Научная статья на тему 'Использование компьютерных технологий при расчете модели системы с распределенными параметрами в процессе обучения студентов (часть 1)'

Использование компьютерных технологий при расчете модели системы с распределенными параметрами в процессе обучения студентов (часть 1) Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

CC BY
72
38
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ / МОДЕЛЬ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ / МЕТОД ЭЙЛЕРА / ЭЛЕКТРОННЫЕ ТАБЛИЦЫ

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Надымов Д. В., Полевщиков И. С.

В статье на примере процесса сушки материала описаны особенности построения модели системы с распределенными параметрами и расчета ее методом Эйлера. На данном примере в дальнейшем будут показаны особенности автоматизации расчета построенной модели.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Надымов Д. В., Полевщиков И. С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Использование компьютерных технологий при расчете модели системы с распределенными параметрами в процессе обучения студентов (часть 1)»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070

Испытуемые получали специализированный продукт по 1-2 штуки в течение 15 дней перед сном. Изучена динамика клинической симптоматики после приема специализированного продукта. У 87% больных улучшилось общее состояние здоровья, стала чаще дефекация, у 85% - ежедневно, утром. Качество жизни на фоне диетотерапии было выше по сравнению с группой контроля по показателям болевых ощущений, эмоциональному состоянию, физической активности и общему количеству баллов. Отмечена положительная динамика как объективного, так и субъективного состояния пациентов. Каких либо отрицательных явлений со стороны внутренних органов, нервной, сердечнососудистой систем и кожных покровов не выявлено. Полученные данные подтвердили эффективность и функциональную направленность в отношении профилактики и лечения пациентов с функциональным запором. Батончик «Легкое настроение» рекомендован так же для повышения сопротивляемости организма к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, стрессовым ситуациям, психоэмоциональным и физическим нагрузкам, восстановления нормальной дефекации и улучшению стула в т.ч. в сочетании с другими соматическими заболеваниями.

Список использованной литературы:

1.Основы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года: Распоряжение Правительства Российской Федерации от 25.10.10 г., №1873-р //Рос.газ. - 2010. - 3 ноября, № 5328. - С.19.

2. Стратегия развития пищевой и перерабатывающей промышоенности Российской Федерации до 2020 года: Распоряжение Правительства Российской Федерации от 17.04.2012 г., № 559-р // Справочно-правовая система «Гарант» [Электронный ресурс] / НПП «Гарант-Сервис».

3. Политика здорового питания. Федеральный и региональный уровни / В.И. Покровский, Г.А. Романенко, В.А. Княжев, Н.Ф. Герасеменко, Г.Г. Онищенко, В.А. Тутельян, В.М. Позняковский. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во., 2002.-344с.;

4. Доклад о ситуации в области инфекционных заболеваний в мире: исполнительное резюме // Всемирная организация здравоохранения.-Женева, 2011.-21 с.

5.Здоровье России: Атлас/под ред. Л.А.Бокерия 8-е изд.-М.: НЦССХ им.А.Н.Бакулева РАМН, 2012.-408 с.

© Е Ю. Лобач, 2015

УДК 004

Д.В.Надымов

студент группы ЭВТ-11 И.С.Полевщиков

аспирант, ассистент

ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», г. Пермь

E-mail: [email protected]

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ РАСЧЕТЕ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ (ЧАСТЬ 1)

Аннотация

В статье на примере процесса сушки материала описаны особенности построения модели системы с распределенными параметрами и расчета ее методом Эйлера. На данном примере в дальнейшем будут показаны особенности автоматизации расчета построенной модели.

Ключевые слова

Модель системы с распределенными параметрами, модель динамической системы, метод Эйлера,

электронные таблицы.

54

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070

Известно, что если объект характеризуется некоторым параметром, различным по своему значению в разных точках объекта, то можно сказать, что значения такого параметра распределены (по объекту). Объект с некоторым количеством таких параметров может рассматриваться как система с распределенными параметрами [1]. Для осуществления расчетов систему в таком случае удобно разбить на элементарные слои.

