Ответы на все вопросы к зачету (16-29) (775644)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

16. Математические модели системы и их типы.

Они могут быть разделены на несколько типов. Линейные и нелинейные модели, в отношение которых соответственно справедлив и несправедлив принцип суперпозиции.

Непрерывные и дискретные модели, описываемые соответственно уравнениями с непрерывными и дискретными переменами.

Статические и динамические модели, описываемые соответственно алгебраическими и дифференциальными уравнениями.

Детерминированные и Стохастические модели детерминированные модели строятся на базе линейной и нелинейной алгебре, теории дифференциальных и интегральных уравнения, стохастические модели строятся на базе теории случайной функции.

Стационарные и нестационарные стохастические модели. Стационарные стохастические модели имеют неизменные во времени законно распределения случайных величин. Нестационарные стохастические модели имеют меняющиеся во времени законно распределения случайных велечин.

Тип математической модели выбираемой для исследования во многом определяет и методы ее исследования.

17. Детерминированные математические модели.

Статические системы, описываемые алгебраическими уравнениями исследуются точными и приближенными методами. К точным методам могут быть отнесены метод определителей и метод итераций. К приближенным методам могут быть отнесены графический метод, метод хорд, и метод касательных.

Динамические системы, описываемые дифференциальными уравнениями также исследуются точными и приближенными методами. К точным методам могут быть отнесены: метод разделения переменных, метод подстановки, и метод интегрирующего множителя. К приближенным методам могут быть отнесены метод последовательных приближений, метод функциональных рядов, метод Рунга - Кутта, и численные методы интегрирования.

Громоздкость математических моделей и систем и прямых методов решения дифференциальных уравнений делает весьма затруднительным для исследователя получение конечных решений. Поэтому для решения практических задач нашли широкое применение методы преобразования исходных уравнений. Пример одного из таких преобразований является преобразование Лапласа. Смысл преобразования Лапласа заключается в переводе исходной функции времени f(t) из пространства оригинала в пространство изображений при помощи интеграла.

F(p) = 0c+∞∫f(t)e-ptdt, где p=d/dt

Перевод F(p) из пространства изображений в пространство оригиналов осуществляется при помощи следующего интеграла

f(t)=(1/2∏)*(c+∞c-∞∫F(p)e-ptdp), величина выбирается чтобы обеспечить сходимость интеграла. Преобразование Лапласа широко используется для решения дифференциальных и интегральных уравнений, поскольку при переходе из области оригиналов в область изображений эти виды уравнений преобразуются в алгебраический вид.

Например:

y(t)=kx(t) -> Y(p)=K*X(p)

y(t)= ∫x(t)dt -> Y(p)=(1/p)*X(p)

y(t)=x’(t) => Y(p)=pX(p)

В процессе решения более сложных уравнений используются таблицы преобразования функций. Основываясь на методе преобразования функций решает задачи анализа система, описываемых дифференциальными и интегральными уравнениями. При этом используется понятие придаточной функции системы.

Придаточная функция система - это отношение преобразования Лапласа выходного сигнала линейной системы к преобразованию Лапласа входного сигнала при нулевых начальных условиях. W(p)=Y(p)/X(p);

Придаточная функция системы может быть получена из дифференциальных уравнений системы, заменой операции дифференцирования по времени аппаратным p.

Пример. Система описывается следующим дифференциальным уравнением. dy(t)/dt+ay(t)=kx(t), где x(t) входной сигнал системы, y(t) выходной сигнал системы, a,k- параметры системы.

Уравнение системы переводиться в пространство изображений следующим образом: Y(p) +aY(p)=kX(p). Придаточная функция будет равна следующему:

Wp=Y(p)/X(p)=k/(p+a)

Алгебраический вид придаточной функции системы позволяет достаточно просто исследовать пространство изображений, динамические свойства систем и определять зависимость выходных сигналов систем от входных сигналов и параметров систем.

18. Стохастические математические модели.

Во многих случаях при исследовании систем анализу подвергаются не детерминированные, а случайные, стохастические процессы. Причиной этого является случайные воздействия, действующие на систему, а также случайные изменения параметров систем.

В качестве примера можно привести изменение скорости ветра, температуры и давления воздуха, действующих на ЛА, случайные изменения тяги двигателя и параметров систем управления ЛА в полете. Несмотря на случайный характер событий они подчиняются вполне определенным закономерностям, рассматриваемым в теории вероятностей.

Теория вероятностей это раздел математики, изучающий случайные величины и случайные процессы, а также закономерности, возникающие при взаимодействии случайных величин.

Вероятность случайной величины - это количественная оценка возможностей её появления.

