Обозначения переменных в тексте программы

Исходные данные. k1, k2, k3, k4, k5 – коэффициенты пропускной способности клапанов (см. рис. 2.1); Rho – плотность жидкости ρ; Hg1 – ; Hg2 – ; Pn – исходное давление газа в пустой емкости P_N (в обеих одинаковое, обычно атмосферное); P1, P2, P3, P4 – давления жидкости на входе в систему и, соответственно, на выходе из нее; H1 – (предполагаемый начальный уровень жидкости в емкости).

Вычисляемые переменные. v1, v2, v3, v4, v5 – расходы жидкости через клапаны в соответствии с рис. 2.1; P5, P6, P7, P8 – давления жидкости в емкостях; H1, H2 – уровни жидкости после заполнения емкостей.

Для построения графика необходимо выбрать исходную величину-аргумент (будет отображаться по горизонтальной оси), диапазон и шаг ее изменения, а также величину-функцию, зависящую от аргумента (вертикальная ось). Построенный график покажет, как будет изменяться зависимая величина при изменении аргумента (при этом значения всех остальных исходных величин, которые были введены в окна ввода исходных величин будут оставаться неизменными) – рис. 2.4.

Рис. 2.3. Ввод исходных данных и получение расчетных результатов

 

Рис. 2.4. Построение графиков: зависимости уровня жидкости в емкости№1 от плотности жидкости

 

Приступая к работе по выполнению задачи на компьютере, нужно выполнить следующую последовательность обращений к кнопкам панели инструментов File→New→M-file, что позволяет открыть окно Editor (то есть редактор М-файлов). В этом окне следует напечатать весь текст необходимой программы (создавать не только лишь отдельные М-файлы для отдельных функций), которая будет выполняться при указании соответствующего этой полной программе имени М-файла в командной строке в Command Window. Иначе программу можно запустить командой Debug→Run в меню редактора М-файлов.

При сохранении М-файла (File→Save) в открывающемся окне нужно указать место и имя этого документа. Имя сохраняемого файла должно совпадать с именем описанной в нем функции (то есть описанная в нем программа считается функцией, и ее описание начинается с указания какого-нибудь имени этой функции, под которым она дальше и будет вызваться для исполнения).

Если какие-то М-файлы уже созданы ранее, то их можно посмотреть или отредактировать с помощью команды File→Open.

Текст программы с комментариями [1]

Функция sgn возвращает знак числа, преобразованный в логическую переменную znak:

function [znak]=sgn(a)

if a<0

znak=-1;

elseif a>0

znak=1;

else

znak=0;

end

end

Функция VvodIshodnDannih считывает значения исходных переменных, введенные пользователем в окна текстового ввода, и присваивает эти значения соответствующим переменным:

function[k1,k2,k3,k4,k5,Rho,Hg1,Hg2,Pn,P1,P2, P3,P4,H1]=VvodIshodnDannih(hObject, eventdata, handles)

k1=str2double(get(handles.edit1,'String'));

% Функция str2double осуществляет преобразование строки символов в число, например, строка 123 будет преобразована из последовательности отдельных символов 1, 2 и 3 в число 123 и сохранена в возвращаемую функцией переменную числового типа double, то есть вещественное число (десятичная дробь).

% Функция get(handles.edit1,'String') возвращает строку символов, которая сохранена в строковой переменной под именем String.

% handles.edit1 используется для того, чтобы обратиться к окну визуального интерфейса. Он содержит окно для ввода/вывода текста типа Text Edit, причем таких окон может быть много. Чтобы обратиться к какому-то определенному, используется его индивидуальное название edit1. Таким образом, выражение ааа=str2double(get(handles.edit1,'String')); означает, что из указанного окна текстового ввода будет считана строка сиволов, которая затем будет преобразована в число, а после этого переменная ааа будет приравнена этому числу.

k2=str2double(get(handles.edit2,'String'));

k3=str2double(get(handles.edit3,'String'));

k4=str2double(get(handles.edit4,'String'));

k5=str2double(get(handles.edit5,'String'));

Rho=str2double(get(handles.edit6,'String'));

Hg1=str2double(get(handles.edit7,'String'));

Hg2=str2double(get(handles.edit8,'String'));

Pn=1000*str2double(get(handles.edit9,'String'));

P1=1000*str2double(get(handles.edit10,'String'));

P2=1000*str2double(get(handles.edit11,'String'));