В процессе обучения студентов бакалавриата (обучающихся по направлению «Информатика и вычислительная техника»), студенту необходимо выполнить построение модели системы с распределенными параметрами и расчет ее методом Эйлера для процесса сушки материала (рис. 1). Расчет необходимо автоматизировать с использованием электронных таблиц.

Рисунок 1 - Схема технологического процесса сушки материала, разбитого на слои [1]

В первую очередь, рассмотрим процесс построения и расчета модели без использования электронных таблиц.

В рассматриваемом примере количество слоев равно n = 5.

Будем использовать обозначения: Tx(t), T2(t), ^(t), T4(t), T5(t) - температура соответствующих

слоев; Тн - температура нагревателя; Тср - температура среды; к1, к2, - коэффициенты

теплопроводности; At - шаг моделирования; Tk - конечное значение времени моделирования.

Исходные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1

Исходные данные

ЭД=ад=Тз(0)=Т4(0)=ад, о с О О о О k1 к 2 к 3 At, c Тк, c

36 44 74 0,17 0,05 0,21 0,2 5

Представим модель в форме системы обыкновенных дифференциальных уравнений в каноническом виде от единственной независимой переменной времени [1, 2, 3]:

fdT-t , ,

-^ = fci * (Тн - Ti) + к2 * (Т2 - Ti) + к3 * (ТСр - Ti) dT2

—— = к.2 * (Тз - Т2) + &2 * (Т1 — Т2)

dT,

--Q

—— = к.2 * (Т4 - Тз) + &2 * (Т2 — Т3)

dT4

—— = к.2 * (Т5 — Т4) + &2 * (Т3 — Т4)

dT5

уЦГ = к2' (Г‘"Т=)

Запишем формулы для нахождения Т1 (t) , Т2 (t) , Т3 (t) , Т4 (t) , Т5 (t) :

dT1

Ti(t + At) = Ti(t)+-j±*At

55

международный научный журнал «инновационная наука»

№8/2015

ISSN 2410-6070

dT2

T2(t + At) = 72(0+-гг* At at

dT3

T3(t + At) = T3(t)+ — *At dT4

T4(t + At) = T4(t) + — *At at

dT5

T5(t + At) = T5(t)+-^*At

Результаты расчета изменения значений переменных системы во времени представлены в таблице 2.

Таблица 2

Расчет изменения значений переменных системы во времени

t 71 (t) 72(t) T,(f) T4(t) Ts(t) d71(t) dT2 (t) dt dT3 (t) dt dTA(t) dt d75(t) dt

