Теоретические Основы Электротехники являют базовой дисциплиной для многих специальностей длиннейших учебных заведений. однако что же рисует собой эта наука? Для чего необходима? отчего столь тяжела для изучения? испробуем дать ответы. К фундаментальному электротехническому познанию можно отнести закон Ома, сформулированный для RLC-элементов, и законы Кирхгофа. однако в любом учебнике ТОЭ — это лишь 20 листов. Эти законы недурно знает любой выпускник вуза. Что же в учебниках изображает объектом мучений сотен тысяч студентов? Обратим внимание на фигуры записи закона Ома. Очевидно, что если в электрических схемах встречаются катушки или конденсаторы, то отвечающее математическое описание будет включать дифференциальные уравнения. трудиться с ним — люду — не владеющему компьютера (а собственно этакая ситуация имелась два столетия развития ТОЭ) сложно. Даже если схема заключается итого из резисторов, то в типовой ситуации их столь полным-полно, что даже алгебраическая система — не для человека вооруженного карандашом. По факту, ТОЭ, будто зона сведений, решает эту проблему. почитай все в этой дисциплине, кроме законов Ома и Кирхгофа — это математические фокусы разработанные для уменьшения числа вычислительных операций. Подобных вычислительных методов разработано полным-полно. Одни отдают выигрыш в одной ситуации, прочие — в другой; дробно их потребно применять каскадно; многие жестко формализованы. однако людской мозг это не вычислитель с безотносительной и полнотелой памятью. собственно в этом заключается противоречие и проблемы студентов. теперешние персональные компьютеры, кардинально изменили ситуацию. Методы сокращения объемов вычислительных операций (для расчётов с карандашом) перестали быть жизненными. вероятно, спустя времена, они будут позабыты столь же, будто позабыты методы построения Египетских Пирамид. однако ныне за Теоретическими Основами Электротехники остался один-одинешенек долг. За два столетия своего развития эта наука не представила ни одного на 100 % формализованного метода, исключающего размышления исполнителя (например, компьютера) — человека век можно было приневолить немножко пораздумать. Не взирая на то, что уже пару десятилетий, будто применение законов Ома и Кирхгофа формализовано до уровня программных алгоритмов (в широко славных программах Spice-семейства) подавляющее большинство людей, и даже специалисты в теоретических основах электротехники не знают будто это сделано. К сожалению, утилитарны невозможно записать всю последовательность необходимых деяний в пошибе традиционного зрелища методов дисциплины ТОЭ. столь же невозможно воспользоваться слогом блок-схем алгоритмов программ. Для пояснений рациональной длительности не бытует адекватного слога, и мы воспользуемся немножко модифицированным слогом электрических принципиальных схем (далее схем физиологических принципиальных), схем замещений, и математических блок-схем. кое-какие условные графические обозначения конфликтуют с традиционными. хлопочем обратить внимание. Итак, если нам удастся представить универсальный алгоритм полнотелой деинкапсуляции произвольной физиологической принципиальной схемы до уровня математической блок-схемы, то задачу формализации применения законов Ома и Кирхгофа можно находить постановленной. Поскольку за всяким условным графическим обозначением математической функции стоит та или прочая подпрограмма для робота-исполнителя (для компьютера), а последовательность исполнения подпрограмм жестко обусловлена передачей аргументов в математической блок-схеме. Любое изложение гипотезы или теории спрашивает доказательств. В нашем случае требуется численный эксперимент. Он уложен. К сожалению даже костяк Simulink'а ныне не поддерживает всех спрашиваемых порядков работы дискретных квазианалогов интеграторов, т.к. описываемая техника построения моделей не применялась в ней ранее (передаточные функции в этой программе были век, а вот транзисторов не было). Графический стиль Simulink'а столь же не позволит сделать пояснения простыми. В тексте упоминается библиотека SimLib4Visio и математическое костяк K2.SimKernel — это разработанные авторами инструменты. В гробе статьи приводится модель не сложной электрической схемы. Она деинкапсулируется вплоть до 360 математических блоков (функций). чтоб читатель мог пустяково ориентироваться в них, кроме изложения метода мы приводим доскональное описание базовых элементов библиотеки SimLib4Visio. Модель технического устройства может быть представлена тремя способами: либо в облике блок-схемы (нижний степень представления); либо в облике схемы замещения ; либо в облике схемы физиологической принципиальной (представление верхнего уровня). Роль схем замещения, будто скручивающей прослойки между схемами физиологическими принципиальными и отвечающими блок-схемами здорово величава. Тем ни менее, из-за технических затруднений, задача зрелища в графической фигуре всех взаимосвязей между условным графическим обозначением технического устройства и его блок-схемой до шабаша не постановлена. Библиотека SimLib4Visio это начальный инструмент демонстрирующий пути решения. Классическая схема замещения может включать лишь пять идеальных моделей, коим, с допущениями, отвечают реально наличествующие технические устройства. Это RLC и EJ-элементы . На поле чертежа классической схемы замещения могут присутствовать математические формулы, уточняющие взаимосвязи между состоянием самой схемы замещения и параметрами ее элементов. Библиотека SimLib4Visio кроме RLC и EJ-элементов допускает появление в чертеже схемы замещения идеального диода ( D-элемент ), и, вместо математических формул, предлагает использование блок-схем. На рис. 1 вогнан образец схемы замещения n-Mos транзистора. Рис. 1. Схема замещения n-Mos транзистора. Щелчок мышью по элементам схемы замещения (в том числе по узлам) потребует открытие окон с отвечающими блок-схемами Завершая вводную доля, отметим, что, во-первых, переход от схем физиологических