P3=1000*str2double(get(handles.edit12,'String'));

P4=1000*str2double(get(handles.edit14,'String'));

H1=str2double(get(handles.edit13,'String'));

end

Функция VivodArgumentovNaEkran выводит, предварительно преобразовав, переменные (исходные, т. е. введенные пользователем) на экран в соответствующие им окна текстового ввода/вывода. Она нужна при чтении данных из файла, чтобы обратить внимание пользователя на то, каковы были исходные значения в задаче, сохраненной в файл.

function[]=VivodArgumentovNaEkran(VectorArg,hObject, eventdata, handles)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

k1=VectorArg(1); k2=VectorArg(2); k3=VectorArg(3); k4=VectorArg(4); k5=VectorArg(5); Rho=VectorArg(6); Hg1=VectorArg(7);

Hg2=VectorArg(8); Pn=VectorArg(9); P1=VectorArg(10); P2=VectorArg(11); P3=VectorArg(12); P4=VectorArg(13); H1=VectorArg(14);

%vivod argumentov na ekran[2]

S=sprintf('%g',k1);

set(handles.edit1,'String',S);

%Выражение S=sprintf('%g',k1); означает, что переменная k1 будет преобразована в соответствии с определенным форматом (например, формат %g означает, что нужно преобразовать число в десятичную дробь со знаком), затем преобразованная переменная k1 в строку символов, и, наконец, строка символов должна быть сохранена в переменную строкового типа S.

%Функция set(handles.edit1,'String',S); выводит в окно текстового вывода (см. выше) строковую переменную S.

S=sprintf('%g',k2);

set(handles.edit2,'String',S);

S=sprintf('%g',k3);

set(handles.edit3,'String',S);

S=sprintf('%g',k4);

set(handles.edit4,'String',S);

S=sprintf('%g',k5);

set(handles.edit5,'String',S);

S=sprintf('%g',Rho);

set(handles.edit6,'String',S);

S=sprintf('%g',Hg1);

set(handles.edit7,'String',S);

S=sprintf('%g',Hg2);

set(handles.edit8,'String',S);

S=sprintf('%g',Pn);

set(handles.edit9,'String',S);

S=sprintf('%g',P1);

set(handles.edit10,'String',S);

S=sprintf('%g',P2);

set(handles.edit11,'String',S);

S=sprintf('%g',P3);

set(handles.edit12,'String',S);

S=sprintf('%g',P4);

set(handles.edit14,'String',S);

S=sprintf('%g',H1);

set(handles.edit13,'String',S);

end

Функция ReshitZadachu решает задачу по нахождению значений переменных, которые потом будут выведены на экран отдельно вызываемой функцией вывода VivodResultNaEkran:

function [VectorRes]=ReshitZadachu(VectorArg)

k1=VectorArg(1); k2=VectorArg(2); k3=VectorArg(3); k4=VectorArg(4); k5=VectorArg(5); Rho=VectorArg(6); Hg1=VectorArg(7);

Hg2=VectorArg(8); Pn=VectorArg(9); P1=VectorArg(10); P2=VectorArg(11); P3=VectorArg(12); P4=VectorArg(13); H1=VectorArg(14);

Функция findH осуществляет вычисления в соответствии с формулами (9):

function f=findH(k1,k2,k3,k4,k5,Rho,Hg1,Hg2,Pn,P1,P2,P3,P4,H1)

P7=Hg1*Pn/(Hg1-H1);

P5=P7+Rho*9.81*H1;

v1=k1*sqrt(abs(P1-P5))*sgn(P1-P5);

v3=k3*sqrt(abs(P5-P3))*sgn(P5-P3);

v5=v1-v3;

P6=P5-sgn(v5)*(v5/k5)^2;

v2=k2*sqrt(abs(P2-P6))*sgn(P2-P6);

v4=k4*sqrt(P6-P4)*sgn(P6-P4);

f=v2+v5-v4;

end

Далее методом деления пополам осуществляется вычисление высоты жидкости в первой емкости:

%podgotovka k deleniju popolam (naiti minimum f(H1))

%granici poiska

Hleft=0;

Hright=Hg1*(P1-Pn)/P1;

%shag poiska

stepH=(Hright-Hleft)/9;

 

x(1)=Hleft;

y(1)=findH(k1,k2,k3,k4,k5,Rho,Hg1,Hg2,Pn,P1,P2,P3,P4,x(1));

