Введение в моделирование
модель
Квазиобъект, отображающий некоторые свойства реального объекта
математическая модель
Модель, представленная на языке математики. Другими словами, это система математических объектов (чисел, переменных, множеств, графов, матриц и т.д.) и отношений между ними, отражающая некоторые свойства исследуемого процесса.
моделирование
Проектная процедура, заключающаяся в формировании математической модели объекта и ее использовании для получения нужной информации об объекте
фазовая переменная
Величина, характеризующая протекание физического процесса в некотором элементе физической системы
вектор переменных состояния
Вектор фазовых переменных, характеризующих состояние исследуемой системы
внутренний параметр
Параметр, характеризующий определенное свойство некоторого элемента проектируемого объекта
внешний параметр
Параметр, характеризующий некоторое свойство или состояние внешней по отношению к проектируемому объекту среды
выходной параметр
Параметр, характеризующий свойства проектируемой системы
аналитическая модель
Математическая модель, представляющая собой явные зависимости искомых выходных параметров объекта от аргументов (параметров компонентов и параметров внешней среды)
алгоритмическая модель
Математическая модель, в которой отсутствуют явные выражения выходных параметров от параметров компонентов и внешних условий, и модель представляет собой алгоритм, позволяющий вычислить выходные параметры объекта путем решения системы уравнений
имитационная модель
Математическая модель, предназначенная для отображения процессов, протекающих в моделируемом объекте при произвольных внешних воздействиях
полная модель
Математическая модель, описывающая не только внешнее проявление свойств объекта, но и его внутреннюю структуру и/или процессы в этой структуре
макромодель
Упрощенная математическая модель, которая в отличие от полной модели некоторого объекта отражает процессы только на его внешних выводах, в то время как полная модель описывает также внутренние для объекта процессы
аналоговая модель
Математическая модель, в которой используются непрерывные (аналоговые) фазовые переменные
дискретная модель
Математическая модель, в которой используются дискретные переменные
смешанная модель
Математическая модель, в которой для моделирования разных частей устройства используют как аналоговые, так и дискретные модели
многоаспектное моделирование
multi-domain modeling
multi-domain simulation
Совместное моделирование процессов различной физической природы
функциональная модель
Модель, отображающая множество функций проектируемой системы с указанием обрабатываемых объектов, условий и средств обработки
информационная модель
Модель приложения, описывающая структуры данных, т.е. элементы данных (сущности, атрибуты) и отношения между ними, характерные для приложения
поведенческая модель
Модель, отражающая динамические свойства объекта
структурная модель
Модель, отражающая структуру объекта
логическое моделирование
Моделирование логических схем. Более общее определение: имитационное моделирование процессов путем исследования модели, представленной логическими уравнениями
генерация псевдослучайных последовательностей
идемпотентность
Свойство операций. не оказывать влияния на результаты выполнения других операций. Например, вызов, возвращающий текущее время, является идемпотентным
Математические модели, используемые на макроуровне
область адекватности
Область в пространстве внешних параметров (для математических моделей), в пределах которой точность вычислений остается в допустимых пределах
математическая модель системы
ММС
Математическая модель, описывающая свойства и/или процессы в исследуемой системе
математическая модель элемента
ММЭ
Математическая модель, описывающая свойства и/или процессы в элементе системы
переменная типа потенциала
across quantity
Переменная одного из двух типов фазовых переменных в физической системе определенного типа
переменная типа потока
through quantity
Переменная одного из двух типов фазовых переменных в физической системе определенного типа
компонентные уравнения
Уравнения, описывающие свойства элементов (компонентов) проектируемой системы, другими словами, это уравнения математических моделей элементов
топологические уравнения
Уравнения, описывающие взаимосвязи однотипных фазовых переменных, относящихся к разным элементам моделируемой системы
трансформаторная связь
Связь взаимодействующих систем, выражаемая в математических моделях зависимостями однотипных фазовых переменных, т.е. используются зависимости переменной типа потока (потенциала) одной системы от переменной также типа потока (потенциала) другой системы
гираторная связь
Связь взаимодействующих систем, выражаемая в математических моделях зависимостями разнородных фазовых переменных (фазовая переменная типа потока одной системы зависит от фазовой переменной типа потенциала другой системы или наоборот)