Форма вероятностей события x P(x)=N(x)/N, где P(x) - вероятность события х, а N(x) - число случаев появления события х и N - общее число возможных случаев. Пример. общее число изготовленных систем равно 100. Число забракованных систем 3. вероятность появления брака есть 0,03 .

Достоверные события имеют вероятность p=1. Невозможное событие имеет вероятность 0.

Все остальные события являются вероятными и вероятность их появления находится в пределах 0

Наиболее часто встречающиеся числовыми характеристиками случайных величин является: 1)математическое ожидание;

2) дисперсия случайной величины;

3) СКО (среднее квадратическое отклонение);

Динамику систем управления со случайными входными сигналами и случайными параметрами изучает наука называемая Статической Динамикой.

Статическая Динамика Управления - это наука, изучающая динамику процесса управления при случайных входных сигналов и случайных или неслучайных динамических свойств систем управления.

Два основных метода статистической динамики, используемой для исследования систем управления - статистический анализ систем управления и статистический синтез.

Статистический анализ системы - заключается в определении и исследовании статических характеристик выходных сигналов систем по заданным статистическим характеристикам входных сигналов и статистическим характеристикам параметров систем управления.

Статистический синтез оптимальных систем управления заключается в определении в некотором смысле оптимальных статистических характеристик параметров систем по заданным статистическим характеристикам входных сигналов.

Пример Рассмотрим последовательность действий при статистическом анализе и синтезе простейшей стационарной линейной системы.

Стационарная процесс - такой процесс у которого величины не меняют свои статистические величины. Структура система представлена рисунком(см тетрадь)

x(t) - случайный входной сигнал

Kсу - это обобщенный детерминированный параметр системы.

y(t) - случайный выходной сигнал

Mвн(t) - случайный возмущающий момент действующий на систему.

Общий вид уравнения, связывающего выходной сигнал системы с входных сигналом, возмущающим моментом и параметром системы имеет вид:

y(t)=F1(x(t),Mвн(t),Ксу)

Выражение случайной ошибки системы является разностью реального и идеального (желаемого) выходных сигналов систем. В общем виде может быть записано следующим образом:

εсу(t)=F2[(x(t),Mвн(t),Ксу]

Полагаем для простоты что математическое ожидание ощибки системы равно нулю. Mεсу=0

Общее выражение средне квадратического отклонения ошибки системы может быть записано следующим образом

σεсу=F3(σx, σMвн, Ксу), где

σx - среднеквадратическое отклонение входного сигнала

σMвн - среднеквадратическое отклонение возмущающего момента

Условие оптимальности обобщенного параметра системы Ксу по критерию минимума среднеквадратического отклонения ошибки системы равно

∂σεсу/∂Ксу=0

Решение этого уравнения относительно Ксу дает оптимальное значение обобщенного параметра Ксу opt .

19. Моделирование в инженерных исследованиях.

Моделирование - это метод исследования объектов с помощью создания и исследования вспомогательных объектов, находящихся в некотором соответствии с познаваемым объектом и называемых моделями.

Наглядные модели - служат для того чтобы создать четкий зрительный образ предмета. Глобус, модели самолетов, кораблей, поездов - это трехмерные модели объектов окружающих нас.

Схематическая интерпретация системы не имеет физического способа с реальной системой, однако он отражает её структуру и поведение в реальных условиях. В кач-ве примера можно привести схему московского метрополитена, электрическую принципиальную схему ТВ. Инженер в своей работе широко использует схематические представления систем, чтобы связать их элементы друг с другом и исследовать их действия.

Графическая интерпретация системы позволяет представить поведение системы в различных условиях при различных входных сигналах и возмущениях.

Примером можно привести график изменения ошибки системы управления в зависимости от действующих на неё входных сигналов и возмущений.

Математическая интерпретация системы(Математическая Модель) - это математические уравнения, позволяющие определить поведение системы при различных входных сигналах, возмущениях и параметров систем.

Компьютер позволяет моделировать системы практически любой сложности, исследовать их поведение при самых разнообразных формах входных сигналов и возмущений.

Модели облегчают понимание работы исследуемых систем. Наглядные и схематические, и графические модели особенно полезны тогда, когда требуется составить общее компактное и упрощенное представление о системе и процессах протекающих в ней.

Так например для удобства представления переменный ток на графиках изображают в виде синусойды а не в виде потоков электронов текущих туда и обратно по проводнику. Модели широко используются как средства передачи информации о системах, примером могут служить многочисленные рисунки, чертежи и схемы, математические модели систем являющиеся неотъемлемой частью конструкторской и эксплуатационной документацией систем.

