Основная часть для реферата НИУ МЭИ

1. Анализ существующего программного обеспечения, в области профессиональной деятельности

Программные продукты, которые используются для моделирования электротехнических и электроэнергетических объектов, условно делятся на три типа:

1. Программы для инженерного моделирования тепловых, механических и электромагнитных полей методом конечных элементов. К данным программа относятся Femlab, FlexPDE, FEMM, ANSYS, ELCUT.
2. Специальные математические комплексы для инженерно-технических и научных расчетов.К данным программа относятся Maple, Mathcad, Matlab, Maxima, Scilab, GNU Octave.
3. Программы для моделирования процессов в электрических цепях и сетях. К данным программа относятся MicroTran, Simulink, Multisim, RTDS Simulator, ATP-EMTP, EMTP-RV, PSCAD-EMTDC. Самыми распространенными и известными программными продуктами, которые используются при инженерных расчетах — Matlab, MathCad, Mathematica, Classic, Maple V и СПО Динамика. В случае исследования систем автоматического регулирования, вычислительных математических задач самой эффективной программой является Matlab с большой предметноориентированной библиотекой и инструментов визуального моделирования Simulink. Для моделирования вместе с реальной аппаратурой наиболее удобен VisSim, а для анализа и синтеза линейных систем управления Classic. Возможностью аналитического преобразования обладают такие программы, как Matlab, MathCad и Mathematica, однако, наиболее удобен Maple V. В программу Mathcad встроен мощный символьный процессор, позволяющий получать результаты решения задач в символьном виде. Вычислительные возможности Mathcad базируются на самых известных и проверенных численных методах. Библиотека функций, встроенных в Mathcad постоянно расширяется, благодаря возможностям программирования в ней, добавления в библиотеку новых функций, например, модулей, которые были написаны на одном из известных языков программирования.

Для исследования тепловых и электромагнитных поле используются специальные математические пакеты, основанные на методе конечных элементов. Одной самой распространенных программ данного вида является Elcut. Elcut позволяет решать следующие типы задач: магнитостатика, решение данной задачи подразумевает расчет магнитного поля постоянных магнитов и проводников с постоянным электрическим током в среде с установленными магнитными свойствами; электростатика, решение данной задачи подразумевает расчет электрического поля зарядов, установленных значений потенциалов в среде с заданными электрическими свойствами; растекание токов, решение данной задачи подразумевает расчет распределения электрического тока и потенциала в системе проводников; магнитное поле переменных значений, решение данной задачи подразумевает расчет магнитного и электрического поля, которое было возбуждено приложенным переменным синусоидальным током, либо внешним магнитным переменным полем; температурное поле, решение данной задачи подразумевает расчет температурного поля в среде с установленной теплопроводностью и граничными условиями первого-четвертого рода; нестационарная передача тепла, решение данной задачи подразумевает расчет динамики тепловых процессов; задачи теории упругости

2. Изучение и работа с существующим обеспечением MS Office Excel, используемым в области профессиональной деятельности 

На сегодняшний день во всех отраслях жизнедеятельности, как на производствах, так и в исследовательской деятельности, происходит повсеместная автоматизация процессов. Причина этого кроется на поверхности: автоматизация позволяет значительно увеличивать производительность и эффективность труда, при этом трудоёмкость и время затраченное на работу уменьшается. Связано это с внедрением в учебные планы новых дисциплин компьютерной направленности. Ученые гуманитарных наук успешно используют для количественного оценивания специализированное ПО – пакет для статистического анализа Statistica, естествоведы осуществляют численные опыты и создают математические модели используя системы Microsoft Office Excel и другие. Данные программы требуют специальной подготовки, а ПО может быть установлено на разных компьютерах. Поэтому лучше иметь программу для расчетов, которая всегда «под рукой», который можно использовать без специальной подготовки, с которым нынешнее поколение студентов работает еще со школы. Данными характеристиками обладает табличный процессор Microsoft Office Excel которым пользуются большинство студентов и школьников для проведения расчётов, сопровождающихся графическими построениями. При этом основную преимущество это автозаполнение, возможность копирования формул с фиксацией адреса ячейки, строки или столбца и встроенные графические возможности Microsoft Office Excel. Изменение параметров в ячейках вызывает мгновенный пересчет значений и связанных с ними диаграмм, ссылающихся на данную ячейку. Перечислим основные преимущества табличного процессора Excel [1]:

