Горбунов А.А. Информационные технологии. Методические указания к выполнению лабораторных работ

Подождите немного. Документ загружается.

2.7. Рассчитайте надбавку для всех сотрудников организации, руково-

дствуясь п. 2.5 и 2.6. Алгоритм расчета: F=C*D*E.

2.8. Рассчитайте зарплату всех сотрудников организации. Алгоритм:

H=E+F.

2.9. Рассчитайте коэффициент К2 по алгоритму G=(A+B)/(sin(1.57)*√E-

). Функция синуса может быть задана как «SIN(1,57)»; корень квадратный –

«SQRT(G7)», возведение в степень – «A7^3».

2.10. Для указанных в таблице 1.1 позиций определите среднее, мини-

мальное, максимальное, итоговое (суммарное) значения величин. Здесь придет-

ся использовать специальную процедуру, называемую «Мастером функций».

Этот мастер в диалоговом режиме поэтапно позволяет задавать сложнейшие

функциональные зависимости в ячейках таблицы. Суть задания заключается в

том, что пользователь выбирает нужную функцию из разделов библиотеки, а

затем задает аргумент функции в виде числа или диапазона ячеек. Знак «*» ука-

зывает на необходимость заполнения ячейки, знак «–» соответствует пустой

ячейке.

2.11. Выровняйте содержимое всех ячеек с числами по центру и устано-

вите денежный числовой формат там, где это целесообразно. Представьте по-

лученную таблицу на проверку преподавателю.

Рис. 1.4. Распределение доходов между сотрудниками организации

2.12. Создайте гистограмму, которая покажет распределение оклада и

зарплаты для каждого сотрудника. Для этого выделяем нужные диапазоны дан-

ных, затем на панели инструментов «Стандартная» нажимаем виртуальную

кнопку «Диаграмма», активировав «Мастер построения диаграмм», который

работает в диалоговом режиме по аналогии с «Мастером функций». Выполнив

все шаги, предложенные мастером, получите график и представьте его на про-

верку. Общий вид и структура гистограммы должны соответствовать рис. 1.4.

Теперь создайте трехмерную линейную диаграмму для тех же самых показате-

лей.

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Текст и формулы, созданные в OOo.

3. Электронная таблица с диаграммами.

4. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

Для успешной сдачи лабораторной работы студент должен знать от-

веты на представленные ниже вопросы, уметь решать практические задания,

схожие по своей сути с рассмотренными в лабораторной работе, и предста-

вить отчет, выполненный в соответствии с требованиями.

1. Опишите состав и назначение программы OpenOffice.org.

2. Каким образом задаются параметры страницы в приложении Writer?

3. Как настраивается стиль и шрифт текста в приложении Writer?

4. Определение электронной таблицы и выполняемые функции.

5. Поясните технологию создания рисунка в программе Impress.

6. Как ввести функцию в ячейку электронной таблицы?

7. Поясните, какие задачи решаются при помощи «Мастеров».

8. Как изменить формат чисел в программе Calc?

9. Опишите порядок построения диаграммы в приложении Calc.

10. Поясните суть абсолютной и относительной адресаций.

11. Как ввести математическую формулу в текстовый документ?

12. Поясните технологию создания формулы в приложении Math.

13. Чем отличаются таблицы, созданные в приложениях Writer и Calc?

14. С какими форматами файлов могут работать Writer и Calc?

15. Какие разделы содержит библиотека «Мастера функций»?

16. Чем полезна функция экспорта файлов из OOo в PDF-файлы?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Основы работы в программном комплексе МВТУ

Цель работы

1. Ознакомление с назначением и функциональными возможностями про-

граммного комплекса МВТУ (ПК МВТУ).

2. Изучение интерфейса ПК МВТУ и получение основных навыков работы

в нем.

Программный комплекс МВТУ (Моделирование в технических устройст-

вах (www.mvtu.power.bmstu.ru/)) – современная среда интеллектуальной САПР,

предназначенная для детального исследования и анализа динамических процес-

сов в ядерных и тепловых энергетических установках, в системах автоматиче-

ского управления (САУ), в следящих приводах и роботах, в любых технических

системах, описание динамики которых может быть реализовано методами

структурного моделирования. Данный комплекс разработан на кафедре «Ядер-

ные реакторы и установки» (Э-7) Московского государственного технического

университета им. Н. Э. Баумана (МГТУ им. Н. Э. Баумана) в 2001 – 2008 гг. ав-

торским коллективом под руководством доцента О. С. Козлова и является аль-

тернативой зарубежным программным продуктам Simulink, MATRIX, VisSim и

др.