При осмыслении проблемы и собственно и проектирования систем используются все виды моделей- наглядные, схематические, графические, математические и другие. Все эти модели делаются при совершенно очевидных допущениях, ограничениях и поэтому являются в определенной степени несовершенными. Корректировка параметров модели по результатам натурных испытаний и достижения требуемой адекватности модели в реальной системе позволяет принести центр тяжести исследования системы на математическое моделирование и тем самым существенно сократить время и средства необходимые для ее отработки и испытаний.

20. Задачи натурного эксперимента.

Натурный эксперимент - это эксперимент проводимый в реальных условиях на реальных объектах.

Задачи натурного эксперимента.

-Изучение внешних воздействий на объект испытаний- это могут быть измерения температуры и давление воздуха, измерения линейных ускорений, ударов и вибраций, действующих на изделие в полете.

-Идентификация исследуемого объекта- такими параметрами в частности могут быть аэродинамические характеристики ЛА, коэффициенты усиления и постоянные времени, моменты трения кинематических узлах систем.

-Оценка соответствия характеристик объекта заданных требований- применительно к системам управления речь идет о точности быстродействии и надежности системы.

21. Программа экспериментальных исследований.

Имеет следующие разделы-

цель и задачи эксперимента- здесь как правило формируются такие задачи как определение правильности функционирования системы в реальных условиях, оценка точности системы, оценка влияния внешних возмущений на точность и надежность работы системы.

Обоснование объемов эксперимента- в этом разделе оцениваются требуемая точность измерений параметров, достоверность измерений и определяется минимальное число измерений.

Порядок реализации опытов- при проведении натурных испытаний (системы управления ЛА) они сначала проходят этап наземных испытаний в нормальных (лабораторных) условиях, затем этап наземных испытаний на вибростендах и климатических камерах, а после этого этап летных испытаний.

Последовательность и точность измерений - в этом разделе излагается последовательность действий при проведении эксперимента, а также дается точность измерений, необходимая для проведения каждого опыта.

Обоснование средств измерений - в основе обоснования средств измерений лежат номенклатура измеряемых параметров, условия проведения эксперимента и требуемая точность измерений. Так например при проведении наземных испытаний СУ и их приборов часто применяют стандартные измерительные средства. При проведении летных испытаний ракето-носителей и космических аппаратов обычно применяют специальные телеметрические системы, регистрирующие в реальном времени параметры бортовой аппаратуры, которые затем передаются на Землю или накапливаются в специальных блоках памяти для последующей расшифровки информации на Земле.

Для определения пространственного положения ЛА в полете применяют специальные наземные радио комплексы для внешних ?локационных? измерений. В настоящее время для этих измерений применяют устанавливаемую на борту ЛА навигационную аппаратуру потребителя спутниковых навигационных систем.

Описание проведения эксперимента - устанавливает последовательность действий, при проведении эксперимента, обеспечивая тем самым возможность его анализа и воспроизведения.

Обоснование способов обработки информации и анализа результатов эксперимента - в онове обоснования лежат эффективные математические методы обработки информации, в том числе статистические методы. В обосновании делается суждение о необходимости получения статистических характеристик измеренных величин, оценки их достоверности, целесообразности к написанию таблиц, построение графиков исследуемых зависимостей.

22. Методика экспериментальных измерений.

Методика эксперимента - это совокупность операций имеющих определенную последовательность в соответствии с которой достигается цель эксперимента.

Методика должна содержать следующие составляющие:

-последовательность операций по исследованию объекта

-описание условия эксперимента

-перечень регистрируемых аппаратов

-перечень регистрирующей аппаратуру

-требования к точности измерения параметров

-метод обработки результатов испытаний

Методология - это наука, изучающая методы и средств измерений.

Методы измерений делятся на прямые(методы непосредственного измерения величины) и косвенные(методы измерения величины, находящейся в определенном соответствии с требуемой величиной)

Измерительные приборы применяемые при исследовании систем управления и другой бортовой аппаратуры чрезвычайно многообразны: механические, электро-механические, электронные, оптические, радиотехнические, гироскопические и др.

При разработке методики эксперимента особое внимание уделяется комплектации автоматизированного рабочего места. АРМ включает в себя:

-компьютер со специальным программным обеспечением;

-программы первичной обработки измерений

-программы статистической обработки результатов испытаний

-программы наглядного представления результатов испытаний в виде схем, таблиц, графиков, рисунков

23. Обработка результатов экспериментальных исследований.

В результате эксперимента исследователь получает ряд зарегистрированных входных сигналов, возмущений, параметров систем и выходных сигналов, которые представляют собой набор случайных величин или случайных функций. Погрешности измерения этих величин или функций также носит случайный характер.

