Podręcznik dotyczy modelowania i symulacji układów i procesów dynamicznych przy wykorzystaniu programu Simulink. Na jego treść składają się trzy podstawowe części: budowa modeli dynamicznych układów przy wykorzystaniu opisu równaniami różniczkowymi zwyczajnymi, algorytmy numeryczne rozwiązania równań różniczkowych oraz modelowanie adaptacyjne procesów.
Książka jest bogato ilustrowana przykładami numerycznymi dotyczącymi zarówno obwodów elektrycznych, elektromechanicznych, jak i różnego rodzaju procesów nieelektrycznych. Przedstawione wyniki, uzyskane za pomocą programu Simulink, ułatwiają zrozumienie i przyswojenie niełatwej wiedzy modelowania procesów dynamicznych. Po każdym rozdziale zamieszczono zadania i problemy do samodzielnego rozwiązania. Ostatni rozdział zawiera propozycję badań symulacyjnych i opis szczegółowy ćwiczeń dotyczących układów przedstawionych w treści podręcznika. Oddzielny rozdział pracy poświęcono programowi Simulink, w którym przedstawiono jego podstawowe bloki oraz zagadnienia związane z jego użytkowaniem.
Podręcznik stanowi ogólne ujęcie tematyki modelowania procesów dynamicznych. Może znaleźć zastosowanie w nauczaniu modelowania matematycznego dowolnych systemów dynamicznych nie tylko na uczelniach technicznych, lecz także na innych uczelniach, np. szkoły ekonomiczne, uniwersytety.
SPIS TREŚCI:
Przedmowa 7
1. POJĘCIA WSTĘPNE MODELOWANIA I SYMULACJI UKŁADÓW DYNAMICZNYCH 9
1.1. Wprowadzenie 9
1.2. Podstawowe typy modeli 10
1.3. Stacjonarność procesów 15
2. OPIS UKŁADÓW I PROCESÓW DYNAMICZNYCH RÓWNANIAMI STANU 17
2.1. Pojęcia wstępne 17
2.2. Opis dynamiczny układów nieliniowych ciągłych 18
2.3. Opis dynamiczny układów liniowych ciągłych 21
2.4. Opis dynamiczny układów dyskretnych 26
2.5. Transformacje układu ciągłego w dyskretny 30
2.5.1. Transformacja w dziedzinie czasu 30
2.5.2. Transformacja w dziedzinie częstotliwości 34
2.6. Zadania i problemy 39
3. ALGORYTMY NUMERYCZNE ROZWIĄZANIA RÓWNAŃ STANU 42
3.1. Rozwiązanie numeryczne liniowych równań stanu 44
3.1.1. Aproksymacja Pad´ego 45
3.1.2. Dokładne wzory całkowania liniowych równań stanu 49
3.2. Proste algorytmy całkowania przybliżonego 52
3.3. Algorytmy Rungego-Kutty 54
3.4. Algorytmy wielokrokowe całkowania 62
3.4.1. Algorytm Adamsa-Bashfortha 63
3.4.2. Algorytm Adamsa-Moultona 65
3.4.3. Algorytm Geara 67
3.4.4. Algorytm przewidywania i korekcji w algorytmach wielokrokowych 69
3.4.5. Zmiany rzędu i długości kroku w algorytmach wielokrokowych 71
3.4.6. Stabilność algorytmów wielokrokowych 74
3.5. Algorytm Klopfensteina 78
3.6. Algorytm Rosenbrocka 80
3.7. Zbiór funkcji do całkowania równań stanu w Simulinku 81
3.8. Zadania i problemy 83
4. MODELE DYNAMICZNE OBWODÓW ELEKTRYCZNYCH I ELEKTRONICZNYCH 85
4.1. Równania stanu obwodów elektrycznych 85
4.2. Analogi elektryczne wybranych elementów mechanicznych 94
4.3. Makromodele dynamiczne elementów elektronicznych 97
4.3.1. Model dynamiczny diody 98
4.3.2. Model dynamiczny tranzystora bipolarnego 99
4.3.3. Model dynamiczny tranzystora unipolarnego 100
4.3.4. Makromodel wzmacniacza operacyjnego 103
4.4. Zadania i problemy 109
5. MODELE DYNAMICZNE URZĄDZEŃ ELEKTROMECHANICZNYCH I ELEKTROENERGETYCZNYCH 113
5.1. Model dynamiczny silnika obcowzbudnego prądu stałego 113
5.2. Model dynamiczny silnika szeregowego 124
5.3. Model dynamiczny silnika indukcyjnego 128
5.3.1. Równanie silnika w układzie współrzędnych związanym ze stojanem 131
5.3.2. Równanie silnika w układzie współrzędnych wirującym ze stałą prędkością synchroniczną 137
5.4. Model dynamiczny maszyny synchronicznej 144
5.5. Model dynamiczny silnika krokowego 149
5.6. Model głośnika elektrodynamicznego 156
5.7. Makromodel systemu elektroenergetycznego z automatyczną regulacją częstotliwości 161
5.8. Zadania i problemy 169
6. MODELOWANIE WYBRANYCH PROCESÓW NIEELEKTRYCZNYCH 173
6.1. Modelowanie procesów cieplnych 173
6.1.1. Przewodzenie ciepła 174
6.1.2. Konwekcja 177
6.1.3. Promieniowanie 178
6.1.4. Pojemność cieplna 180
6.1.5. Dynamiczne systemy cieplne 181
6.2. Model dynamiczny reaktora chemicznego z ciągłym przepływem składników 188
6.3. Modelowanie zmian zawartości cukru i insuliny we krwi 191
6.4. Model dynamiczny rozprzestrzeniania się epidemii 196
6.5. Modelowanie dynamiki zmian populacji 201
6.6. Zadania i problemy 206
7. MODELOWANIE SYSTEMÓW ADAPTACYJNYCH 215
7.1. Podstawowe struktury układów adaptacyjnych 216
7.2. Modelowanie adaptacyjne z użyciem układu SOI 219
7.2.1. Struktura systemu adaptacyjnego SOI 219
7.2.2. Adaptacja w trybie offline - algorytm LMS 220
7.2.3. Adaptacja w trybie online - algorytm LMS 222
7.3. Układ NOI jako model układu adaptacyjnego 228
7.3.1. Algorytm LMS adaptacji 228
7.3.2. Algorytm RLS adaptacji 232
7.4. Algorytm adaptacyjny Kalmana 238
7.4.1. Przedstawienie problemu 238
7.4.2. Transformacja opisu do postaci dyskretnej równań stanu 238
7.4.3. Filtracja dyskretna Kalmana 242
7.5. Zadania i problemy 247
8. WPROWADZENIE DO JĘZYKA SYMULACYJNEGO SIMULINK 250
8.1. Budowa modelu układu dynamicznego w Simulinku 251
8.1.1. Elementy źródłowe w Simulinku 254
8.1.2. Elementy końcówkowe 255
8.1.3. Elementy liniowe ciągłe 256
8.1.4. Elementy dyskretne 257
8.1.5. Operacje matematyczne 258
8.1.6. Elementy łączeniowe 258
8.1.7. Obsługa bloków Simulinka 259
8.2. Symulacja rozwiązania w dziedzinie czasu 261
8.3. Przykład numeryczny 263
9. BADANIA SYMULACYJNE - PROPOZYCJA ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH 267
Bibliografia 303
Skorowidz 305
