ПроЕктирование устройств фильтрации

 

1 ОБЗОР ПО ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

 

1.1 WInSet

 

Программа WInSet предназначена  для графического построения («визуализации») инвариантных множеств динамических систем: отображений и дифференциальных уравнений. С ее помощью можно  легко и быстро получать для них  фазовые траектории систем и последовательные итерации отображений на экране компьютера. Существует возможность задавать произвольные параметры для целого ряда известных  систем. Кроме того, WInSet позволяет  пользователю вводить собственные  формулы для уравнений.

 

Рисунок 1.1 - Главное окно WinSet.

 

Для запуска программы WInSet достаточно вызвать главное меню Windows нажатием кнопки Пуск, перейти  в меню Программы\WInSet и выбрать  пункт WInSet. После этого на экране появится главное окно программы (рисунок 1.1). Оно состоит из нескольких компонентов: главное меню, панель инструментов, рабочая область, панель координат, строка состояния.

Под заголовком окна располагается  строка главного меню. Основное пространство окна занято рабочей областью, внутри которой выполняются построения. Когда указатель мыши находится  внутри рабочей области, нажатием правой кнопки мыши вызывается контекстное  меню. Его пункты частично повторяют  пункты главного меню программы.

Далее следует панель инструментов — это ряд кнопок с пиктограммами, дублирующих часто используемые пункты меню. При наведении указателя  мыши над одну из кнопок, то рядом  с ним появится всплывающая подсказка, поясняющая назначение кнопки. Для  того чтобы скрыть панель инструментов, нужно снять отметку с пункта меню Вид\Панель инструментов.

 

Рисунок 1.2 - Строка главного меню и панель инструментов WinSet.

 

Панель координат точки  находится справа от рабочей области. В нижней части панели отображаются значения координат точки на плоскости, соответствующей текущему положению  указателя мыши. В верхней части  панели отображаются координаты последней  вычисленной точки (либо начальной  точки, заданной по умолчанию). Эти значения используются в качестве начальных  условий для построения, если оно  запущено без указания начальной  точки. Во время выполнения вычислений на панели координат отображается полоска  индикатора, показывающая степень завершения процесса. Для того чтобы скрыть панель координат точки, нужно снять  отметку с пункта меню Вид\Координаты точки. Над нижней кромкой окна расположена  строка состояния, в которой отображается информация о работе программы. Когда  программа выполняет какую-либо длительную операцию, в левой части  строки состояния появляется текст  пояснения.

Как и во всех приложениях Windows, главным манипулятором с  окном программы является мышь. Она  используется для выбора пунктов  меню и работы с диалоговыми окнами. В этих случаях указатель мыши имеет форму стрелки. Над рабочей  областью окна WInSet указатель мыши принимает  форму перекрестия.

Щелчок левой кнопкой  мыши в рабочей области задает начальную точку и начинает процесс  построения. Кроме того, можно выделить часть изображения. Для этого  необходимо нажать и, удерживая левую  кнопку мыши, переместить ее вправо и вниз так, чтобы появился прямоугольник, обрамляющий подлежащую выделению  область. После того как кнопка будет  отпущена, выделенный фрагмент будет  перерисован в увеличенном масштабе (рисунок 1.3). Он займет все пространство рабочей области. Такое выделение можно производить снова и снова .

 

а)

  б)

Рисунок 1.3 - Работа с изображением: а) до выделения области, б) после выделения.

 

Все действия, выполняемые  с помощью мыши, можно выполнить  и с клавиатуры. Доступ к пунктам  главного меню осуществляется с помощью  комбинации клавиш Аlt+<подчеркнутая буква пункта меню>. Переход между  элементами диалогового окна происходит с помощью клавиши табуляции Tab (Shift+Tab — в обратном направлении). В диалоговых окнах истречаются  поля ввода, содержащие выпадающий список для выбора значений. В таком поле для перемещения по списку используйте  клавиши со стрелками вверх и  вниз.