%poisk intervala smeni znakov

for i=2:10

x(i)=x(i-1)+stepH;

y(i)=findH(k1,k2,k3,k4,k5,Rho,Hg1,Hg2,Pn,P1,P2,P3,P4,x(i));

if y(i)*y(i-1)<0

Hleft=x(i-1);

Hright=x(i);

break;

end

end

%delenije popolam -- naiti H1

while abs(Hleft-Hright)>0.0001

Hmid=(Hright+Hleft)/2;

yleft=findH(k1,k2,k3,k4,k5,Rho,Hg1,Hg2,Pn,P1,P2,P3,P4,Hleft);

ymid=findH(k1,k2,k3,k4,k5,Rho,Hg1,Hg2,Pn,P1,P2,P3,P4,Hmid);

yright=findH(k1,k2,k3,k4,k5,Rho,Hg1,Hg2,Pn,P1,P2,P3,P4,Hright);

 

if yleft==0

H1=Hleft;

break;

elseif ymid==0

H1=Hmid;

break;

elseif yright==0

H1=Hright;

break;

end

 

if yleft*ymid<0

Hright=Hmid;

elseif yright*ymid<0

Hleft=Hmid;

end

H1=Hmid;

End

Далее вычисляется высота жидкости во второй емкости:

%kvadratnoje uravnenije

%H2^2*(Rho*9.81)+H2*(-P6-Rho*9.81*Hg2)+(P6*Hg2-Pn*Hg2)=0

%koefficienti polinoma

p(1)=Rho*9.81;

p(2)=-P6-Rho*9.81*Hg2;

p(3)=P6*Hg2-Pn*Hg2;

%korni polinoma

korni=roots(p);

H2=0;%objavili peremennuju H2 i inicializirovali ee

if (korni(1)>0) & (korni(1)<Hg2)

H2=korni(1);

else

H2=korni(2);

end

Далее вычисляется Р ₈:

P8=Pn*Hg2/(Hg2-H2);

VectorRes=[v1,v2,v3,v4,v5,P5,P6,P7,P8,H1,H2];

end

Функция VivodResultNaEkran выводит, предварительно преобразовав в строку текста, переменные – результаты вычислений на экран в окна вывода:

function[]=VivodResultNaEkran(VectorRes,hObject, eventdata, handles)

v1=VectorRes(1); v2=VectorRes(2); v3=VectorRes(3); v4=VectorRes(4); v5=VectorRes(5);

P5=VectorRes(6); P6=VectorRes(7); P7=VectorRes(8); P8=VectorRes(9); H1=VectorRes(10); H2=VectorRes(11);

%vivod resultatov na ekran

S=sprintf('%g',H1);

set(handles.edit24,'String',S);

S=sprintf('%g',v1);

set(handles.edit15,'String',S);

S=sprintf('%g',v2);

set(handles.edit16,'String',S);

S=sprintf('%g',v3);

set(handles.edit17,'String',S);

S=sprintf('%g',v4);

set(handles.edit18,'String',S);

S=sprintf('%g',v5);

set(handles.edit19,'String',S);

S=sprintf('%g',P5/1000);

set(handles.edit20,'String',S);

S=sprintf('%g',P6/1000);

set(handles.edit21,'String',S);

S=sprintf('%g',P7/1000);

set(handles.edit22,'String',S);

S=sprintf('%g',P8/1000);

set(handles.edit23,'String',S);

S=sprintf('%g',H2);

set(handles.edit25,'String',S);

end

Функция PostrGrafic строит график, который выводится на экран:

function[k1Array,v1Array,xLlabel,yLlabel,NumberSteps]=PostrGrafic(VectorRes, VectorArg,LeftNameVar,NumberSteps,StepGr,hObject, eventdata, handles,NameVar,NameArg)

% Array означает массив

if (NameArg>8)&(NameArg<14)

LeftNameVar=LeftNameVar*1000;

StepGr=StepGr*1000;

end

VectorArg(NameArg)=LeftNameVar;

k1Array(1)=LeftNameVar;

[VectorRes]=ReshitZadachu(VectorArg);

v1Array(1)=VectorRes(NameVar);

for i=2:NumberSteps+1

k1Array(i)=k1Array(i-1)+StepGr;

VectorArg(NameArg)=k1Array(i);