— процесс приближенного решения математических задач может сопровождаться построением таблиц и графиков;

— пакет Microsoft Office, в составе которого есть Excel, распространён и доступен во многих компьютерах;

— в Excel есть множество удобных и полезных графических возможностей;

— умение работать в Excel закладывается уже со школы в курсе информатики и вычислительной техники;

— программы могут создаваться без использования макросов.

Рассмотрим эффективность, удобство, доступность и другие преимущества Microsoft Office Excel на примере решения электротехнической задачи: Расчет цепи постоянного тока по уравнениям, описывающим цепь по законам Кирхгофа. Общее количество уравнений, составляемых для цепи по первому и второму законам Кирхгофа, равно 𝑛𝐵 – числу ветвей в цепи. Количество уравнений 𝑛1 , составляемых для цепи по первому закону Кирхгофа, на единицу меньше числа узлов цепи 𝑛1 = 𝑛𝑦 − 1 , где 𝑛𝑦 – количество узлов в цепи. Количество уравнений, составляемых для цепи по второму закону Кирхгофа, равно 𝑛2 = 𝑛𝐵 − 𝑛1 = 𝑛𝐵 − 𝑛𝑦 + 1. Если цепь содержит ветви с идеальными источниками тока, то общее количество уравнений уменьшается на число таких ветвей 𝑛2 = 𝑛𝐵 − 𝑛𝑦 + 1 − 𝑛1, где 𝑛1 – число ветвей с идеальными источниками тока [2]. Рассмотрим разветвлённую цепь постоянного тока (рис. 1).

Рисунок 1 – Разветвленная цепь постоянного тока

Данная цепь содержит пять узлов и девять ветвей, из них две ветви с идеальными источниками тока. Следовательно, для описания цепи необходимо составить четыре уравнения по первому закону Кирхгофа и три уравнения по второму закону Кирхгофа. Составим уравнения по первому закону Кирхгофа для 1, 2, 3 и 5 узлов и для трех контуров, указанных на рисунке.

Рисунок 2 – Скрин программы

Следует учитывать то что, при заполнении таблицы следует использовать «АВТОЗАПОЛНЕНИЕ», которое многократно упрощает ввод данных. Записываем уравнения, описывающие цепь в матричном виде Ax=B, где A – квадратная матрица 7 на 7, B – Матрица столбец правых частей, x – матрица столбец искомых токов.

Рисунок 3 – Скрин программы В численном виде матрица будет иметь вид:

Рисунок 4 – Скрин программы

Находим неизвестные токи, умножая обратную матрицу A на матрицу

Рисунок 5 – Скрин программы

При этом, на примере функции «МУМНОЖ» видим, что при вводе функции даётся предназначение данной функции, что позволяет не допускать ошибок при вводе функций. Представим в численном виде:

Рисунок 6 – Скрин программы

Вышеизложенный способ решения задачи на расчет цепи постоянного тока является лишь примером, который можно использовать при решении других электротехнических и конструкторских задач. Данный подход, с учетом его простоты выполнения, имеет ряд преимуществ перед традиционным способом решения задач автоматизации – программированием.

1. Для вышеупомянутого метода не требуется глубоких знаний в программировании и в целом прост. Использование формул и простейших функций MS Exel намного легче, чем основы наиболее простых языков программирования.
2. В настоящее время ОС MS Windows и приложения MS Office редактор электронных таблиц MS Excel есть на многих компьютерах, которые используются в создании подобных шаблонов, в то время для создания ПО нужна соответствующая среда разработки.
3. Данный шаблон использует мало пространства, как на экране рабочего компьютера, так и в его памяти (≈11 кб).

Скачать основную часть для реферата НИУ МЭИ можно по ссылке: Скачать основную часть для реферата НИУ МЭИ