Часто используемые пункты меню можно вызывать с помощью сочетания  управляющих клавиш (горячие клавиши). Их обозначения отображаются справа от названий пунктов меню. Вот некоторые из них:

• Открыть файл слайда <Ctrl+O>
• Сохранить построение в файле слайда WinSet <Ctrl+L>
• Сохранить построение в графическом формате <Ctrl+S>
• Распечатать построение <Ctrl+P>
• Отменить последний запуск построения <Alt+BkSp>
• Отменить предыдущее масштабирование <Ctrl+BkSp>
• Задать начальные условия <F4>
• Редактировать параметры системы <F7>
• Изменить текущий цвет построения <F6>
• Перерисовать изображение <F5>
• Перерисовать оси координат <Shif t+F5>
• Очистить построение <F8>
• Добавить новую систему <Shif t+F3>
• Запустить вычисление <Enter>
• Прервать построение <Esc>
• Редактировать установки построения <F9>
• Редактировать установки вычислений <F11>

1. 2 NI Multisim

 

Популярный программный  пакет, позволяющий моделировать электронные  схемы и разводить печатные платы.

Главная особенность NI Multisim – простой наглядный интерфейс, мощные средства графического анализа  результатов моделирования, наличие  виртуальных измерительных приборов, копирующих реальные аналоги. Библиотека элементов содержит более 2000 SPICE-моделей  компонентов National Semiconductor, Analog Devices, Phillips, NXP и других производителей. Присутствуют электромеханические модели, импульсные источники питания, преобразователи  мощности. Инструмент Convergence Assistant автоматически  исправляет параметры SPICE, корректируя  ошибки моделирования. NI Multisim выпускается  в двух вариантах – Professional и Education.

Версия Multisim Education предназначена  для учебных заведений и включает в себя обучающие курсы, подготовленные аппаратные решения и рабочие  учебники. Основная задача – закрепить  теоретический материал, наглядно продемонстрировав  работу тех или иных законов и  процессов в реальных проектах. Для  этого помимо интерактивных компонентов  программа способна взаимодействовать  с аппаратными платформами NI myDAQ (библиотека контрольно-измерительного оборудования) и NI ELVIS (виртуальный инструментарий для учебной мастерской), что делает возможным создание целых виртуальных  лаборатории систем управления, энергетики, мехатроники и силовой техники.

 

Рисунок 1.4 – Окно Multisim Education

Версия Multisim Professional специально создана для быстрого прототипирования и решения задач оптимизации  соединений. Предлагается расширенный  пользовательский интерфейс, нестандартные  методы анализа, основанные на фирменной  системе NI LabVIEW, и обычные алгоритмы  имитационного моделирования схем по стандарту SPICE.

Последние версии программы  обладают улучшенной функциональностью, новыми инструментами для моделирования, расширенной базой элементов, благодаря  чему разработка и создание проектов электрических схем может выполняться  гораздо более точно и быстро. NI Multisim может взаимодействовать  со средой разработки систем измерения LabVIEW, что позволяет сопоставлять теоретические данные с реальными, прямо в ходе создания схем печатных плат. Это уменьшает количество проектных  ошибок и ускоряет реализацию проектов. Обратной стороной этого стали завышенные системные требования, предъявляемые  к оборудованию. Нагрузка на процессор  и память при работе с большими схемами и при трассировке  очень велика.

 

Рисунок 1.5 - Multisim Professional

 

Первые версии программы  имели название Electronics Workbench и разрабатывались  одноименной фирмой. В настоящее  время Electronics Workbench является дочерней компанией, которая принадлежит National Instruments (http://russia.ni.com/). Штаб-квартира NI расположена в городе Остин (Техас, США), а на странице можно найти контактную информацию об офисах в России.

 Для облегчения  процесса создания печатных плат  компания дает возможность каждому  разработчику вступить в онлайн-сообщество NI Circuit Design Community для того, чтобы обмениваться  своими работами, прототипами, шаблонами,  обсуждать нюансы разработок  и получать новые знания от  коллег и единомышленников, живущих  по всему миру.

 

1.3 Dymola - Dynamic Modeling Laboratory

 

Рисунок 1.6 – Окно Dynamic Modeling Laboratory

 

Dymola, Dynamic Modeling Laboratory это  ПО для моделирования динамики  и взаимодействия механических, электронных, гидравлических, термодинамических  и других подсистем, интегрированных  в рамках общей системы. 