Основой построения компьютерной модели является модель математиче-

ская (математическое описание системы или объекта), представленная чаще

всего в виде дифференциальных уравнений или структурной схемы. Работа с

библиотекой компонентов в большей степени ориентирована на использование

структурных схем, однако МВТУ располагает мощным инструментарием для

решения дифференциальных и других уравнений численными методами. Кроме

того имеется собственный развитый язык программирования высокого уровня.

К достоинствам этой программы следует отнести также большой объем

справочного материала на русском языке и примеров моделирования.

Моделирование в ПК МВТУ предусматривает выполнение следующих

действий:

1. Выбор нужных компонентов (блоков) из библиотеки и перемеще-

ние их в рабочее пространство окна в соответствии с математиче-

ской моделью;

2. Соединение компонентов с помощью соединительных линий;

3. Задание параметров блоков в окне настройки свойств;

4. Создание пояснительных надписей/комментариев;

5. Настройка основных параметров моделирования (время интегриро-

вания, минимальный/максимальный шаги интегрирования, шаг вы-

вода результатов, метод интегрирования и др.);

6. Запуск моделирования и получение результатов;

7. Анализ результатов и сохранение для дальнейшей обработки.

Важнейшее значение при расчете модели имеет настройка максимального

шага интегрирования, а при отображении графиков – шага вывода результатов.

Чем меньше шаг интегрирования, тем выше точность моделирования и тем

больше затрачивается времени на этот процесс. Поэтому должно соблюдаться

оптимальное соотношение между точностью и скоростью вычислений. Для это-

го максимальный шаг интегрирования настраивают так, чтобы его значе-

ние было в 10-100 раз меньше, чем самая малая постоянная времени иссле-

дуемой системы, а шаг вывода результатов обычно задают равным макси-

мальному шагу интегрирования.

Для построения моделей сложных систем используются базовые (про-

стые) компоненты, такие как ступенька, константа, сумматор, перемножитель,

передаточная функция, интегратор и другие, широко представленные в библио-

теке МВТУ. Для успешного применения названных элементов требуется рас-

смотреть особенности их настройки и функционирования.

Содержание работы

1. Запустите программу МВТУ и создайте новый файл для работы, вы-

полнив «Файл/создать». Ознакомьтесь с панелью меню и библиотекой компо-

нентов.

2. Изучение работы блоков математических операций (Операции).

2.1. Блок суммирования (Сумматор), выполняющий операцию алгебраи-

ческого суммирования скалярных входных сигналов с учетом весовых коэффи-

циентов.

Соберите схему, состоящую из базовых блоков, приведенную на рис. 2.1,

где присутствуют источники постоянного сигнала (константы), синусоидально-

го сигнала, сумматоры и осциллограф (временной график).

Рис. 2.1. Схема для изучения работы сумматора

Задайте параметры блоков в соответствующих окнах настройки свойств

(значения констант и амплитуды синусоиды произвольно, частота синусоиды

порядка 60 – 70 рад/c). Обратите внимание на весовые коэффициенты суммато-

ра (в схеме не должно быть операций вычитания). Весовой коэффициент – это

число, на которое умножается входной сигнал. Чтобы сформировать ответвле-

ние от линии, нужно, держа нажатой клавишу «Ctrl», кликнуть мышкой на

предполагаемой точке ответвления и продолжить линию.

Запустите программу на выполнение расчета путем нажатия кнопки с

изображением бегущего человека на панели инструментов. По окончании рас-

чета откройте графическое окно осциллографа, настройте удобный для воспри-

ятия масштаб и проанализируйте полученный график. Если линии графика по-

лучились ломаными, необходимо уменьшить шаг интегрирования и шаг вы-

вода результатов, тем самым повысив точность расчета, и повторно вы-

полнить расчет. Названные величины настраиваются в окне «Моделирова-

ние/параметры расчета».

Рис. 2.2. Результат суммирования

После получения адекватного результата расчета скорректируйте мас-

штаб, толщину, цвет линий и подпишите название графиков (рис. 2.2).