эквивалентная схема
Графическое изображение с использованием принятых условных обозначений, эквивалентное математической модели исследуемого объекта
эквивалентная схема механического объекта
Эквивалентная схема, в которой отображаются элементы массы, жесткости, трения, источники силы и/или скорости
матрица контуров и сечений
Матрица, фигурирующая в топологических уравнениях, составленных для контуров хорд и сечений ветвей дерева
метод компонентных цепей
метод эквивалентных схем
Метод формирования математических моделей на макроуровне
Методы формирования математических моделей на макроуровне
переменная состояния
Фазовая переменная, характеризующая состояние исследуемой системы
метод переменных состояния
Метод формирования математических моделей систем на макроуровне, в котором базисными переменными являются переменные состояния
метод узловых потенциалов
Метод формирования математических моделей систем на макроуровне, в котором базисными переменными являются узловые потенциалы
модифицированный метод узловых потенциалов
Узловой метод с расширенным вектором базисных переменных
Методы анализа проектных решений на макроуровне
диакоптика
Совокупность идей и методов, направленных на повышение эффективности моделирования и анализа сложных систем посредством расчленения их описаний на части и дальнейшего согласованного исследования их частей
анализ во временной области
динамический анализ
Анализ, основанный на решении уравнений, характеризующих процессы, протекающие в исследуемом объекте
явный метод
Метод интегрирования систем обыкновенных дифференциальных уравнений, основанный на использовании экстраполяционных формул (формул дифференцирования вперед)
неявный метод
Метод интегрирования систем обыкновенных дифференциальных уравнений, основанный на использовании интерполяционных формул (формул дифференцирования назад)
метод Эйлера
Численный метод интегрирования систем обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка
обусловленность
Чувствительность решения задачи (математической модели) к погрешностям входных данных
разброс постоянных времени
число обусловленности
Отношение максимальной и минимальной постоянных времени в математической модели исследуемого объекта. Более строго под числом обусловленности матрицы A понимают произведение норм прямой и обратной матриц A
A-устойчивый метод
Метод решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений, при котором сохраняется ограниченность погрешности при любом шаге интегрирования
метод трапеций
Численный неявный метод второго порядка для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений
комбинированный метод
Метод интегрирования систем обыкновенных дифференциальных уравнений с комбинацией неявных и явных методов
автоматический выбор шага
Выбор шага интегрирования системы обыкновенных дифференциальных уравнений, на основе оценок текущих погрешностей решения
алгебраизация
Замена производных в системе дифференциальных уравнений их алгебраическими аппроксимирующими выражениями, в частности, конечно-разностными выражениями. Например, см. метод Эйлера
метод Ньютона
Итерационный метод решения систем нелинейных алгебраических уравнений F(X)=0, основанный на линеаризации уравнений путем сохранения только линейных членов в разложении F(X) в ряд Тейлора
метод продолжения решения по параметру
Метод решения систем нелинейных алгебраических уравнений, предназначенный для обеспечения сходимости итерационного процесса, выполняемого по методу Ньютона
метод Гаусса
Метод решения систем линейных алгебраических уравнений, основанный на последовательном исключении неизвестных, превращающем матрицу коэффициентов в треугольную (прямой ход), используя которую нетрудно вычислить значения всех неизвестных (обратный ход)
LU-разложение
Разложение матрицы на верхнюю и нижнюю треугольные матрицы. Разложение, используемое при решении систем линейных алгебраических уравнений, эквивалентно прямому ходу исключения неизвестных по методу Гаусса
метод простой итерации
Итерационный метод решения систем алгебраических или логических уравнений F(X)=0. Итерационная формула имеет вид X := X + hF(X)
метод Зейделя
Итерационный метод решения систем алгебраических или логических уравнений, отличающийся от метода простых итераций тем, что вектор X в правой части итерационной формулы X := X + hF(X) обновляется сразу же после вычисления очередного элемента X, т.е. новые значения неизвестных заменяют старые значения не по окончании итерации, а непосредственно после их вычисления
метод Якоби
Итерационный метод решения систем алгебраических уравнений F(X)=0. Итерационная формула X := X − hDF(X), где D — матрица, обратная к матрице, состоящей из главной диагонали матрицы Якоби
матрица Якоби
