Реферат: Р. М. Літнарович, Ю. Г. Лотюк

  МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

МІЖНАРОДНИЙ ЕКОНОМІКО-ГУМАНІТАРНИЙ                      УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ АКАДЕМІКА

СТЕПАНА ДЕМ’ЯНЧУКА


Р.М.ЛІТНАРОВИЧ, Ю.Г.ЛОТЮК


КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ


НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНИЙ ПОСІБНИК


КНИГА 1





Рівне, 2010


ББК 22.193.73

Л 64

УДК 378.147.31

Літнарович Р.М., Лотюк Ю.Г. Комп’ютерне моделювання. Навчально-методичний посібник. Книга 1. МЕГУ,Рівне, 2010,-127 с.

Вивчення дисципліни включає лекційні,

практичні заняття під керівництвом викладача, а також самостійну роботу за комп’ютером, що забезпечує закріплення теоретичних знань, сприяє набуттю практичних навичок і розвитку самостійного наукового мислення.

Для студентів МЕГУ освітньо-кваліфікаційного рівня «Магістр інформаційних технологій».


Litnarovich R.M., Lotyuk Yu.G. Computer design. Educational- methodic manual. Book 1. IEGU, Rivne, 2010-127 p.

The study of discipline includes a lecture

laboratory employments under the direction of teacher, and also independent work at the computer, which provides fixing of theoretical knowledges, instrumental in acquisition of practical skills and development of independent scientific thought.

For students IEGU of educationally qualifying level master's «Degree of information technologies».


Рецензенти: В.О.Боровий,доктор технічних наук,професор

В.Г.Бурачек, доктор технічних наук,професор

Є.С.Парняков, доктор технічних наук,професор


Відповідальний за випуск:

Й.В.Джунь, доктор фізико-математичних наук, професор


© Літнарович Р.М., Лотюк Ю.Г.,2010 р.

ISBN 978-966-8647-16-4 ©“Тетіс “, Рівне, 2010 р.


ЗМІСТ


Передмова……………………………………………………5

1.Програма спецкурсу«Засобиомп’ютерного моделю-

вання у вивченні складних природних явищ» ……………..6


2. Лекційний курс…….………..…..………………………..19

Лекція 1. Введення в курс. Загальне знайомство з системою «Model Vision Studium 3.2»……………………..19

….Лекція 2. Установка пакета і загальні угоди…………..21

… Лекція 3. Створення проекту Новий проект…………..22

…Лекція 4. Створюємо безперервну модель……………..25

4.1. Введення змінних, параметрів і констант ... ... ... ... ... 26

4.2. Введення рівнянь ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ... ... ... 28

4.2.1. Введення рівнянь. Додаткова інформація ................30

4.3. Створення та запуск виконуваної моделі .... ... ... .. ... 32

4.4.Експерименти з візуальною моделлю ... ... ........ ... .. ..33

4.4.1. Запуск і рестарт моделі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... …..34

4.4.2. Тимчасова та фазова діаграми ... ... ... ... ... ... .. ……35

4.4.3. 3D-анімація ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... …..38

4.4.4. Інтерактивне втручання ... ... ... ... ... ... ... .. ………..40

4.4.5. 2D-анімація ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... …..43

4.4.6. Зупинка за умовою ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ….46

4.4.7.Формульний калькулятор ... ... ... ... ... ... ...... ... ... …48

4.4.8. План ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ..48

Лекція 5. Створюємо гібридну модель ... ... ... ... ... ... ... .. 49

5.1. Створення карти поведінки ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..52

5.2. Редагування карти поведінки ... ... ... ... ... ... ... ... …..53

5.2.1. Редагування вузлів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... …….56

5.2.2. Редагування переходів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ….…..61

5.3.Візуальна модель відривається маятника ... ... ... ……67

Лекція 6. Створюємо компонентну модель….... ... ... …...70

6.1. Зовнішні перемінні ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... …71

6.2. Структурна схема ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ..74

6.2.1. Додавання локального блоку ... ... ... ... ... ... ... .. …74

6.2.2. Редагування локального блоку ... ... ... ... ... ... ……76

6.2.3.Додавання зв'язку ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... …78

6.2.4. Редагування зв'язку ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ……81

6.3. Експеримент з компонентної моделлю ... ......... ... ... .82

Лекція 7. Експорт та імпорт класів……... ... ... ... ... ... ... .. 83 7.1. Експорт класу в інший проект ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..83