Анализ случайных погрешностей измерений основывается на теории случайных ошибок, которые с определенной гарантией дает возможность вычислить действительные значения измеряемой величины(оценки её) и оценить возможные ошибки измерений.

Теория случайных ошибок. В основе содержит предположение о том, что при большом числе измерений случайные погрешности одной величины и разного знака встречается одинаково часто. При этом большие погрешности встречаются реже, чем малые. А при бесконечном числе измерений истинное значение измеряемой величины равно среднему арифметическому значению результату измерений.

Теория случайных ошибок позволяет определить минимальное количество замеров, обеспечивающие заданную точность и достоверность измерений.

Точность и достоверность измерения случайных величин характеризует доверительный интервал и доверительную вероятность измерений.

Доверительный интервал - это интервал, измеряемых значений в который с заданной вероятностью попадают истинные значения измеряемой величины.

Доверительная вероятность (достоверность) - это вероятность того, что истинное значение измеряемой величины попадет в данный доверительный интервал.

Определение минимального количества измерений.

Для проведения экспериментальных исследований с заданной точностью и достоверностью необходимо знать минимальное количество измерений, обеспечивающее заданные доверительный интервал 2 μ, доверительная вероятность p_д

Последовательность вычисления для определения Пмин:

-проводится предварительный эксперимент с n измерениями случайной величины Х

-вычисляется среднеквадратическое отклонение случайной величины Х в n измерениях

δ=(√∑(x_i-M_x)²)/n-1 (корень на всю сумму)

-устанавливается требуемая точность измерений Δj

-устанавливается нормированное отклонение t=μ/σ

-вычисляет минимальное количество измерений n_мин которые позволяет оценить статические характеристики случайной величины Х с заданным доверительным интервалом 2μ и доверительной вероятность n_мин=(t² δ²)/Δ

Вычисляем минимальное количество измерений nмин которое позволяет оценить статистические характеристики случайной величины Х с заданным доверительным интервалом 2μ и доверительной вероятность Pд.

Оценка адекватности теоретических решений и результат экспериментов.

В результате экспериментов исследователь получает статистический ряд результатов надо оценить адекватность суть оценки состоит в сопоставление теоретических данных с результатом экспериментов.

Для оценки адекватности применяют различные статистические критерии- Фишра, Пирсана, Романовокого.

24. Письменные представления информации результатов научной работы.

Название- в названии работы должна быть кратко и четко сформулирована суть проведенного исследования (пример- Исследование возможности создания Навигационной системы беспилотного летательного аппарата; Результат работ по созданию системы навигационной БЛА)

Оглавление- здесь должно быть перечислены все разделы письменного отчета- введение, обзор литературы, главы, выводы, заключение, библиографический список и приложения.

Условные обозначения и сокращения- в этом разделе должны быть перечислены основные условные обозначения и сокращения.

Введение – здесь должны быть изложены суть решаемой проблемы актуальность темы исследования и цели исследования.

Обзор литературы - провести анализ по данной теме и сделать краткий обзор данного вопроса.

Исходные данные (ИД)- в ИД приводятся заданные техническим заданием основные требования к системе, характеристика объекта управления, входные управляющие воздействия, возмущающие воздействия, ограничения накладываемы на систему.

Структура и состав системы- в данном разделе приводится структурная схема системы устанавливающая основные связи между функциональными элементами системы и состав приборов, реализующих заданные структурные схемы функции системы

Теоретические исследования- здесь приводятся основные расчеты системы, формируется математическая модель, проводится моделирование работы системы в различных условиях, оценивается точность и устойчивость системы.

экспериментальная часть- здесь излагается программа и методика натурных экспериментов, приводятся результаты экспериментальных исследований, а также приводится оценка адекватности теоретических и экспериментальных данных

анализ результатов исследования- в данном разделе необходимо показать насколько полученные результаты исследований соответствуют провозглашенной цели работы и насколько исследователям удалость решить проблему сформулированную в начале исследования.

Вывод- формулируется результат исследования.

Заключение- делается обобщение наиболее существенных положений научного исследования высказывается суждение о реализации о цели исследования и формулируются проблемы требующие дальнейших исследований

Библиографический список- все источники литературы

Приложения- здесь как правило располагаются графики, таблицы, схемы, листинги программ.

Кроме указанных разделов к отчету прилагается аннотация ( краткая характеристика работы) и реферат.

25. Устное представление информации результатов научной работы.

Формы устного общения ученых и специалистов:

совещание - коллективный контакт по одному научному направлению.

коллоквиум - обмен мнениями учениями различных направлений.