2.2. Блок вычисления модуля (Abs), вычисляющий абсолютное значение

величины сигнала.

Подавая на вход блока синусоидальный сигнал, получите результат моде-

лирования в виде графика (исходный и результирующий сигналы представить

на одном осциллографе). Здесь и далее необходимо соблюдать основные требо-

вания моделирования и требования, изложенные в п. 2.1.

2.3. Блок перемножения (Перемножитель), выполняющий операцию ум-

ножения векторного сигнала на скалярный сигнал.

Перемножьте три синусоидальных сигнала с разными амплитудами (3, 4,

5) и частотами (80, 90 и 100 рад/с) и получите результат в виде графика.

3. Изучение работы динамических блоков (Динамические).

3.1. Блок интегратор, реализующий операцию интегрирования входного

сигнала.

Для данного эксперимента требуется осуществить интегрирование после-

довательности прямоугольных импульсов, источником которых является блок

меандр (рис. 2.3). Период импульсов задайте в диапазоне 1 – 3 с, высоту 3 – 7.

3.2. Блок дифференцирования (Производная).

Для данного эксперимента требуется осуществить дифференцирование

синусоидального сигнала с произвольными параметрами так, чтобы в одной

координатной системе были хорошо видны исходный и результирующий гра-

фики.

а) схема набора

б) результат моделирования

Рис. 2.3. Изучение работы интегратора

3.3. Передаточная функция.

Получите график переходной функции для типового динамического зве-

на, указанного преподавателем. В ПК МВТУ имеется обширный раздел с раз-

личными типовыми звеньями, однако, если требуется задать какую-либо не-

стандартную передаточную функцию, то используют универсальный блок – пе-

редаточную функцию общего вида, позволяющий сформировать любое звено

путем задания коэффициентов полиномов числителя и знаменателя по опреде-

ленным правилам (рис. 2.4).

4. Ознакомление со специализированной библиотекой «Электрические

машины».

В ПК МВТУ имеются готовые модели некоторых устройств (электродви-

гателей, насоса, парогенератора, робота и др.), что заметно облегчает работу

пользователя программы. При использовании таких моделей достаточно лишь

настроить собственные параметры блока, подключить входные воздействия и

регистрирующие приборы и запустить расчет, однако при этом отсутствуют

возможности внесения изменения в его математическое описание.

а) передаточная функция общего вида

б) переходная функция

Рис. 2.4. Изучение передаточной функции общего вида

4.1. Исследование динамики двигателя постоянного тока независимого

возбуждения (ДПТ с НВ) при пуске с постоянной нагрузкой.

Изучите математическую модель ДПТ с НВ в разделе «Помощь» со-

ответствующего блока. Задайте параметры ДПТ, указанные преподавателем.

На входы модели ДПТ подайте постоянное напряжение якоря и постоянную на-

грузку. Подпишите названия всех блоков. Очевидно, что в качестве источника

напряжения и нагрузки в данном случае необходимо взять ступенчатые сигна-

лы или константы (рис. 2.5). Получите графики переходных процессов для уг-

ловой частоты и электромагнитного момента двигателя, по которым определите

время переходных процессов и установившиеся значения с помощью опции

«Курсор», вызываемой из контекстного меню окна графика.

Рис. 2.5. Схема набора для исследования динамики ДПТ с НВ

4.2. Исследование динамики ДПТ с НВ при пуске на холостом ходу с на-

бросом нагрузки через 0.5 – 1 с после пуска.

Данное задание отличается от выполненного в п. 4.1 необходимостью

указания времени наступления нагрузки. Схема аналогична рис. 2.5.

4.3. Исследование динамики ДПТ с НВ при пуске с вентиляторной на-

грузкой (

×= kM

, то есть статический момент пропорционален квадрату

частоты вращения двигателя).

Для обеспечения требуемого закона изменения нагрузки на валу необхо-

димо на вход нагрузочного момента модели вместо ступеньки подать сигнал

частоты вращения, возведенный в квадрат и умноженный на соответствующий

коэффициент. Коэффициент (k) выбирается с таким расчетом, чтобы в

номинальном установившемся режиме нагрузочный момент не превышал

номинального электромагнитного момента двигателя. Получите графики

частоты вращения, электромагнитного и нагрузочного моментов и проанализи-

руйте их.

4.4. Исследование динамики ДПТ с НВ при изменении напряжения якоря.

