................................................................69
5.8. Generatory liczb losowych.....................................................................................71
5.8.1. Generatory liczb losowych o rozkładzie równomiernym........................72
5.8.2. Generacja liczb losowych o dowolnych rozkładach................................74
5.9. Weryfikacja wyników badań..................................................................................76
5.9.1. Test chi-kwadrat zgodności rozkładu.......................................................77
5.9.2. Test chi-kwadrat zgodności rozkładu par................................................78
6. Zadania optymalizacji parametrycznej.......................................................................82
6.1. Przykłady zadań optymalizacji parametrycznej.....................................................83
6.1.1. Dobór parametrów układu regulacj i.........................................................83
6.1.2. Strojenie modelu (identyfikacja)..............................................................84
6.1.3. Zadanie dwugraniczne.............................................................................84
6.1.4. Zadanie wartości własnych......................................................................85
6.2. Wskaźnik jakości jako funkcja końcowych wartości wektora stanu......................85
6.3. Sformułowanie problemu hirudina optymalizacji i klasyfikacja algorytmów......................86
6.4. Wyznaczanie składowych gradientu.......................................................................87
6.4.1. Przykład wyznaczania równań wrażliwości.............................................89
6.5. Metody poszukiwania minimum w kierunku.........................................................90
6.5.1. Metoda interpolacji kwadratowej.............................................................90
6.5.2. Metoda Kiefera i metoda złotego podziału..............................................91
6.5.3. Metoda Brenta..........................................................................................93
6.6. Metody poszukiwań prostych.................................................................................94
6.6.1. Metoda gradientowa.................................................................................94
6.6.2. Metoda Hooka-Jeevesa............................................................................94
6.6.3. Metoda simpleksu Neldera-Meada..........................................................95
6.7. Metody kierunków poprawy...................................................................................97
6.7.1. Metoda najszybszego spadku...................................................................97
6.7.2. Metoda Gaussa-Seidela............................................................................98
6.7.3. Metoda kierunków sprzężonych Powella.................................................99
6.7.4. Metoda gradientu sprzężonego Fletchera-Reevesa................................101
6.7.5. Metoda Newtona-Raphsona...................................................................102
6.7.6. Metoda zmiennej metryki Fletchera-Powella-Davidona.......................102
6.7.7. Metoda zmiennej metryki Broydena-Fletchera-Goldfarba-Shanno.......104
6.8. Metoda funkcji kary..............................................................................................104
6.9. Uwagi o metodach optymalizacji parametrycznej................................................105
7. Program Simnon..........................................................................................................107
7.1. Charakterystyka programu....................................................................................107
7.2. Opis modelu..........................................................................................................109
7.2.1. Zasady opisu modelu..............................................................................109
7.2.2. Przykłady opisu modelu.........................................................................111
7.3. Zapis badań modelowych.....................................................................................113
7.3.1. Makroinstrukcje.....................................................................................113
7.3.2. Polecenia podstawowe...........................................................................114
7.3.3. Polecenia prezentacji i zapisu wyników................................................116
7.3.4. Powtarzanie eksperymentów i zmienne poziomu opisu badań..............118
7.3.5. Przykłady makrodefinicji.......................................................................119
7.4. Wykaz poleceń języka opisu badań......................................................................125
7.5. Wykaz funkcji standardowych..............................................................................126
7.6. Komunikacja z programem Simnon Win..............................................................128
7.6.1. Okno Konsola.........................................................................................129
7.6.2. Okno Przebieg badań modelowych........................................................130
7.6.3. Okno Wykresy.......................................................................................130
7.7. Program Simnon 3.0 wersja demo........................................................................130
8. Środowisko obliczeń naukowo-technicznych Matlab-Simulink..............................132
8.1. Charakterystyka środowiska.................................................................................132
8.2. Matlab...................................................................................................................133
8.2.1. Zasady pracy z Matlabem......................................................................133
8.2.2. Wprowadzanie wartości zmiennych do przestrzeni roboczej................133
8.2.3. Operacje na macierzach.........................................................................136
8.2.4. Generowanie wykresów.........................................................................142
8.2.5. Typy danych...........................................................................................146
8.2.6. Tablice wielowymiarowe.......................................................................147
8.2.7. Tablice komórkowe................................................................................148
8.2.8. Łańcuchy i tablice znakowe...................................................................149
8.2.9. Tablice struktur i klas.............................................................................150
8.2.10. Listy wartości rozdzielone przecinkami.................................................151
8.2.11. Instrukcje sterujące.................................................................................152
8.2.12. M-pliki....................................................................................................154
8.2.13. Składnia wywołania funkcji, uchwyty funkcji.......................................157
8.2.14. Zmienne, polecenia i funkcje związane z oprogramowaniem...............158
8.2.15. Typy M-plików funkcyjnych.................................................................158
8.2.16. Priorytet wywołania funkcji...................................................................159
8.2.17. Modelowanie układów ciągłych w Matlabie.........................................160
8.3. Simulink................................................................................................................165
8.3.1. Bloki operacyjne....................................................................................166
8.3.2. Budowa schematu operacyjnego............................................................171
8.3.3. Podsystemy i maskowanie.....................................................................176
8.3.4. MDL-pliki..............................................................................................178
8.3.5. Funkcje rozwiązywania zagadnień początkowych................................179
8.3.6. Realizacja eksperymentów.....................................................................180
8.4. Rozwiązywanie zadań optymalizacji parametrycznej..........................................188
8.4.1. Funkcje poszukiwania minimum...........................................................188
8.4.2. Przykłady rozwiązywania zadań optymalizacji parametrycznej............192
8.5. Pakiet SimEvents..................................................................................................200
8.5.1. Obiekty, zdarzenia, sygnały...................................................................200
8.5.2. Bloki operacyjne pakietu SimEvents.....................................................202
8.5.3. Przykłady modeli...................................................................................217