7.2. Імпорт класу з бібліотеки класів ... ... ... ... ... ... .. …..84

7.3.Створення власної бібліотеки класів ... ... ... ... ………86


3. Практичні роботи………………..………………………87

Практична робота 1……………………………………87

Практична робота 2…………………………..……..…92

..Практична робота 3……………………………………99

….Практична робота 4………………..…………………103

….Практична робота 5 …………………………..……..…105

....Практична робота 6…………………………………....106

…Практична робота 7………………………………..…108

…Практична робота 8……………………………..……111

…Практична робота 9…………………………………113

Література………………………………………..126


ПЕРЕДМОВА


Навчальний посібник призначений для швидкого освоєння основних принципів та придбання первинних навичок побудови моделей у програмному середовищі MVS (Model Vision Studium).Посібник орієнтований і на кваліфікованих, і на малопідготованих людей, у тому числі студентів-заочників та школярів, що бажають швидко та ефективно створювати наочні моделі і з їх допомогою ілюструвати рішення фізичних завдань і вивчати поведінку реальних пристроїв.Посібник може бути корисний й тим викладачам і вчителям, хто тільки недавно отримав доступ до комп'ютера й надолужує згаяне.


Мета дисципліни – поглиблення бази знань

магістрантів з програмування, теорії програмування, сформованої у попередніх курсах, засвоєння студентами основних принципів програмування, набуття вмінь використання мов програмування на практиці з метою побудови комп’ютерних моделей складних природних і соціальних явищ..

Вивчення дисципліни включає лекційні,

практичні заняття під керівництвом викладача, а також самостійну роботу за комп’ютером, що забезпечує закріплення теоретичних знань, сприяє набуттю практичних навичок і розвитку самостійного наукового мислення.


1. Програма спецкурсу «Засоби комп’ютерного моделювання у вивченні складних природних явищ»

^ МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

МІЖНАРОДНИЙ ЕКОНОМІКО-ГУМАНІТАРНИЙ           УНІВЕРСИТЕТ ім. акад. С.Дем’янчука

УДК 378.14

«ЗАТВЕРДЖУЮ»

Проректор з навчально-                                                    методичної роботи

                                   Підпис____________Кузьменко А.П.                                              (підпис,прізвище,ініціали )

                                   «10» вересня 2010 р.


^ РОБОЧА НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА

для підготовки магістрів факультету Кібернетики


……….. СПЕЦКУРС:


«ЗАСОБИ КОМП’ЮТЕРНОГО МОДЕЛЮВАННЯ

^ У ВИВЧЕННІ СКЛАДНИХ ПРИРОДНИХ ЯВИЩ»


За напрямом «ІНФОРМАТИКА»

спеціальності «ІНФОРМАТИКА»


Денна і заочна форми навчання


Рівне,2010




Нормативні дані . Форма навчання



К у р с


Се- ме стр


Лек- ції

Прак-тичні


СРС.

Аудиторних


Всього


Залік (семестр)


Іспит

(семестр)

Денна


2

3

18

18

72

36

108

3































Заочна

2

3

4

6

98

10

108

-

































^ ОПИС ПРЕДМЕТУ КУРСУ


Курс 1

Напрям,освітньо-

Кваліфікаційний рівень

Характеристика нав-

Чального курсу

Кількість кредитів ECTS:3

Модулів:1

Змістовних модулів:1

Загальна кількість годин:108

Тижневих годин:1,6

Магістр

Спецкурс

3 семестр

Лекції(теоретична

Підготовка): 18/4 год

Практичні:18/4 год

Самостійна робота:72/98


Примітка: В знаменнику приведені години для заочного відділення


Робоча програма складена доцентом, к.т.н. Літнаровичем Р.М.         на основі типової програми,розробленої у МЕГУ.


Затверджена на засіданні кафедри математичного моделювання “ 07 “ вересня 2010, протокол №1.

Завідувач кафедрою

Джунь Й.В. ………………… Підпис

доктор фізико-математичних наук,професор


^ 1.АНОТАЦІЯ ДО КУРСУ


Робоча програма складена на основі «Нормативних програм дисциплін фундаментального циклу підготовки магістрів з інформатики» Київ: КНУ ім.Т.Г.Шевченка, 1997, 232 с.,освітньо-професійної програми вищої освіти за професійним спрямуванням 0802 «Прикладна математика» циклу підготовки магістра , затвердженої рішенням Вченої Ради ПВНЗ «МЕГУ» ім.академіка степана Дем’янчука, протокол №6 від 24.02.2006.


^ 2. МЕТА ТА ЗАВДАННЯ ДИСЦИПЛІНИ,

ЇЇ МІСЦЕ В НАВЧАЛЬНОМУ ПРОЦЕСІ


2.1. Мета дисципліни – поглиблення бази знань магістрантів з програмування, теорії програмування, сформованої у попередніх курсах, засвоєння студентами основних принципів комп’ютерного

моделювання, набуття вмінь використання комп’ютерного моделювання у вивченні складних природних явищ на практиці.

2.2.Вивчення дисципліни включає лекційні,

практичні заняття під керівництвом викладача, а також самостійну роботу за комп’ютером, що забезпечує закріплення теоретичних знань, сприяє набуттю практичних навичок і розвитку самостійного наукового мислення.

