background image

EGZAMIN PISEMNY Z MODELOWANIA I SYMULACJI KOMPUTEROWEJ – termin „1” 

31,01,2008         (ID5) I 

 
Nazwisko i imię: ………………………………. 

Suma punktów:  

Ocena: 

Grupa dziekańska……………………………... 

 
Punktacja:   

22 + 8 = 30pkt. 

0 – 10 -> 2; 11 – 15 egz. ustny; 16 – 18 -> 3; 19 – 21 ->3,5; 22 – 24 -> 4,0; 25 – 27 -> 4,5; 28 – 30 ->5 

Czas: 

 

60 min. 

 

Pytania 
 

1.  Wymień i krótko opisz poszczególne etapy procesu tworzenia modelu matematycznego. (2p) 

  wybór typu modelu (cyfrowy-analogowy) 

  określenie struktury modelu (typ zmiennych przepływu, spadku, postać równań) 

  wyznaczenie wartości parametrów modelu  

  sprawdzenie poprawności formalnej (poprawność logiczna, istnienie rozwiązania, dokładność cyfr 

znaczących) 

 
2.  Podać klasyfikację modeli matematycznych. Wyjaśnić różnicę między modelem liniowym a nieliniowym. (2p) 
 
Ze względu na: 

  charakter modelowanego systemu: modele statyczne / dynamiczne 

  stosowalność zasady superpozycji: modele liniowe / modele nieliniowe 

  charakter zmiennych: modele deterministyczne / modele stochastyczne 

  zmienność parametrów modelu: modele stacjonarne / modele niestacjonarne 

  czynnik odniesienia: modele ciągłe w czasie / modele dyskretne w czasie 

  wartość zmiennych: modele ciągłe w stanie / modele dyskretne w stanie 

  liczbę zmiennych niezależnych: modele o parametrach skupionych / rozłożonych 

 

W modelu liniowym możemy zastosować zasadę superpozycji. Wielkość wyjściowa jest sumą członków liniowych 
wielkości wejściowych. 
W modelu nieliniowym zmienna wyjściowa nie jest superpozycją członków liniowych wielkości wejściowych, a ich 
dowolną kombinacją.  
 
3.  Podać równania definicyjne elementów idealnych konserwatywnych (magazynujących energię) w procesach 

elektrycznych. (4p) 

 
Magazynujące: 

  cewka indukcyjna L: 

dt

di

L

U

L

L

=

 

  kondensator C: 

dt

du

C

i

C

C

=

 

Dysspasywne: 

  opór elektryczny R: 

( )

( )

t

i

R

t

U

=

 

 
 
4.  Przekształcić równanie różniczkowe y’ – 2y + 5x = 0 w równanie różnicowe wykorzystując algorytm Eulera 

„wstecz” z okresem próbkowania T = 0,1s. (4p) 

(

)

]

[

5

,

0

]

1

[

]

[

8

,

0

0

]

[

5

]

1

[

2

1

]

[

0

]

[

5

]

[

2

]

1

[

]

[

]

1

[

]

[

]

[

0

]

[

5

]

[

2

]

[

0

5

2

0

5

2

'

n

x

n

y

n

y

n

Tx

n

y

T

n

y

n

Tx

n

Ty

n

y

n

y

n

y

n

y

n

y

T

n

x

n

y

T

n

y

x

y

dt

dy

x

y

y

=

=

+

=

+

=

=

+

=

+

=

+

 

 
 

background image

5.  Jakie warunki musi spełniać układ rzeczywisty (trójwymiarowy) w układzie współrzędnych xyz aby można go było 

modelować zastępując układem dwuwymiarowym w płaszczyźnie xy? (3p) 

 
Przy założeniu że w kierunku osi z nie występują zmiany: kształtu obszaru, właściwości środowiska ani źródeł pola. 
 
6.  Wymienić źródła błędów w metodzie różnic skończonych i podać sposoby ich zmniejszania. Na czym polega 

iteracyjna metoda rozwiązywania układu równań różnicowych? (4p) 

 
Błędy w metodzie różnic skończonych: 

  zastąpienie równania różniczkowego różnicowym – zagęszczenie siatki (zmniejszenie kroku 

dyskretyzacji) 

  dyskretyzacja obszaru – zagęszczenie siatki (zmniejszenie kroku dyskretyzacji) 

  przybliżone rozwiązanie układu równań – zwiększenie liczby iteracji 

 
Iteracyjna metoda rozwiązywania równań różnicowych: 

Punkt  startowy  (iteracja  0)  węzłom  granicznym  przypisuje  się  znane  wartości  brzegowe,  węzłom  pozostałym  – 

wartości  dowolne.  Kolejne  iteracje  –  wartość  funkcji  polowej  w  danym  węźle  obliczana  jest  jako  średnia  z  wartości 
funkcji polowej z poprzedniej iteracji dla wszystkich 4 węzłów sąsiadujących z danym węzłem. 
Iteracje  powtarza  się,  aż  przyrost  wartości  funkcji  w  każdym  węźle  będzie  mniejszy  od  założonej  liczby  ε  

