Численное моделирование и анализ переходных процессов в электрической цепи

Курсовой проект - Компьютеры, программирование

Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование

0,0095-0,00075 1930,0096-0,00069 1950,0097-0,00063

Рисунок 7 - график зависимости I (t) и аппроксимирующая функция на первом участке

 

Рисунок 8 - график зависимости I (t) и аппроксимирующая функция на втором участке

 

Рисунок 9 - график зависимости I (t) и аппроксимирующая функция на третьем участке

 

Рисунок 10 - график зависимости I (t) и аппроксимирующая функция на трех участках

 

Анализ результатов

Решение задачи аппроксимации было проверено в MathCAD и в MicrosoftExcel 2003. Точки для аппроксимации брались из пункта (MathCAD). В среде MathCAD был реализован метод наименьших квадратов, при этом участок был разбит на три промежутка для получения более точной аппроксимирующей функции. В Excel аппроксимация проведена с помощью линий тренда.

.2 Реализация в программе MathCad. Метод наименьших квадратов

 

 

 

Первый участок от t1=0 до t2=0.0002

 

 

Второй участок от t=0.0002 до t=0.0006

 

программный код численное интегрирование

 

Третий участок от t3=0.0006 до t4=0.0099

 

 

Совмещение полученных аппроксимирующих функций

 

 

Анализ результатов.

Решение задачи аппроксимации было проведено в программе MathCad методом наименьших квадратов и в пакете Excel с использованием мастера диаграмм с выводом уравнения линии тренда. Результаты двух программ совпадают. Получена аналитическая формула зависимости силы тока от времени на интервале 0<t<0.0099.

Численное интегрирование

.1 Реализация в программе С++. Метод левых прямоугольников.

3.1.1 Блок-схема

 

Рисунок 16 - Блок-схема. Метод левых прямоугольников

 

3.1.2Код программы

#include"stdafx. h"

#include

#include

#include;

// Квадрат аналитической функции I (t), полученной в пакете Excel

double I (double t)

{doubleIt,Res;(t<0.0004)

{It=4* (1E+9) * (pow (t,3)) - 5* (1E+6) *pow (t,2) +1873.5*t+0.0002; }

else(t<0.001)

{It =2* (1E+8) *pow (t,3) - 513156*pow (t,2) - 346.61*t+0.1905; }

{It =-2* (1E+6) *pow (t,3) +19110*pow (t,2) - 99.733*t+0.3122; }

Res = pow (It,2);Res; }

void main ()

{double R4,T1,T2,h,S, Integ,Q;

inti,n;<<setw (10) <<"metodLevihpryamougolnikov"<<endl;

cout n;= (T2 - T1) /n;<<"h = "<<h<<endl;

S=0;(i=1; i<= (n-1); i++)

{S=S+I (T1+h*i); }= h*S;= R4*Integ;<<"Integ = "<<Integ<<endl;<<"Kolichestvoteploti Q ="<<Q<<endl; }

 

 

Метод правых прямоугольников.

#include"stdafx. h"

#include

#include

#include;

// Квадрат аналитической функции I (t), полученной в пакете ExcelI (double t)

{double It,Res;(t<0.0004)

{It=4* (1E+9) * (pow (t,3)) - 5* (1E+6) *pow (t,2) +1873.5*t+0.0002; }(t<0.001)

{It =2* (1E+8) *pow (t,3) - 513156*pow (t,2) - 346.61*t+0.1905; }

{It =-2* (1E+6) *pow (t,3) +19110*pow (t,2) - 99.733*t+0.3122; }

Res = pow (It,2);Res; }

void main ()

{double R4,T1,T2,h,S, Integ,Q;

int i,n;<<setw (10) <<"metod Pravih pryamougolnikov"<<endl;

cout n;= (T2 - T1) /n;<<"h = "<<h<<endl;

S=0;(i=1; i<=n; i++)

{=S+I (T1+h*i); }= h*S;= R4*Integ;<<"Integ = "<<Integ<<endl;<<"Kolichestvo teploti Q ="<<Q<<endl; }

 

 

Анализ результатов.

Численное решение системы дифференциальных уравнений в программах MathCad и C++ было реализовано с помощью метода Эйлера 1-й модификации. Численные результаты двух программ совпадают. Получены графики зависимости силы тока и напряжения от времени согласно системе уравнений и файл данных, содержащий дискретные зависимости силы тока и напряжения от времени на интервале 0.004<t<0.01.

Реализация в программе MathCad.

Расчет количества теплоты, выделившейся на резисторе R4

 

 

 

Метод трапеций

 

 

2 Метод левых прямоугольников:

 

 

3 Метод правых прямоугольников:

 

 

4 Метод Симпсона:

 

 

5 Метод центральных прямоугольников

 

 

Вычисление ошибок

 

 

Анализ результатов.

Численное интегрирование было реализовано в программе С++ методом центральных прямоугольников и в программе MathCad разными методами численного интегрирования. Результаты двух программ совпадают. Разные методы дают разную точность вычисления, что видно по рассчитанным ошибкам. Наибольшую точность имеет решение, полученное методом левых и правых прямоугольников.

Выводы

 

В данной работе были проанализированы переходные процессы в электрической цепи переменного тока. Все расчеты проведены с помощью численных методов решения математических задач. Была получена система дифференциальных уравнений для и , которая была решена модифицированным методом Эйлера в программах MathCad и С++. Была решена задача аппроксимации полученной дискретной зависимости при помощи пакета Excel и MathCad, в результате было получено аналитическое уравнение зависимости . Используя это уравнение, при помощи численных методов интегрирования, наиболее точным из которых оказался метод левых и правых прямоугольников, было найдено количество теплоты, выделяемое на резисторе .

Задание 1. Сравнение результатов

 

Таблица 6. MathCAD. Метод Эйлера1-ая модификация

itI (t) U (t) 1000530,00260,0825,8471170,0058-0,0171,1681610,008-0,0026440,1831970,0098-0,0005940,04

Таблица 7. C++ метода Эйлера2-й модификации

itI (t) U (t) 1000530,00260,0825,8471170,0058-0,0171,1681610,008-0,0026440,1831970,0098-0,0005940,04

Таблица 8. MathCAD. Метод Рунге-Кутта