2.3. Міжпредметні зв’язки та їх реалізація при викладан-

ні дисципліни (структурно-логічна схема).

Спецкурс «Засоби комп’ютерного моделювання у вивченні складних природних явищ» є продовженням спецкурсу «Математичне моделювання та системний підхід до вивчення складних природних та соціальних явищ», і вимагає базової підготовки з дисциплін «Програмування», «Системне програмування», «Теорія програмування», аплікативні системи, комп’ютерна алгебра, сучасні проблеми прикладної математики. Знання та навички, отримані студентами при вивченні дисципліни, успішно можуть використовуватись при написанні квалі-

фікаційних робіт (магістерських дисертацій).


^ 3. ФОРМУВАННЯ ПРАКТИЧНИХ НАВИЧКІВ

Студент повинен знати суть комп’ютерного моделювання в системі Model Vision Studium та напрямки його застосування, освоїти основні принципи та придбати первинні навички побудови моделей у програмному середовищі MVS (Model Vision Studium).


^ 4. ЗМІСТ ДИСЦИПЛІНИ

3 С Е М Е С Т Р

4.1.ЛЕКЦІЇ, НАЙМЕНУВАННЯ ТЕМ ЗА ЇХ ЗМІСТОМ



№




Т Е М А

Ле

Кці я

Са

Мос тійна


1.


2.


3.


4.




Лекція 1. Введення в курс.

Загальне знайомство з системою «Model Vision Studium 3.2»


Лекція 2. Установка пакета і загальні угоди


Лекція 3. Створення проекту

3. Новий проект.


Лекція 4. Створюємо безперервну модель

4.1. Введення змінних, параметрів і констант

4.2. Введення рівнянь

4.2.1. Введення рівнянь. Додаткова інформація

4.3. Створення та запуск виконуваної моделі

4.4.Експерименти з візуальною моделлю

4.4.1. Запуск і рестарт моделі .10

4.4.2. Тимчасова та фазова діаграми

4.4.3. 3D-анімація .

4.4.4. Інтерактивне втручання

4.4.5. 2D-анімація

4.4.6. Зупинка за умовою 4.4.7.Формульний калькулятор

4.4.8. План

Лекція 5. Створюємо гібридну модель ...

5.1. Створення карти поведінки

5.2. Редагування карти поведінки

5.2.1. Редагування вузлів

5.2.2. Редагування переходів

5.3.Візуальна модель відривається маятника

Лекція 6. Створюємо компонентну модель

6.1. Зовнішні перемінні

6.2. Структурна схема

6.2.1. Додавання локального блоку

6.2.2. Редагування локального блоку

6.2.3.Додавання зв'язку

6.2.4. Редагування зв'язку

6.3. Експеримент з компонентної моделлю

Лекція 7. Експорт та імпорт класів

7.1. Експорт класу в інший проект

7.2. Імпорт класу з бібліотеки класів

7.3.Створення власної бібліотеки класів

Всього за 1 семестр


4.2. П Р А К Т И Ч Н І Р О Б О Т И

Практична робота 1……………………

Практична робота 2………..……..……

..Практична робота 3…………………

….Практична робота 4…..………………

….Практична робота 5 .……..…………

....Практична робота 6………………........

…Практична робота 7……………..…….

…Практична робота 8…………..………..

…Практична робота 9……………………

^ Здача Модуля

Всього за 1 семестр…………………


2/2


2


2/2


6


2


2


2


18/4


2

2

2

2/2

2/2

2/2

2

2

2


18/6



4/5


4/5


4/5


24/23


6/6


6/6


6/6


54/56


2/4

2/4

2/4

2/5

2/5

2/5

2/5

2/5

2/5


18/42


Примітка:знаком « / » позначені години для денної і заочної форм навчання.


5. Ф О Р М И К О Н Т Р О Л Ю

5.1.Оцінка виконання лабораторних робіт.

5.2. Оцінка виконання домашніх завдань.

5.3.Оцінка виконання самостійної роботи.

5.4. Оцінка засвоєння теоретичного курсу.

5.5.Залік за семестр.


^ 6.ПЕРЕЛІК ПИТАНЬ ДО ЗАЛІКУ


Лекція 1. Введення в курс.

Загальне знайомство з системою «Model Vision Studium 3.2»


Лекція 2. Установка пакета і загальні угоди


Лекція 3. Створення проекту

3. Новий проект.


Лекція 4. Створюємо безперервну модель

4.1. Введення змінних, параметрів і констант

4.2. Введення рівнянь

4.2.1. Введення рівнянь. Додаткова інформація

4.3. Створення та запуск виконуваної моделі

4.4.Експерименти з візуальною моделлю

4.4.1. Запуск і рестарт моделі .10

4.4.2. Тимчасова та фазова діаграми

4.4.3. 3D-анімація .