9. Biblioteka CSL++ - implementacja koncepcji wyboru działania...........................224
9.1. Charakterystyka języka CSL................................................................................224
9.2. Charakterystyka biblioteki CSL++.......................................................................225
9.3. Plik nagłówkowy biblioteki CSL++.....................................................................226
9.4. Opis klas...............................................................................................................229
9.4.1. Klasa Timer............................................................................................229
9.4.2. Klasy Set i Queue...................................................................................229
9.4.3. Metody reprezentujące operacje na grupach..........................................230
9.4.4. Klasy generatorów.................................................................................235
9.4.5. Klasy histogramów.................................................................................236
9.4.6. Klasy statystyk.......................................................................................23 7
9.5. Przykłady budowy modeli....................................................................................237
9.5.1. Model systemu M/M/1...........................................................................237
9.5.2. Model sieci stanowisk obsługi...............................................................241
10. Środowisko symulacyjne OMNet++...........................................................................249
10.1. Charakterystyka środowiska.................................................................................249
10.1.1. Hierarchia modułów...............................................................................250
10.1.2. Komunikaty, bramy, połączenia (messages, gates, connections)..........250
10.1.3. Parametryzacja modułów.......................................................................251
10.1.4. Programowanie algorytmu.....................................................................251
10.2. Opis topologii modelu..........................................................................................252
10.2.1. Definiowanie topologii modułów prostych............................................252
10.2.2. Definiowanie topologii modułów złożonych.........................................253
10.2.3. Definiowanie topologii sieci..................................................................256
10.2.4. Wyrażenia..............................................................................................257
10.3. Implementacja algorytmu symulacyjnego............................................................258
10.3.1. Komunikaty............................................................................................260
10.3.2. Definiowanie własnych komunikatów...................................................265
10.3.3. Generacja liczb losowych......................................................................266
10.3.4. Kontenery do przechowywania obiektów..............................................267
10.3.5. Klasy statystyk i histogramów...............................................................268
10.3.6. Zapis przebiegów czasowych.................................................................272
10.3.7. Zapisywanie wielkości skalarnych.........................................................272
10.3.8. Modyfikacja elementów graficznych.....................................................273
10.4. Realizacja eksperymentów...................................................................................273
10.4.1. Plik konfiguracyjny................................................................................273
10.4.2. Składniki modelu i wyniki eksperymentów...........................................275
10.4.3. Cechy interfejsu graficznego..................................................................276
10.5. Przykłady modeli..................................................................................................277
10.5.1. Model systemu M/M/l...........................................................................277
10.5.2. Model sieci komutującej pakiety...........................................................284
11. Pakiet symulacyjny NewGasp.....................................................................................295
11.1. Charakterystyka pakietu.......................................................................................295
11.2. Elementy pakietu NewGasp..................................................................................296
11.2.1. Zmienne globalne pakietu......................................................................296
11.2.2. Procedury biblioteczne...........................................................................300
11.2.3. Struktura modułu....................................................................................302
11.2.4. Sterowanie upływem czasu....................................................................303
11.2.5. Procedura kontroli eksperymentu Gasp.................................................304
11.2.6. Pliki wejściowe i wyjściowe..................................................................305
11.2.7. System zbiorów......................................................................................306
11.3. Opis modelu..........................................................................................................306
11.3.1. Procedura inicjalizacji eksperymentu (Intlc).........................................306
11.3.2. Procedura wyboru zdarzenia do obsługi (Evnts)...................................307
11.3.3. Obsługa zdarzeń.....................................................................................308
11.3.4. Procedura uzupełniającego raportu końcowego (Otput)........................308
11.3.5. Procedura dodatkowej informacji o błędzie (Uerr)................................308
11.3.6. Procedura gromadzenia wyników w pliku (Ssave)................................308
11.3.7. Procedura zapisu równań stanu (State)..................................................309
11.3.8. Procedura definiowania zdarzeń stanowych (Scond)............................310
11.3.9. Przykłady opisu modeli..........................................................................311
11.4. Opis procedur........................................................................................................317
11.4.1. Procedura Clear............................................................................•'.........317
11.4.2. Procedura Fset........................................................................................318
11.4.3. Procedura Filem.....................................................................................318
11.4.4. Procedura Rmove...................................................................................318
11.4.5. Procedura Cancl.....................................................................................319
11.4.6. Funkcja CountElem................................................................................319
11.4.7. Procedura Fcopy.....................................................................................319
11.4.8. Funkcja Nfind.........................................................................................319
11.4.9. Procedura Kross.....................................................................................320
11.4.10. Procedura Colct......................................................................................321
11.4.11. Procedura Timst.....................................................................................321
11.4.12. Procedura Timsa.....................................................................................322
11.4.13. Procedura Histo......................................................................................323
11.4.14. Procedura Gplot.....................................................................................323
11.4.15. Procedura Prntq......................................................................................323
11.4.16. Procedura Prnts......................................................................................324
11.4.17. Procedura Sumry....................................................................................324
11.4.18. Procedura Montr.....................................................................................324
11.4.19. Procedura WriteMess.............................................................................325
11.4.20. Procedury funkcyjne generacji liczb losowych......................................325
11.5. Komunikacja z modelem......................................................................................327