принципиальных к схемам замещения неоднозначен (одно техническое конструкция может располагать прорва схем замещения). А во-вторых, переход от схем замещения к блок-схемам тоже неоднозначен (известны модели RLC и EJ-элементов основанные на итерации токов, а столь же на итерации потенциалов). Гибридный чертеж, заключающийся из совокупности схем физиологических принципиальных и блок-схем — это новая концепция зрелища математических моделей. Первая особенность заключается в том, что на одном чертеже (см. рис. 1) разом присутствуют два субъекта связей, здорово похожие снаружи, однако владеющие принципиальные отличия. Связь первого субъекта ( обращенная ) выдается тем, что на одном ее гробе присутствует стрелка. Подобные связи определяют схему передачи возвращаемых значений между математическими функциями (на чертеже — между математическими блоками). Связь второго субъекта определена для соединений узлов и элементов схемы физиологической принципиальной. Фактически, это графическое зрелище провождущей сферы для энергонесущей материи (электрический провожатый, магнитопровод, трубопровод, и т.д.). Состояние любого энергопреобразующего элемента определяется двумя физиологическими величинами, оттого, альтернативно, проводники, о коих прет выговор, можно воспринимать, будто шину из двух проводников первого субъекта. По одному из проводников в шине переходит информация об энергетическом потенциале, а по иному о токе энергетической материи (см. выводы у моделей на чертежах, кои показывают при щелчках мыши по элементам и по узлам схемы замещения на рис. 1). В подневольности от того, какой вариант моделей RLC и EJ-элементов используется для схем замещения, проводники в шине могут быть сконцентрированы в одну сторонку или встречно. Т.к. модели, основанные на итерации потенциалов, в большинстве случаев спрашивают мельче вычислительных ресурсов и их можно деинкапсулировать до уровня блок-схемы, используются спрашиваемые ими шины со встречными провожатыми называемые бинаправленными . Библиотека SimLib4Visio позволяет активировать подсветку для связей. устремленные вычерчиваются черным цветом. Бинаправленные (они же ненаправленные) — тёмно-синим. Связывание блок-схем и схем физиологических принципиальных. Особенности условных графических обозначений пограничных элементов Вторая особенность гибридных чертежей математических моделей заключена в том, что условные графические обозначения RLC и EJ-элементов могут варьироваться в подневольности от того являют ли элементы пограничными (между блок-схемой и схемой физиологической принципиальной) или дудки. На рисунке 2 начальный линия УГО элементов особенностей не обладает. другой линия демонстрирует те же элементы, однако их основной параметр (номинал сопротивления, номинал индуктивности, емкости, ...) можно контролировать уставленным графом (блок-схемой). В третьем ряду демонстрируются элементы, чье состояние может быть передано сосредоточенному графу. Особенности УГО элементов в четвертом ряду ныне очевидны. Рис. 2 Справа на рисунке показан образец гибридного графа (фрагмент модели). тут родник перемещающей силы контролируется выходом сумматора (направленным графом), а информация о состоянии схемы физиологической принципиальной (ток R-элемента) поступает на апериодическое звено первого распорядка. Резюме 1:  Направленный и ненаправленный графы (блок-схемы и схемы телесные принципиальные) предлагается скручивать посредствам пяти идеализированных моделей RLC и EJ-элементов. распорядок применения любого элемента на пограничном участке один. Резюме 2:  RLC и EJ-элементы, используемые для связи ненаправленного и навещенного графа могут располагать пять терминалов. Осевые терминалы — ассоциируются с выводами, кои владеют физиологически наличествующие элементы. Поперечные терминалы используются для контроля над параметром элемента (один вход) и его состоянием (два выхода). Состояние элементов определяется двумя физиологическими величинами первого и второго рода (например, ток и надсада соответственно). Примечание:  При сборке гибридного графа невозможно связывать ненаправленные терминалы (выводы элементов) с навещенными терминалами (входами / выходами математических блоков). всегдашне, при сборке модели с применением RLC и EJ-элементов, лишь для родников необходимо блюсти полярность включения, поскольку бездеятельные элементы являют неполярными. однако если инертный элемент изображает пограничным, то информация об его состоянии, снимаемая с контрольных терминалов, будет менять знак при изменении полярности подключения его выводов (см. рис. 3). Рис. 3 разбор рисунка позволяет сделать вывод, что для R-элемента условно-положительное течение тока таково, что контрольные выводы должны будет слева от течения движения энергетической материи. таковское же утверждение праведно для всех бездеятельных пограничных элементов библиотеки SimLib4Visio. Для родников утверждение инверсное. Резюме:  Если в гибридно-графовой модели используется инертный RLC-элемент с встроенным датчиком тока или разности энергетических потенциалов, то вытекает блюсти полярность его включения. Модели: , , , , , , Основанные на итерации токов модели RLC и EJ-элементов выгодно использовать в случае, когда число ветвей мельче, чем точек соединений элементов. соответственно статистике цепи с подобной конфигурацией встречаются жиже. другой нерентабельный факт, заключен в том, что для соединения эких моделей RLC и EJ-элементов нужны модели узлов двух субъектов — "узел распределяющий материю" и "узел аккумулирующий материю" . Причем всякий из наименованных узлов изображает трехвыводным. Если же требуется узел, в коем соединяются более трех ветвей, его необходимо составлять из трехвыводных. Еще один-одинешенек обидный момент заключен в том, что не найдено решение, кое бы позволило создать модели RLC и EJ-элементов симметричными сравнительно их выводов (один вывод элемента должен быть подключен к распределяющему материю узлу, иной — к акку