4.4.4. Інтерактивне втручання

4.4.5. 2D-анімація

4.4.6. Зупинка за умовою 4.4.7.Формульний калькулятор

4.4.8. План


Лекція 5. Створюємо гібридну модель ...

5.1. Створення карти поведінки

5.2. Редагування карти поведінки

5.2.1. Редагування вузлів

5.2.2. Редагування переходів

5.3.Візуальна модель відривається маятника

Лекція 6. Створюємо компонентну модель

6.1. Зовнішні перемінні

6.2. Структурна схема

6.2.1. Додавання локального блоку

6.2.2. Редагування локального блоку

6.2.3.Додавання зв'язку

6.2.4. Редагування зв'язку

6.3. Експеримент з компонентної моделлю


Лекція 7. Експорт та імпорт класів

7.1. Експорт класу в інший проект

7.2. Імпорт класу з бібліотеки класів

7.3.Створення власної бібліотеки класів


^ 7. ПИТАННЯ ГАРАНТОВАНОГО РІВНЯ ЗНАНЬ


1. Знайомство з середовищем MVS.

1.1. Основні інструменти MVS.

Головне вікно проекту: Редактор моделі - середовище реалізації алгоритму моделі.

Головне вікно візуальної моделі: Випробувальний стенд - графічна середовище створення і функціонування візуальної моделі.

1.2.Створення написи у вікні 2D-анімації.

1.2.1. Створення папки для збереження проекту.

1.2.2. Створення написи в полі вікна 2D-анімації випробувального стенду.

1.3. Збереження проекту і моделі. Відкриття існуючого проекту.

1.3.1. Збереження проекту.

1.3.2. Компіляція і збереження моделі.

1.3.3.Відкриття існуючого проекту.

1.4. Завдання для самостійного виконання.

2. Створення найпростіших моделей.


2.1. Фонарик_1. Статична модель.

2.1.1. Математичне формулювання задачі.

2.1.2. Побудова алгоритму роботи моделі.

2.1.3. Реалізація алгоритму в середовищі MVS.

2.1.4.Побудова моделі, запуск і робота з нею.

2.1.5. Збереження проекту.

2.2. Фонарік_2. Карта поведінки.

2.2.1. Поняття про роботу моделі, керованої подіями.

2.2.2. Карта поведінки у програмі MVS.

2.2.3. Створення проекту Фонарік_2.

Математичне формулювання задачі.

Побудова алгоритму.

Введення змінних.

Складання карти поведінки моделі.

Початковий вузол Init. Вхідні дії вузла Init. Додавання нового вузла. Додавання переходів і умов їх спрацювання.

2.2.4.Созданіе візуальної моделі ліхтарика.

2.2.5. Збереження проекту.

Висновок.

2.3. Фонарік_3.Побудова динамічної моделі.

2.3.1. Математичне формулювання задачі.

2.3.2. Побудова алгоритму.

2.3.3. Перетворення проекту Фонарік_2 в проект Фонарік_3.

Збереження проекту під новою назвою. Перейменування об'єктів проекту та моделі.

Введення змінної і параметра.

Запис рівнянь вузлів.

Зміна вхідних дій вузлів.

Доопрацювання моделі ліхтарика.

Перевірка працездатності моделі. Перший запуск моделі.

Дослідження моделі. Вікно діаграми (осцилографа).

Корекція алгоритму.

Корекція вхідних дій вузлів і дій переходів.

Тестування моделі.

2.4.Опис моделі ліхтарика з використанням диференціального рівняння.

2.4.1. Математичне формулювання задачі.

2.4.2. Реалізація алгоритму.

2.4.3. Перетворення проекту Фонарик_3 в проект Фонарик_31.

2.4.4. Коригування рівняння для вузла Фонарик_світить.

2.4.5.Тестування динамічної моделі,описуваної диференціальним рівнянням.

2.4.6. Завдання для самостійної роботи.

Висновок.

3. Проста анімація.

3.1. Створення проекту моделі.

3.2. Побудова 3D-анімації.

3.2.1. Висновок вікна нової 3D-анімації.

3.2.2. Побудова фігури ліхтарика з примітивів.

3.2.3. Скріплення змінних з властивостями примітивів у вікні 3D-анімації.

3.3. Тестування моделі.


^ 7.НАУКОВО-ДОСЛІДНА РОБОТА СТУДЕНТІВ

Всі студенти виконують комплексну науково-дослідну роботу на тему: «Побудова і дослідження математичної моделі пункту спостереження GPS методом статистичних випробувань Монте Карло.»


^ 8. ЛІТЕРАТУРНІ ДЖЕРЕЛА

1. http://www.exponenta.ru/soft/others/mvs/mvs.asp ,

а в упакованном виде:

2. http://www.exponenta.ru/soft/others/mvs/archive/MVS_R_FREE_3.1.5.zip

3. Кострікин А.І. Введення в алгебру. - М., Наука, 1977. - 495 с.

