Языки компьютерного моделирования

Компьютерная модель - модель реализованная средствами программной среды.

Имея дело с компьютером как с инструментом, нужно помнить, что он работает с информацией. Поэтому следует исходить из того, какую информацию и в каком виде может воспринимать и обрабатывать компьютер. Современный компьютер способен работать со звуком, видео­изображением, анимацией, текстом, схемами, таблицами и т. д. Но для использования всего многообразия информации необходимо как техническое (Hardware), так и программное (Software) обеспечение. И то и другое — инструменты компьютерного моделирования.

Например, для работы со звуком нужна специальная плата в компьютере, звуковая карта (Sound Blaster) и специализированное программное обеспечение. Для композитора это, к примеру, профессио­нальный музыкальный редактор, который позволяет не только набрать нотный текст и распечатать его, но и сделать аранжировку произведе­ния. Расписав ноты для разных инструментов, композитор может прослушивать их звуковые модели отдельно и в ансамбле. Цифровое звучание компьютерных моделей почти не отличается от тембра реальных инструментов. Компьютер позволяет соединять реальный голос певца со звуковой моделью мелодии, а также моделировать голос разной высоты и тембра (тенор, драматический бас и т. п.). Существуют программы, с помощью которых компьютер может создавать композиции самостоятельно в соответствии с заданным ритмом, темпом, музыкальным стилем и т.п.

Рассмотрим другой пример. Инструментом для создания геометрической модели, передающей внешний облик прототипа, могут быть программы, работающие с графикой, например графический редактор. С его помощью, возможно, моделировать как плоское, так и объемное изображение, управляя графическими объектами.

Сейчас имеется широкий круг программ, позволяющих создавать различные виды компьютерных знаковых моделей: текстовые процессоры, редакторы формул, электронные таблицы, системы управления в базах данных, профессиональные системы проектирования, а также различные среды программирования.

Тема 2. Классификация языков компьютерного моделирования.

1. Simulink и Stateflow.

2. Omsim и Omola, Dymola и Modelica.

3. Model Vision Studium.

Подсистема Simulink пакета Matlab.

Среди большого числа пакетов визуального моделирования пакет Matlab занимает особое место. Первоначально ориентированный на исследовательские проекты, пакет в последние годы стал рабочим инструментом инженеров – проектировщиков, преподавателей и студентов. Подсистема Simulink – это интерактивная среда для моделирования и анализа широкого класса динамических систем, использующая графический язык блок – диаграмм.

Подсистема Simulink:

- предоставляет возможность моделирования непрерывных, дискретных и гибридных – как линейных, так и нелинейных – систем;

- включает в себя обширную библиотеку блоков (непрерывные элементы, дискретные элементы, математические функции, нелинейные элементы, источники сигналов, средства отображении), которые можно использовать для создания новых систем;

- содержит средства для создания блоков и библиотек, определяемых пользователем;

- подсистема Stateflow:

- даёт возможность моделировать поведение событийно – управляемых систем.

- пакет Omsim – это интерактивная оболочка для создания и исследования динамических систем, использующая язык моделирования Omola.

Язык Omola определяет классы, исходя уже из потребностей моделирования, т.е. учитывает структуру моделей, способ их соединения в более сложные структуры и поведение, которые может описываться различными видами уравнений и зависит от наступления различных событий.

Dymola и Dymosim – это две независимые интерактивные оболочки для моделирования и исследования динамических систем. Совмещаются в одном программном продукте и редактор моделей и испытательный стенд, в другом – для каждой из операций создают свою собственную оболочку. Появляется возможность работать с моделями, написанными на различных языках, и воспроизводить их поведение во всех оболочках библиотеки численных методов.

Dymosim – это специальная программа, предназначенная только для воспроизведения поведения моделей, описанных дифференциальными, алгебро – дифференциальными и переопределенными алгебро – дифференциальными уравнениями. Модели могут быть построены различными графическими оболочками, но должны быть представлены в виде текстового файла специального вида.

Язык Modelica – объектно – ориентированный язык для моделирования больших, сложных и физически разнородных систем. Их компоненты могут иметь различную физическую природу. Язык стремиться к тому, чтобы пользователю было удобно создавать новые библиотеки и многократно использовать и модифицировать уже существующие модели. Модели строятся из независимых компонентов, оформленных в виде классов, в результате чего автоматически строится совокупная система алгебро – дифференциальных уравнений.

Model Vision Studium – это интегрированная графическая оболочка для быстрого создания интерактивных визуальных моделей сложных динамических систем и проведения вычислительных экспериментов с ними. В основе технологии MVS лежит понятие виртуального стенда. На этом стенде размещаются различные виртуальные блоки моделируемой системы. Для получения виртуального стенда необходимо описать моделируемую систему на входном языке пакета и создать соответствующий этому описанию программных код, выполнение которого компьютером и будет восприниматься как работа стенда. Интегрированная оболочка пакета представляет собой многооконную среду, позволяющую редактировать проект, автоматически преобразовывать графическое описание модели в текстовое и текстовое в графическое, подключать библиотеки классов, создавать свои библиотеки классов, создавать выполняемые модели и запускать их, а также запускать специальные подсистемы.

Дата добавления: 2014-01-15