dt

0,00 36,000 36,000 36,000 36,000 36,000 8,140 0,000 0,000 0,000 0,000

0,20 37,628 36,000 36,000 36,000 36,000 7,440 0,081 0,000 0,000 0,000

0,40 39,116 36,016 36,000 36,000 36,000 6,801 0,154 0,001 0,000 0,000

0,60 40,476 36,047 36,000 36,000 36,000 6,218 0,219 0,002 0,000 0,000

0,80 41,720 36,091 36,001 36,000 36,000 5,685 0,277 0,004 0,000 0,000

1,00 42,857 36,146 36,002 36,000 36,000 5,199 0,328 0,007 0,000 0,000

1,20 43,897 36,212 36,003 36,000 36,000 4,755 0,374 0,010 0,000 0,000

1,40 44,848 36,287 36,005 36,000 36,000 4,350 0,414 0,014 0,000 0,000

1,60 45,718 36,370 36,008 36,000 36,000 3,980 0,449 0,018 0,000 0,000

1,80 46,513 36,459 36,011 36,000 36,000 3,642 0,480 0,022 0,001 0,000

2,00 47,242 36,555 36,016 36,000 36,000 3,334 0,507 0,026 0,001 0,000

2,20 47,909 36,657 36,021 36,000 36,000 3,052 0,531 0,031 0,001 0,000

2,40 48,519 36,763 36,027 36,001 36,000 2,795 0,551 0,035 0,001 0,000

2,60 49,078 36,873 36,034 36,001 36,000 2,560 0,568 0,040 0,002 0,000

2,80 49,590 36,987 36,042 36,001 36,000 2,346 0,583 0,045 0,002 0,000

3,00 50,059 37,104 36,051 36,002 36,000 2,150 0,595 0,050 0,002 0,000

3,20 50,489 37,223 36,061 36,002 36,000 1,971 0,605 0,055 0,003 0,000

3,40 50,883 37,344 36,072 36,003 36,000 1,807 0,613 0,060 0,003 0,000

3,60 51,245 37,466 36,084 36,003 36,000 1,658 0,620 0,065 0,004 0,000

3,80 51,576 37,590 36,097 36,004 36,000 1,522 0,625 0,070 0,004 0,000

4,00 51,881 37,715 36,111 36,005 36,000 1,397 0,628 0,075 0,005 0,000

4,20 52,160 37,841 36,126 36,006 36,000 1,283 0,630 0,080 0,006 0,000

4,40 52,417 37,967 36,142 36,007 36,000 1,179 0,631 0,084 0,006 0,000

4,60 52,653 38,093 36,159 36,008 36,000 1,084 0,631 0,089 0,007 0,000

4,80 52,869 38,219 36,177 36,010 36,000 0,997 0,630 0,094 0,008 0,000

5,00 53,069 38,345 36,196 36,011 36,001 0,918 0,629 0,098 0,009 0,001

Приведем пример расчета для строки таблицы 2, соответствующей t = 0.2:

71(0.2) = 71(0) + —1 *At = 36 + 8.14 * 0.2 = 37.628 dt

dT(t) = 0.17*(74 - 37.628) + 0.05*(36 - 37.628) + 0.21* (44 - 37.628) = 7.44 dt

Продолжение данного исследования, а именно автоматизация расчетов с применением электронных таблиц, будет описано в следующей статье.

56

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070

Список использованной литературы:

1. Мухин О.И. Лекция «Моделирование систем с распределенными параметрами». URL: stratum.pstu.ac.ru/education/textbooks/modelir/lection17.html (Дата обращения: 30.08.2014).

2. Злобин С.А., Полевщиков И.С. Использование компьютерных технологий при расчете модели динамической системы. Часть 1 // Science Time. 2015. №4(16). С. 285-290.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3. Долгова Е.В., Файзрахманов Р.А., Курушин Д.С., Кротов Л.Н., Федоров А.Б., Хабибуллин А.Ф., Шилов В.С., Ромин Е.А., Бакунов Р.Р., Бикметов Р.Р., Полевщиков И.С. Моделирование динамики перемещения груза в компьютерном тренажере погрузочно-разгрузочного устройства // Вестник МГОУ, серия «Физика-математика». 2012. № 2. С. 56-64.

© Д.В. Надымов, И.С. Полевщиков, 2015

УДК 004

Надымов Дмитрий Васильевич,

студент группы ЭВТ-11 Полевщиков Иван Сергеевич,

аспирант, ассистент

ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», г. Пермь

E-mail: [email protected]

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ РАСЧЕТЕ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ (ЧАСТЬ 2)

Аннотация

В статье на примере процесса сушки материала описаны особенности автоматизации расчета модели системы с распределенными параметрами методом Эйлера с использованием электронных таблиц.

Ключевые слова

Модель системы с распределенными параметрами, модель динамической системы, метод Эйлера,

электронные таблицы.

В статье, посвященной предыдущей части исследования, были показаны особенности построения модели системы с распределенными параметрами и расчета ее методом Эйлера на примере процесса сушки материала [1-3]. Далее рассмотрим, как автоматизировать, и, как следствие, упростить процесс данных вычислений с использованием электронных таблиц.

С целью автоматизации был использован табличный процессор Microsoft Excel [4], обладающий рядом преимуществ, вследствие чего, именно этот табличный процессор был выбран при выполнении расчетов: доступность (MS Excel входит в состав MS Office); удобный пользовательский интерфейс; поддержка всех математических операций, необходимых для решения задачи.

Ниже приведены скриншоты электронной таблицы, содержащие основные формулы, написанные с учетом синтаксиса Excel и используемые при вычислениях.

Скриншот электронной таблицы, демонстрирующий пример нахождения температуры T2 (t + At) одного из слоев, показан на рис. 1.

57

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.