4. Кук Д.,Бейз Д. Компьютерная математика: Учебник.пер. с англ..-М.: Наука, 1990.-384 с.

5. Компьютерная алгебра: Символьные и алгебраические вычисления: Учебник.Перев. с англ../Под ред..Б.Бухбергера и др..-М.:Мир, 1986.-392 с.,илл.

6. Курош а.Г. Теорія груп. - М., Наука, 1967. - 648 с.

7. Літнарович Р.М. Ілюстрований самовчитель по MAPLE. Ч.15. Пакети лінійної алгебри і функціональних систем. МЕГУ, Рівне, 2009,- 46 с.

8. Половко А.М.,Бутусов П.Н. MATLAB для студента:учебник СПб.:БХВ-Петербург, 2005.-320 с.

9. Якимчук А.Й.Побудова і дослідження математи-чної моделі пункту GPS спостережень методом статистич-них випробувань Монте Карло. Множинний регресійний аналіз . Модель ДА – 50. МЕГУ, Рівне, 2010, -112 с.

Додаткова література

1. Літнарович Р.М. Конструювання і дослідження математичних моделей. Онтодидактика поліноміальної апроксимації. Частина 3. МЕГУ, Рівне, 2009,-32 с.

^ 9.РОЗПОДІЛ БАЛІВ ЗА ОДИН ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ,

ПРИСВОЮВАНИХ СТУДЕНТАМ


^ Аудиторна робота

Самостійна робота

Індивідуальна

робота

Підсумкова

атестація

Сума


































^ Здача заліку,

екзамену, під-

сумкової ККР

тощо

До 100 балів.

За рахунок індивідуальної роботи можливо і більше 100 балів

Не більше 20

балів

Не більше 20

балів

До 20 та більше

20 балів

Не більше 40

балів


Примітка: Кількість балів з навчальної дисципліни визначається як середнє арифметичне за кожен модуль дисципліни.


^ 10.Шкала оцінювання:

90-100 балів – відмінно (А);

75-89 балів – добре (ВС);

60-74 балів – задовільно (DЕ);

35-59 балів – незадовільно з можливістю повторного складання (FX);

1-34 балів – незадовільно з обов’язковим курсом (F).

11.Зміни та доповнення ,внесені в робочу програму на 201__ рік


Затверджені на засіданні кафедри _Математичного моделювання

Протокол №___ від________________201_ р.


Зав. кафедрою ________________________

Внесені зміни та доповнення затверджую:

Проректор з навчальної роботи


___________________________


«___»_______________201_ р

на 201___ - 201___ навчальний рік


Затверджені на засіданні кафедри _Математичного моделювання

Протокол №___ від________________200 р.


Зав. кафедрою ________________________

Внесені зміни та доповнення затверджую:

Проректор з навчальної роботи


___________________________


«___»_______________201_ р

на 201___ - 201___ навчальний рік


^ 12.Оцінка навчальної діяльності студента


Шкала

ЕСТS

МОН України

100 - бальна

МОН України

А

Відмінно

90…100 балів

зараховано

В

Добре

80…89 балів

зараховано

С

Добре

75…79 балів

зараховано

D

Задовільно

60…75 балів

зараховано

E

Задовільно

50…59 балів

не зараховано

FX

Незадовільно

Менше 50 балів

не зараховано

F

Незадовільно

Менше 30 балів

не зараховано



….. ^ ЛЕКЦІЙНИЙ КУРС


…… Лекція 1. Введення в курс.

Загальне знайомство з системою «Model Vision Studium 3.2»


Метою даного Навчального посібника є навчання основним прийомам роботи з пакетом ModelVision 3.2 на ряді типових прикладів,описаних у документі «Моделювання в прикладах». Більш детально можливості пакета описані в довідковій системі.

Навчальний посібник призначений для швидкого освоєння основних принципів та придбання первинних навичок побудови моделей у програмному середовищі MVS (Model Vision Studium).Посібник орієнтований і на кваліфікованих, і на малопідготованих людей, у тому числі студентів-заочників та школярів, що бажають швидко та ефективно створювати наочні моделі і з їх допомогою ілюструвати рішення фізичних завдань і вивчати поведінку реальних пристроїв.Посібник може бути корисний й тим викладачам і вчителям, хто тільки недавно отримав доступ до комп'ютера й надолужує згаяне.

Model Vision Studium (MVS) - комп'ютерна програма, призначена для створення і дослідження наочних візуальних моделей простих і складних фізичних і технічних об'єктів і систем. Програма MVS розрахована на науковців та інженерів, але досить легко освоюється студентами та школярами, і може бути застосована як для моделювання складних динамічних об'єктів і систем, так і для проведення школярами і студентами віртуальних експериментів з фізики. .