ε

=

+

j

k

i

j

k

i

V

V

,

)

1

(

,

max

 

 
7.  Zdefiniować warunki brzegowe dla krawędzi kwadratu o boku 100cm tak, ay zamodelować w jego wnętrzu (µ

r

 = 1) 

jednorodne pole magnetostatyczne o natężeniu H = 10 000 A/m i kierunku pokazanym na rysunku. (3p) 

 

 

background image

EGZAMIN PISEMNY Z MODELOWANIA I SYMULACJI KOMPUTEROWEJ – termin „1” 

31,01,2008         (ID5) II 

 
Nazwisko i imię: ………………………………. 

Suma punktów:  

Ocena: 

Grupa dziekańska……………………………... 

 
Punktacja:   

22 + 8 = 30pkt. 

0 – 10 -> 2; 11 – 15 egz. ustny; 16 – 18 -> 3; 19 – 21 ->3,5; 22 – 24 -> 4,0; 25 – 27 -> 4,5; 28 – 30 ->5 

Czas: 

 

60 min. 

 

Pytania 

 

1.  Podać klasyfikację modeli. Wyjaśnić różnice między modelem stacjonarnym, a niestacjonarnym. (2p)  

 
Ze względu na: 

  charakter modelowanego systemu: modele statyczne / dynamiczne 

  stosowalność zasady superpozycji: modele liniowe / modele nieliniowe 

  charakter zmiennych: modele deterministyczne / modele stochastyczne 

  zmienność parametrów modelu: modele stacjonarne / modele niestacjonarne 

  czynnik odniesienia: modele ciągłe w czasie / modele dyskretne w czasie 

  wartość zmiennych: modele ciągłe w stanie / modele dyskretne w stanie 

  liczbę zmiennych niezależnych: modele o parametrach skupionych / rozłożonych 

 
Model stacjonarny ma stałe współczynniki. 
Model niestacjonarny ma współczynniki zmienne w czasie, np.: nagrzewanie elementów, procesy starzenia. 

 
2. Wymień i omów fazy symulacji komputerowej. (2p)  

  konstruowanie modelu: 

o

  określenie celów modelowania 

o

  wybór kategorii modelu 

o

  określenie struktury modelu 

o

  sprawdzenie poprawności formalnej 

  komputerowa realizacja modelu: 

o

  przekształcenie układu równań w program komputerowy (symulacyjny) 

o

  uruchomienie programu symulacyjnego (usuniecie błędów) 

  weryfikacja modelu:  

o

  porównanie wyników modelowania z zachowaniem się systemu rzeczywistego, 

o

  sprawdzenie poprawności heurystycznej (czy wyniki, które otrzymamy są bliskie tym, które 

chcieliśmy otrzymać) i pragmatycznej. 

  Eksperymenty na modelu: 

o

  określenie programu badań 

o

  przeprowadzenie eksperymentów 

 

3. Podaj zależności definicyjne dla elementów magazynujących energię w procesach mechanicznych. (4p)  

Magazynujące: 

⇒  masa M: 

( )

dt

dv

m

t

f

=

 

⇒  sprężystość K: 

( )

( )

t

x

s

t

f

=

 

⇒  moment bezwładności J: 

( )

dt

d

J

t

u

ω

=

 

Dysspasywne: 
⇒  tłumienie D: 

( )

( )

t

y

D

t

f

=

 

 
4. Przekształć równanie różniczkowe y'-2y=5x na równanie różnicowe stosując algorytm Eulera „wprzód”. (4p)  

 
 

background image

(

)

]

[

5

]

[

2

1

]

1

[

]

[

5

]

[

2

]

[

]

1

[

]

[

]

1

[

]

[

]

[

5

]

[

2

]

[

5

2

5

2

'

n

Tx

n

y

T

n

y

n

Tx

n

Ty

n

y

n

y

n

y

n

y

n

y

T

n

x

n

y

T

n

y

x

y

dt

dy

x

y

y

=

+

+

=

+

+

=

=

=

=

 

 
5. Wymienić jaki jest typ modelu przedstawionego na rysunku i narysować go w odpowiednim układzie 
współrzędnych. (3p)  

 

 

 
 
 
 

 
6. Omówić źródła błędów w metodzie różnic skończonych i sposoby ich zmniejszania. Opisać metodę rozwiązywania 
równań różnicowych (nie pamiętam jaką) (4p)  

 

  zastąpienie równania różniczkowego różnicowym – minimalizacja, zagęszczenie 

  dyskretyzacja obszaru – siatki (zmniejszenie kroku dyskretyzacji) 

  przybliżone rozwiązanie układu równań – minimalizacja, zwiększenie liczby iteracji 

 
7. Opisać warunki brzegowe tak aby powstał określony rozkład pola elektrostatycznego o napięciu U=100V/m. 
Krawędź ma 50cm. (3p)