1) Мультиинженерия. Dymola – это мультиинженерная программа. Это означает, что модели могут состоять из компонентов, относящихся к различным областям знания, таким как: механика, электроника, автоматическое управление, термодинамика, пневматика, гидравлика, механика, кондиционирование и многое другое. Мультиинженерия в Dymola дает вам возможность моделировать и имитировать любой физический процесс, который может быть описан обычным дифференциальным уравнением и алгебраическим выражением.

2)Интуитивное моделирование. Графический редактор и мульти-инженерия Dymola упрощают процесс моделирования. Библиотеки програмы включают элементы, соответствующие физическому свойству, которые легко вставляются в моделируемый объект. Взаимодействие компонентов обеспечивает графический редактор, который моделирует физическое единство компонентов.

 3) Открытость и гибкость. Программная среда Dymola полностью открыта в противоположность большинству инструментов моделирования, которые ограничивают круг составляющих модели и методов введения новых компонентов. Пользователи Dymola могут с легкостью вводить компоненты, удовлетворяющие требованиям пользователей. Вы можете это сделать либо перетянув компоненты либо используя существующие компоненты в качестве шаблонов. Открытость и гибкость позволяют Dymola быть лучшим инструментом моделирования новых или альтернативных программ и технологий. Dymola – продукт компании Modelica Association, использующий для физического моделирования язык  Modelica , разработанный консорциумом "Numerical Mathematics Consortium".

  4) Символическая манипуляция. Dymola обладает уникальным свойством для решения дифференциальных уравнений. Ключом к решению является символическая манипуляция, которая также справляется с алгебраической петлей и снижает распределение числа степеней свободы, вызванное алгебраическим ограничением. Эта технология совместно с со специальными числовыми решающими программами дают возможность для применения аппаратно-программного моделирования.

Сайт программы: http://www.dynasim.se/dymola.htm

 

1.4 Modelica

 

Modelica – свободно распространяемый  объектно-ориентированный язык для  моделирования сложных физических  систем. Язык имеет хорошую техническую  поддержку производителя, для  него существует большое количество  библиотек компонентов, как уже  существующих, так и новых. Modelica обеспечивает  создание различных моделей: механических, электрических, гидравлических, химических, и др.

В основе языка Modelica лежит  концепция соединяемых блоков. При  соединении в соответствии с требуемой  схемой автоматически генерируются соответствующие уравнения. Это  делает язык  простым для понимания  и использования специалистами  нематематического профиля.

Modelica не ограничивает  количество компонентов моделируемой  системы базовыми компонентами, поставляемыми разработчиками. Пользователь  может создавать свои собственные  компоненты, используя при этом  внутренний язык описания блоков.

Язык Modelica поддерживает интеграцию с пакетами моделирования  как MATLAB и SimuLink, обеспечивает поддержку  стандартов  ACSL, M-file, Simnon. Также поддерживается возможность использования функций  и процедур написанных на языке C.

Благодаря объектно-ориентированному подходу модели, созданные на языке Modelica, легко модернизируются.  Это  позволяет создавать на их основе более сложные модели.

Для работы на языке Modelica необходим компилятор, например Dymola, Omola, который как правило, в отличие  от самого языка Modelica, является коммерческим, а не свободно-распространяемым.

Операционная система: кроссплатформенное ПО

Официальный сайт: http://www.modelica.org/

 

Рисунок 1.7 – Рабочее поле Modelica

 

1.5 VisSim

 

Система динамического  моделирования VisSim предназначена для  исследования и анализа переходных и установившихся процессов в  любых динамических системах, в том  числе и в автоматических системах с использованием визуальных средств  структурного моделирования.

VisSim представляет собой  симулятор систем, инструментальную  среду визуального проектирования.  В нем представлены инструменты  для  частотных, корневых, вариационных  нейронных оценок качества, устойчивости, синтеза, коррекции, оптимизации, линеаризации, отладки объектов в контуре модели и программирования цифровых сигнальных процессоров. VisSim имеет решатель интерпретирующего типа, функционирующий в динамическом режиме с возможностью online-взаимодействия с оборудованием реального времени.

 

Рисунок 1.8 – Окно программы VisSim