Зазначимо, що моделі можуть бути створені і в інших програмах, у тому числі і в програмах-компіляторах мов високого рівня Borland C + +, Visual C + +, Pascal та інших.Відмінною особливістю MVS є те, що ця програма виконує за людину велику й копітку роботу по запису кодів програм, зберігаючи можливість застосування потужного і гнучкого математичного апарату для побудови моделей.При створенні простих моделей велику частину роботи можна виконати мишкою, майже не торкаючись клавіатури.

З методичної точки зору програма MVS корисна тим, що дозволяє природним чином, невимушено ввести непідготовленого школяра в коло питань об'єктно-орієнтованого програмування (ООП) та моделювання (ООМ), звільняючи його від необхідності займатися дрібними, хоча і важливими,технічними деталями.

…….Грунтовний виклад питань встановлення програми MVS на комп'ютер і її застосування дано в поданій до програми документації. Навчальний посібник призначений для прискореного знайомства з основними особливостями і прийомами побудови моделей в середовищі MVS і підготовки користувачів до самостійної роботи, а також до вивчення документації і прикладів,супроводжуючих програму.

Програма MVS безперервно вдосконалюється. Наведений посібник написаний для версії MVS Free 3.1.5, призначеної для вільного використання. Нові версії цієї програми, завжди сумісні з усіма попередніми можна знайти на сайті: http://www.exponenta.ru/soft/others/mvs/mvs.asp,

а в упакованому вигляді: http://www.exponenta.ru/soft/others/mvs/archive/MVS_R_FREE_3.1.5.zip.

Автори висловлюють подяку розробникам програми MVS Колесову Ю.Б. і Сеніченкову Ю.Б. за обговорення методики побудови моделей та корисні поради, що дозволили поліпшити виклад цієї настанови початківця користувача MVS, Федосову Б.Т. з Рудненського індустріального інституту, Казахстан.

Лекція 2. Установка пакета і загальні угоди.


Для установки пакета запустіть програму setup.exe і вкажіть місце на жорсткому диску для розміщення пакета. Версія 3.2.x займає близько 25 Мбайт на жорсткому диску.

Для видалення пакета увійдіть в «Панель управління / Установка і видалення програм», знайдіть «Model Vision Studium 3.2» і видаліть його.


Інтегрована оболонка пакету є додатком з багатовіконним інтерфейсом (MDI).Багатовіконний інтерфейс припускає наявність головного вікна програми і довільного числа дочірніх вікон (див. Рис 3.1). Тема головного вікна містить найменування пакету і шлях до відкритого в даний момент проектом. Проект - це сукупність даних, що відносяться до однієї моделі.Дані проекту зберігаються в декількох файлах, розташованих в папці даного проекту. Основний файл проекту (база даних проекту) має розширення *. mvb.


Наявність декількох дочірніх вікон дозволяє одночасно працювати з декількома об'єктами проекту або з різними аспектами одного і того ж об'єкта. Головне вікно містить меню (дочірні вікна не можуть мати меню) і панель кнопок (інструментальну панель).З усіх дочірніх вікон лише одне в кожен момент часу має фокус вводу, заголовок цього вікна виділений кольором (див. Рис 3.1). Щоб перенести фокус введення в це вікно, потрібно натиснути ліву клавішу миші на його зображенні.


Дочірні вікна інтегрованої оболонки за типом візуалізації відносяться до двох типів: вікна з деревами об'єктів (вікно проекту, вікно класу, вікно системи рівнянь) і вікна редакторів схем (вікно структури, вікно карти поведінки). У дочірньому вікні можна виділити один або декілька об'єктів.На дереві об'єктів виділений об'єкт позначається кольором, а на схемі - спеціальними квадратами по контуру цього об'єкта (див. Рис 3.1).Операції, зіставлені командам головного меню або відповідним кнопок на панелі кнопок, відносяться або до проекту в цілому, або до виділеного об'єкту у вікні, що має фокус вводу.


По натисненню на зображенні об'єкта правої клавіші миші з'являється спливаюче меню, яке містить команди, які застосовуються до даного об'єкта.


Значна частина дій в пакеті виконується методом «drag and drop» («перенеси і кинь»), коли необхідний об'єкт виділяється натисканням лівої клавіші миші,а потім переміщається за допомогою миші з притиснутою лівою клавішею і поміщається в потрібну область того ж або іншого дочірнього вікна після відпускання клавіші миші.Під час переміщення курсор миші індикує області, в які можна перемістити цей об'єкт.


Лекція 3. Створення проекту

3. Новий проект.

Входимо в інтегровану оболонку пакету і натискаємо кнопку або виконуємо команду головного меню «Проект \ Новий ...».У діалозі вибираємо шлях до папки проекту (наприклад, "C: \ Моі_моделі \"), вводимо ім'я проекту (наприклад, «Маятник») і натискаємо кнопку «Створити». Після цього з'явиться папка "C: \ Моі_моделі \ Маятник" і в ній файл бази даних проекту «Маятнік.mvb».