симпозиум - полуофициальная беседа с заранее подготовленными сообщениями.

конференция - официальное научное собрание на котором обсуждаются новые идеи, производственно-технические проблемы, результаты выполненных исследований. На конференциях меньшая часть участников докладчики, большая - слушатели.

съезд (или конгресс) - это высшая, наиболее представительная форма общения. На съездах и конгрессах вырабатывается стратегия в определенных областях науки и техники.

Наиболее ответственная задача участника - сделать доклад. Доклад дает возможность оценить результаты научного исследования на основании мнения других специалистов, проверить сделан ли вывод с помощью суждений, оценок других лиц, преодолеть сомнения и разногласия.

Публичное выступление с докладом воспитывает привычку не боятся аудитории, умение быстро концетрировать внимание на вопросах и ответах, умение вести научную дискуссию.

26. Научно-техническая деятельность инженера на предприятии.

Выпускники технических институтов приходят работать специалистами в НИИ, в КБ, и НПО ( в настоящее время эти организации преобразовываются в корпорации, холдинги, и тп.

Иерархическая цепочка научно-исследовательской части этих предприятий может быть такой:

директор -> зам.директор по научно-исследовательской части - > научно-технические отделения -> отделы, лаборатории -> ведущие специалисты -> ведущие инженеры ->инженер.

Во главе научно-технических отделений, отделов и лабораторий стоят начальники этих подразделений. Если, например, предприятие занимается разработкой систем управления ЛА, то его научно-исследовательская часть может быть разделена на следующие научно-технические отделения (НТО):

-НТО систем управления

-НТО гидроскопических приборов

-НТО электро-механических приборов

-НТО гидро-электрических приборов

НТО систем управления выполняет теоретические исследования систем управления (математические моделирования систем), выдает технические задания (выдает ТЗ) на проектирование приборов смежной НТО, осуществляет разработку программно-математического обеспечения системы управления и проводит её стендовые и натурные испытания.

Остальные НТО осуществляют разработку приборов по техническим заданиям НТО систем управления. НТО систем управления может быть разделено на следующие отделы:

-теоретический отдел

-отдел бортовой и наземной аппаратуры

-отдел программно-математического обеспечения

-отдел испытаний

НТО, разрабатывающие приборы делятся на отделы по функциональному признаку приборов. Например: отдел гироскопов, отдел акселереметров, отдел цифровых электронных приборов, отдел электро-гидроусилителей, отдел гидро-насосов и гидро-моторов.

Каждый отдел в свою очередь делится на лаборатории. Специалисты лабораторий делится на две основные категории: это ведущие инженеры и инженеры.

Ведущий инженер - это квалифицированный специалист, руководящий разработкой конкретной системы прибора, узла, блока, программы, проведением испытаний, анализом результата.

Инженер - это специалист непосредственно выполняющий разработку или испытания под руководством ведущего инженера.

По функциональным обязанностям инженеры делятся на три основные категории: инженеры-исследователи, инженеры-конструкторы, инженеры-технологи.

Инженеры-исследователи занимаются разработкой, исследованием и испытанием систем и приборов.

Инженеры-конструкторы - занимаются разработкой конструкции приборов, по техническим заданиям инженеров-исследователей.

Инженеры-технологи занимаются разработкой технологии изготовления приборов на основе документации разработанной инженерами-конструкторами.

27. Понятие инжененой задачи

Инженерная задача это техническая проблема возникающая тогда когда необходимо перейти из одного состояния в другое, характеризуемое методом решения проблемы.

Пример- Один метод решения проблемы перемещение с одного берега на другой- лодочная переправа, а другой более современный это мост.

Инженерная задача это нечто большее чем нахождение одного решения, она требует нахождения предпочтительного метода достижения желаемого результата. При этом критериям в оценке достижения цели могут быть самые различные характеристики или их сочетания, пример- точность, быстродействие, надежность, стоимость, комфортабельность, внешний вид и т.д.

При переходе из одного состояния в другое должны соблюдаться определенные ограничения, к числу ограничения могут быть отнесены, имеющиеся в наличии материалы и электро-радио элементы, температура и давление окружающей среды, вибрации и удары действующие на ЛА, предельная возможная масса габариты и стоимость системы. Таким образом инженерная задача существует тогда когда требуется перейти из одного состояния в другое, если существует более чем одно возможное решение и если все возможные решения не очевидны. Задача инженера реализовать требование к системе при наличие ограничений для того чтобы придти к нужному решению инженер должен применить свои знание и изобретательность выделяя из множества возможных вариантов наилучшее, оценить эти варианты с точки зрения множества часто неуловимых и противоречивых критериях.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ответов (шпаргалок)