Кот в прыжке (пример моделирования в MVS)
Model Vision Studium – это интегрированная графическая оболочка для быстрого создания интерактивных визуальных моделей сложных динамических систем и проведения вычислительных экспериментов с ними.
Возможности MVS: § поддержка технологии объектно-ориентированного § § § моделирования (ООМ), совместимой с языком UML; возможность создания пользователем собственных компонентов; удобное и адекватное описание непрерывных, дискретных и гибридных (непрерывно-дискретных) систем; обеспечение достоверности численного решения; поддержка активного вычислительного эксперимента; обеспечение моделирования, визуализации результатов и управления вычислительным экспериментов без написания какого-либо программного кода.
Язык MVL: § базируется на математической модели обобщенного гибридного автомата; § Основной конструкцией языка является активный динамический объект
Определение класса § имя класса; § определение переменных; § определение поведения.
Поведение объекта § § § синхронная композиция системы уравнений карта поведения локальные компоненты с их связями
Определение переменной § § § Имя переменной Тип значения переменной Начальное значение по умолчанию § § § Типы переменных Вещественный Целый Булевый Строковый Вектор § § Матрица Массив Запись Определяемый тип Стереотип переменной § Параметр; Константа; Входная/выходная переменная; Контакт; Поток
Проект § Содержит § § определения: Классов Констант Процедур Функций
Компьютерная модель § Компьютерная модель включает в себя выполняемую модель в совокупности с операционной системой и аппаратной частью компьютера § Компьютерная модель представляет собой уже некоторое физическое устройство, способное имитировать моделируемую систему в реальном мире
Визуальная выполняемая модель § § Временные и фазовые диаграммы Окна 2 D и 3 D анимации Визуализация динамики карт поведений Отладочные средства «Скрытая» выполняемая модель не содержит никаких средств визуализации оформляется как динамическая библиотека (DLL) актуальна для использования в составе других приложений, поддерживающих свою собственную визуализацию (например, в составе подсистемы оптимизации)
В MVS пользователь имеет возможность § редактировать математическую модель в интерактивном § § § § режиме с использованием инкрементного транслятора; создать файл текстового представления математической модели на языке MVL и редактировать его в любом текстовом редакторе; импортировать математическую модель из текстового представления; проверить корректность всего проекта в целом. ; создать выполняемую модель (визуальную или скрытую) и при необходимости сохранить ее как независимый программный модуль; запустить визуальную выполняемую модель; прекратить выполнение визуальной модели; выполнить параметрическую оптимизацию математической модели.
Моделирование в MVS Технология моделирования в среде MVS основывается на понятии виртуального лабораторного стенда. На стенде пользователем размещаются виртуальные блоки моделируемой системы. Виртуальные блоки для модели выбираются либо из библиотеки, либо создаются пользователем вновь. Описание компонент модели выполняется на входном языке пакета. В соответствие с этим описанием MVS генерирует программный код, выполнение которого и является реализацией работы стенда.
Этап 1. Выбор и описание основных переменных Название класса «Кот на арене» константы параметры вес цвет переменные поведение Значение по умолчанию: 8 (кг) Значение по умолчанию: рыжий
Этап 2. Конструктивное описание поведения (методов) Название класса: «Кот на арене» константы g x 0 y 0 параметры вес высота (h) цвет Расстояние (L) Значение: 9. 81 (м/сек**2) Значение: 0 (м) Значение по умолчанию: 8 (кг) Значение по умолчанию: 1(м) Значение по умолчанию: рыжий Значение по умолчанию: 2 (м)
Этап 2. Конструктивное описание поведения (методов) переменные команда x начальное значение: апп начальное значение: x 0 (м) y Vx Vy V 0 alpha поведение начальное значение: y 0 (м) начальное значение: 0(м/сек) Карта поведения: Кот на арене.
Переменные § константы (не меняют своего значения никогда в наших экспериментах – цирковых представлениях) § - параметры (неизменны только на протяжении одного эксперимента – выступления конкретной кошки) Команда команда={нет_команды, апп, домой}
Законы поведения
Карта поведения Это рисунок, на котором изображаются длительные действия в виде прямоугольников со спрямленными краями, и стрелок, указывающих последовательность смены поведения Карта поведения «Кот на арене»
Законы длительных действий Название длительных действий Формулы или уравнения Полет Формулы Ожидание Null Конец представления Stop § NULL - данное длительное действие не связано с изменением значения переменных модели, и меняется только время. § STOP - что эксперимент завершен.
Условия и операции Условия окончания действия Подготовительные операции к новому длительному состоянию Полет: y <=0 И Vy <0 Ожидание: Занять исходную позицию (x 0, y 0) Ожидание: команда «Апп» Полет: Вычислить новые значения V 0, Vx 0, Vy 0 и alpha Ожидание: «Домой» команда Конец: нет
Создание проекта § Проект/ Новый § Назовем Урок_1
Основное окно проекта § окно «Проект» , содержащее имя проекта и список разработанных классов, § «Класс» , в данном случае класса «Кот на арене» , § «Уравнения» , § «Виртуальный стенд» , в котором автоматически размещен один экземпляр класса «Кот на арене» _1, с параметрами, заданными по умолчанию.
Основное окно проекта
Описание класса
Описание класса
Задание формул и уравнений § Для задания формул и уравнений в пакете предусмотрен специальный текстовый редактор
Переменная Local. Time § В пакете для глобального времени или модельного времени используется специальная, предопределенная переменная Time, которая и отображается в специальном окне при исполнении модели. Как только вы нажмете кнопку «Старт» и начнете эксперимент, время начнет меняться непрерывно. С его помощью вы можете узнать, когда поступила первая команда «Апп» , сколько длился любой прыжок каждого кота. Нам же для моделирования отдельного полета нужно время выдачи очередной команды «Апп» , у нас уравнения полета на самом деле написаны не для глобального времени эксперимента, а для локального, начало отсчета совпадает с временем выдачи команды. Это и есть локальное время длительного состояния «Полет» .
Карта поведения
Тестирование модели § V 0=1 § alpha=45 (градусов)
Выполнение теста § § § Модель/Пуск Редактора Моделей Откроется окно Испытательного стенда Мы заранее подготовили два окна, где будут отображаться результаты – «Живая таблица» и «Временная диаграмма) § Полет кота изображен в осях (x, y) – по горизонтальной оси отложена дальность полета, по вертикальной – высота. В таблице значения переменных соответствуют моменту касания земли
Выполнение теста
Выполнение модели
Карта поведения для модели с командами
Выполнение модели с командами
Карта поведения для модели с анимацией
Выполнение модели с анимацией