Зауваження.Передбачається, що для нового проекту відкривається нова папка (якщо використовується існуюча, то всі дані в ній знищуються). У той же час за допомогою команди «Проект / Зберегти як» ви можете зберігати в тій же папці різні модифікації даного проекту (наприклад, Маятнік1.mvb).

Зауваження.Надалі в цій папці з'являться ще два файли - «Маятнік.ini» і «Маятнік_em.ini» - в яких зберігаються відповідно установки проекту і виконуваної моделі.


Після цього в інтегрованому середовищі з'являться такі вікна (див. Рис 3.1):

1) вікно управління проектом (зліва вгорі) містить дерево основних складових проекту. До складових проекту відносяться: класи блоків, глобальні (тобто видимі у всіх складових проекту) константи, глобальні процедури і функції, віртуальний стенд і імпортовані бібліотеки класів.За допомогою спливаючого по правій кнопці миші меню можна додавати нові компоненти, видаляти і редагувати існуючі. У новому проекті за замовчуванням доданий клас безперервного блоку «Маятник» (ім'я класу збігається з ім'ям проекту).

2) вікно віртуального стенду (у центрі вгорі) містить структурну схему системи, що моделюється, тобто екземпляри блоків і зв'язку між ними.За замовчуванням у віртуальний стенд поміщений екземпляр класу «Маятник» з ім'ям «Маятнік_1» (наступний екземпляр цього класу в цій схемі отримає за замовчуванням ім'я «Маятнік_2» і т.д.). Управляти структурними компонентами можна з допомогою спливаючого по правій клавіші миші меню.Щоб додати нового блоку досить схопити мишкою у вікні управління проектів потрібний клас, буксирувати його у вікно структури і кинути в потрібному місці.

Зауваження. Розглянута модель маятника є ізольованою системою і в загальному немає особливої необхідності в структурній схемі і блоках.Проте дана версія пакету орієнтована на блокове моделювання і тому ізольована система подається як блок без входів і виходів, а її модель у вигляді віртуального стенду з примірником такого блоку.

3) вікно редагування доданого за замовчуванням класу (в даному випадку класу «Маятник») містить дерево складових опису класу. Оскільки даний блок передбачається безперервним, то за замовчуванням в нього додана порожня система рівнянь з ім'ям «Сістема_уравненій_1».

Зауваження.У даній версії пакету чисто безперервна система розглядається як вироджений випадок гібридного автомата, головна карта поведінки якого містить тільки один вузол, якому і приписали відповідна система рівнянь.Тому якщо ви відкриєте головну карту поведінки такого класу (з допомогою подвійного клацання миші на відповідному вузлі дерева), ви побачите, що вона складається з єдиного вузла Init (успадкованого від загального предка всіх блоків класу CDevice), якому і приписали «Система_рівнянь_1».

4) вікно редагування системи рівнянь, відкрите на порожній «Система_рівнянь_1».





Рис 3.1


Лекція 4.

^ 4. Створюємо безперервну модель.


Розглянемо модель простого математичного маятника (матеріальна точка, підвішена на невагомому нерозтяжній стрижні).Це модель чисто безперервної ізольованої системи. Тому для неї в якості основи чудово підходить клас, що створюється за замовчуванням при відкритті нового проекту. У нього тепер необхідно додати необхідні змінні і рівняння. Даний проект ми назвемо «Маятник.mvb».

Шлях до готового прикладом «Моделі \ Маятник \ Маятник.mvb».

^ 4.1. Введення змінних, параметрів і констант.


Переходимо до вікна редагування класу «Маятник», виділяємо в дереві об'єктів вузол «Параметри», натисканням правої клавіші миші викликаємо спливаюче меню і виконуємо команду «Додати».Те ж саме можна зробити за допомогою команди «Редагувати / Додати» головного меню або кнопки на панелі кнопок.

У діалозі вводимо ідентифікатор змінної Alpha, залишаємо заданий за замовчуванням тип double, задаємо початкове значення-pi / 2 і коментар (див. Рис 4.1).





Рис 4.1

Аналогічним чином додаємо параметр L. Далі виділяємо вузол «Внутрішні змінні» і додаємо змінні Alpha, Omega, X, Y, а потім виділяємо вузол «Константи» і додаємо константу g (див. Рис 4.2).




Рис 4.2

Ви можете змінити введені визначення двічі клацнувши на них мишею, а також за допомогою команди «Редагувати» спливаючого меню, команди «Редагувати / Змінити» головного меню або кнопки на панелі кнопок.Крім того, ви можете редагувати вибраного визначення як текст за допомогою команди «Редагувати / Редагувати як текст (F2)» головного меню або одноразового клацання миші. На Рис 4.2 в режимі текстового редагування знаходиться визначення змінної Alpha.Завершення редагування відбувається по клавіші «Enter» або клацання миші за межами поточного рядка. Скасування редагування відбувається після натискання клавіші «Esc».