Матрица частных производных правых частей уравнений F(X) =0 по вектору X
разреженность матрицы
Свойство матрицы, характеризуемое отношением числа нулевых элементов к общему числу элементов матрицы
метод разреженных матриц
Метод учета разреженности матрицы коэффициентов в процессе решения системы линейных алгебраических уравнений с помощью метода Гаусса
вторичный ненулевой элемент
Элемент в матрице коэффициентов системы линейных алгебраических уравнений, меняющий свое исходное нулевое значение на ненулевое в процессе исключения неизвестных согласно метода Гаусса
анализ в частотной области
частотный анализ
Определение характеристик исследуемого объекта, как функций частоты, и выходных параметров, являющихся функционалами этих характеристик
программно-методический комплекс анализа
Программно-методический комплекс, выполняющий проектные процедуры одно- и многовариантного анализа в САПР. Чаще всего этим термином обозначают программы анализа на макроуровне и микроуровне. Типичными примерами таких комплексов на макроуровне являются Spice в ECAD и Adams в MCAD
Методы многовариантного анализа
область работоспособности
Область в пространстве внутренних ивнешних параметров, в пределах которой выполняются заданные условия работоспособности
метод приращений
Метод анализа чувствительности путем численного дифференцирования
метод Монте-Карло
метод статистических испытаний
Метод статистического анализа, согласно которому выполняется N статистических испытаний, в каждом из которых выбираются случайные значения параметров элементов и вычисляется вектор выходных параметров
анализ на наихудший случай
Анализ при значениях внутренних и/иливнешних параметров, наихудших с позиций выполнения условий работоспособности
Методы анализа проектных решений на микроуровне
модель с распределенными параметрами
модель на микроуровне
Математическая модель в виде дифференциальных уравнений в частных производных, описывающая поля физических величин (фазовых переменных)
сеточный метод
Метод решения задач с распределенными моделями, основанный на замене непрерывных независимых переменных множествами их значений в узлах дискретной сетки
метод конечных разностей
МКР
Сеточный метод решения дифференциальных уравнений в частных производных, основанный на алгебраизации дифференциальных уравнений путем аппроксимации производных конечно-разностными выражениями
метод конечных элементов
МКЭ
FEM
Сеточный метод решения дифференциальных уравнений в частных производных, основанный на алгебраизации дифференциальных уравнений с помощью аппроксимации искомого решения алгебраическими выражениями с неопределенными коэффициентами, являющимися значениями искомого решения в узлах сетки
координатная функция
Функция, используемая в методе конечных элементов для аппроксимации неизвестного решения задачи
метод коллокаций
Метод решения дифференциальных уравнений в частных производных, основанный на сведении к нулю невязок в заданных точках
метод Галеркина
Метод решения дифференциальных уравнений в частных производных, основанный на минимизации невязок в среднем по области интегрирования со специально задаваемыми весовыми коэффициентами
матрица жесткости
Матрица коэффициентов в математической модели для анализа прочности, полученной по методу конечных элементов.
метод прогонки
Метод Гаусса для решения систем линейных алгебраических уравнений с трехдиагональной матрицей коэффициентов
ANSYS
Одна из наиболее распространенных программ анализа по методу конечных элементов
Методы анализа проектных решений на функционально-логическом уровне
уравнение вход-выход
Уравнение, выражающее зависимость выходных переменных от входных переменных
многозначное моделирование
Логическое моделирование при многозначном представлении переменных
синхронная модель
Математическая модель в виде системы логических уравнений, описывающих установившееся состояние логической схемы
асинхронная модель
Математическая модель цифрового устройства на функционально-логическом уровне, отражающая не только логические функции, но и временные задержки в распространении сигналов
риск сбоя
Возможное сочетание задержек в элементах логической схемы, приводящее к появлению помех
синхронное моделирование
асинхронное моделирование
Моделирование процессов в логических схемах с учетом задержек сигналов в логических элементах
пошаговый метод
инкрементный метод
Метод моделирования, при котором состояния всех элементов исследуемой системы определяются в дискретные моменты времени, отстоящие друг от друга на величину шага
событийный метод
Метод моделирования, особенностью которого является обращение к математической модели любого элемента только в те моменты модельного времени, в которые произошли события на входах этого элемента (т.е. изменились значения входных для элемента величин)
ранжирование
Распределение элементов некоторого множества по рангам