Требуемая схема набора будет отличаться от схемы по рис. 2.5 реализа-

цией источника напряжения, в качестве которого используйте блок «Кусочно

линейный». Условия работы ДПТ: якорное напряжение изменяется по закону,

заданному преподавателем, например как на рис. 2.6; нагрузочный момент пе-

рестает действовать в момент наступления нижнего уровня напряжения.

Рис. 2.6. Формирование якорного напряжения для ДПТ

Получите графики якорного напряжения, частоты вращения, электромаг-

нитного и нагрузочного моментов и проанализируйте их.

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Схемы набора в МВТУ, указанные преподавателем, и соответствующие

им графики и характеристики.

3. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

Для успешной сдачи лабораторной работы студент должен знать от-

веты на представленные ниже вопросы, уметь решать практические задания,

схожие по своей сути с рассмотренными в лабораторной работе, и предста-

вить отчет, выполненный в соответствии с требованиями.

1. Поясните назначение ПК МВТУ.

2. Опишите состав библиотеки компонентов ПК МВТУ.

3. Какие блоки математических операций вам известны?

4. Как задается число входов у осциллографа?

5. Каким должен быть шаг интегрирования, используемый при модели-

ровании?

6. Как изменить масштаб и внешний вид графика?

7. Поясните назначение всех входов и выходов модели ДПТ с НВ.

8. Какие блоки используются в качестве источников постоянного и пе-

ременного напряжений?

9. Объясните, каким образом задается конечное время моделирования и

способ решения дифференциальных уравнений.

10. Опишите содержание раздела «Функции».

11. Как задается нужное количество входов у «Сумматора»?

12. Поясните назначение блоков, входящих в раздел «Источники».

13. Назовите основные элементы главного окна ПК МВТУ.

14. Как запустить новый проект? Как открыть созданную ранее модель?

15. Как в модели привода постоянного тока реализовать снятие нагрузоч-

ного момента в заданный момент времени?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Ознакомление с системой компьютерной математики Maxima

Цель работы

1. Изучение интерфейса и основных приемов работы с программой сим-

вольных и численных вычислений Maxima.

2. Получение практических навыков работы c математической экспертной

системой Maxima в результате решения типовых задач.

Maxima – свободная математическая программа (система компьютерной

математики – СКМ), предназначенная для работы с символьными (аналитиче-

скими) и численными вычислениями, относящаяся к классу математических

экспертных систем, таких как MathCAD, Mathematica, Maple. Программа позво-

ляет выполнить дифференцирование, интегрирование, разложение в ряд, пре-

образования Лапласа, решать обыкновенные дифференциальные уравнения,

системы линейных уравнений, векторы, матрицы и т. д. Maxima производит

численные расчеты высокой точности, используя точные дроби, целые числа и

числа с плавающей точкой произвольной точности. Система позволяет строить

графики функций и статистических данных в двух и трех измерениях.

Содержание работы

1. Изучение интерфейса программы.

Данная СКМ сочетает в себе как командный, так и оконный интерфейсы.

Для осуществления большинства типовых математических операций обработки

и представления данных вполне достаточно возможностей оконного интерфей-

са, для решения более сложных задач необходимо знание соответствующих ко-

манд. Главное окно программы имеет типичный вид Windows-приложений.

Все данные и команды задаются в строке «ВВОД» с клавиатуры, при

этом можно использовать различные функциональные вкладки панели инстру-

ментов. Результаты отображаются в основной части окна, которое состоит из

нумерованных строк (ячеек). Ячейки ввода именуются как «%i» с номером,

ячейки вывода – как «%o» с соответствующим номером.

Для арифметических действий используются традиционные обозначения:

«–, +, *, /»; «**» или «^» – для возведения в степень; «sqrt()» для вычисления

квадратного корня.

2. Выполнение простейших операций.

2.1. Вычисление π/2.

Для этого в строке ввода наберите: «%pi/2» и нажмите «enter» (известные

константы, такие как π и е, вводятся со знаком «%»). После этого в ячейке

«%o1» отобразится результат в символьном виде (в виде дроби). Чтобы полу-

чить результат в виде числа, нужно выделить мышкой содержимое ячейки

«%o1» и в контекстном меню выбрать пункт «в число с плавающей точкой».

Это приведет к автоматическому отображению в ячейке «%i2» соответствую-