Ви можете видалить введені визначення за допомогою команди «Видалити» спливаючого меню, команди «Редагувати / Видалити» головного меню або кнопки на панелі кнопок.


^ 4.2. Введення рівнянь.


У вікні редагування рівнянь за допомогою подвійного клацання миші на вузлі «Рівняння» або команди «Змінити» спливаючого меню викликаємо спеціальний редактор формул, який дозволяє вводити математичні вирази в близькому до природного вигляді,і вводимо необхідні рівняння (Рис 4.3).




Рис 4.3


Система рівнянь може включати в себе звичайні диференціальні рівняння першого порядку і алгебраїчні рівняння. Форма введення рівнянь в даній версії пакету досить вільна. Наприклад,останні два рівняння можна представити у вигляді


XL * sin (Alpha) = 0

Y + L * cos (Alpha) = 0

find X,


Слід, однак, пам'ятати, що така форма рівнянь зажадає від пакету значно більше зусиль, ніж подання на Рис 4.3. Аналітично дозволені рівняння (формули) за відсутності в них циклів зводяться просто до послідовності операторів присвоювання.

Ви можете також безпосередньо використовувати в рівняннях першу і другу похідні, не вводячи додаткових змінних. Наприклад, рівняння для маятника з в'язким опором можуть бути записані так (Рис 4.4).



Рис 4.4

Якщо ви не вказали, які змінні є шуканими (оператор find), то транслятор спробує визначити їх сам, виходячи з контексту завдання: шуканими не можуть бути параметри, константи і входи.Транслятор також прагне зробити шуканими (якщо це можливо) інтегруються змінні (Alpha) та змінні, що стоять в лівих частинах формул (X, Y). Якщо ж транслятору я не можу вибрати шукані змінні, то він викликає спеціальний діалог і пропонує зробити це вручну.

Крім власне рівнянь і формул в систему рівнянь можуть бути також включені необхідні коментарі. Коментар починається символом «-» (подвійний мінус) і триває до кінця рядка (Рис 4.3).


^ 4.2.1. Введення рівнянь. Додаткова інформація.


Розглянемо нескладну додаткову модель: одномірне рух матеріальної точки з масою m під дією допустимої сили F і в'язкого тертя з коефіцієнтом mu Шлях до готового прикладом «Моделі \ Рух \ Двіженіе.mvb»).

Рівняння руху може бути записано в природному «фізичної» формі



Рис 4.5


Примусова сила подається на вхід з генератора синусоїдального сигналу (Рис 4.6), тому шуканої змінної однозначно є змінна x.




Рис 4.6

Транслятор сам перетворює це рівняння до «канонічної» формі, необхідної для чисельного рішення.Ви можете подивитися на це подання за допомогою команди «Показати рівняння в канонічній формі» спливаючого меню. Для даного рівняння це буде

x: d (x) / dt = x ';

x ': d (x') / dt = x'';

x'': m * x''= F-mu * x ';

(Перед двокрапкою показана змінна, яка визначається з цього рівняння).

У даній версії пакету похідні видимі тільки в межах даної системи рівнянь (це означає, що не можна, наприклад, використовувати швидкість у діях переходу або в тілі функції).

Тепер, не міняючи рівняння руху, зробимо вхідної змінної x, а не F (Рис 4.7).





                                              Рис 4.7


Тепер шуканої змінної є сила F (тобто, ми вирішуємо зворотну задачу: яку силу потрібно прикладати, щоб тіло рухалося по синусоїді). Однак, для цього завдання ми будемо мати зовсім іншу «канонічну» систему рівнянь:

x ': x' = d (x) / dt;

x'': x''= d (x ') / dt;

F: m * x''= F-mu * x ';

Для визначення сили необхідно подвійне диференціювання змінної x. Бо у цій версії пакету аналітичні перетворення не підтримуються, зробити це можна тільки за допомогою чисельного диференціювання.Це дуже погано для більшості чисельних методів і тому транслятор попереджає користувача.


^ 4.3. Створення та запуск виконуваної моделі.


Створення моделі проводиться за допомогою команди «Модель / Створити» головного меню або кнопки на панелі кнопок.Запуск (і створення, якщо потрібно) моделі проводиться за допомогою команди «Модель / Пуск» головного меню або кнопки на панелі кнопок.

Пакет MVS відноситься до категорії компілюються: для елементів опису модельованої системи генерується "код" на проміжному мовою програмування, який потім компілюється в машинний код і зв'язується з Run Time Library (RTL) MVS за допомогою штатного компілятор