[VectorRes]=ReshitZadachu(VectorArg);

v1Array(i)=VectorRes(NameVar);

end

plot(k1Array,v1Array,'o-'); % в апострофах указан тип линии на графике: 'o-' синяя линия с маркерами-кружочками; 'k-' черная линия без маркеров,

set(gca,'XGrid','on'); %покрывает сеткой область построения графикой

set(gca,'YGrid','on');

TextVectorArg=[' k1 ','k2 ','k3 ','k4 ','k5 ','Rho(kg/m3) ','Hg1 (m) ','Hg2 (m) ','Pn (Pa) ','P1 (Pa) ','P2 (Pa) ','P3 (Pa) ','P4 (Pa) ','H1 (m) ']; %подписи к осям

TextVectorRes=[' v1(l/s) ','v2(l/s) ','v3(l/s) ','v4(l/s) ','v5(l/s) ',' P5(Pa) ',' P6(Pa) ',' P7(Pa) ',' P8(Pa) ','H1 (m) ','H2 (m) '];

xLlabel=' ';

for i=((NameArg-1)*11+1):(NameArg*11+1)

xLlabel=strcat(xLlabel,TextVectorArg(i));

end

yLlabel=' ';

for i=((NameVar-1)*8+1):(NameVar*8+1)

yLlabel=strcat(yLlabel,TextVectorRes(i));

end

xlabel(xLlabel);

ylabel(yLlabel);

end

Эта функция pushbutton13_Callback выполняется после нажатия на кнопку интерфейса с надписью ПОСТРОИТЬ ГРАФИК:

% --- Executes on button press in pushbutton13.[3]

function [k1Array,v1Array,xLlabel,yLlabel,NumberSteps] =pushbutton13_Callback(hObject, eventdata, handles)

% hObject handle to pushbutton13 (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

NameVar=str2double(get(handles.edit31,'String'));

LeftNameVar=str2double(get(handles.edit29,'String'));

RightNameVar=str2double(get(handles.edit30,'String'));

NameArg=str2double(get(handles.edit28,'String'));

StepGr=str2double(get(handles.edit32,'String'));

Вызывает функцию VvodIshodnDannih описанную выше:

[k1,k2,k3,k4,k5,Rho,Hg1,Hg2,Pn,P1,P2,P3,P4,H1]=VvodIshodnDannih(hObject, eventdata, handles);

NumberSteps=round((RightNameVar-LeftNameVar)/StepGr);

%objavlyajem peremennije

v1=0; v2=0; v3=0; v4=0; v5=0; P5=0; P6=0; P7=0; P8=0; H1=0; H2=0;

VectorRes=[v1,v2,v3,v4,v5,P5,P6,P7,P8,H1,H2];

VectorArg=[k1,k2,k3,k4,k5,Rho,Hg1,Hg2,Pn,P1,P2,P3,P4,H1];

Вызывает функцию PostrGrafic описанную выше:

[k1Array,v1Array,xLlabel,yLlabel,NumberSteps]=PostrGrafic(VectorRes, VectorArg,LeftNameVar,NumberSteps,StepGr,hObject, eventdata, handles,NameVar,NameArg);

end

Выполняется после нажатия на кнопку интерфейса с надписью ВЫЧИСЛИТЬ:

% --- Executes on button press in pushbutton3.

function [VectorRes,VectorArg]=pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles)

% hObject handle to pushbutton3 (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

Вызывает функцию VvodIshodnDannih описанную выше:

[k1,k2,k3,k4,k5,Rho,Hg1,Hg2,Pn,P1,P2,P3,P4,H1]=VvodIshodnDannih(hObject, eventdata, handles);

VectorArg=[k1,k2,k3,k4,k5,Rho,Hg1,Hg2,Pn,P1,P2,P3,P4,H1];

v1=0; v2=0; v3=0; v4=0; v5=0; P5=0; P6=0; P7=0; P8=0; H1=0; H2=0;

VectorRes=[v1,v2,v3,v4,v5,P5,P6,P7,P8,H1,H2];

Вызывает функцию ReshitZadachu описанную выше:

[VectorRes]=ReshitZadachu(VectorArg);

Вызывает функцию VivodResultNaEkran описанную выше:

VivodResultNaEkran(VectorRes,hObject, eventdata, handles);

end

Выполняется после нажатия на кнопку интерфейса с надписью СОХРАНИТЬ В ФАЙЛ и сохраняет результаты в файл:

% --- Executes on button press in pushbutton2.

function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles);

Вызывает функцию, соответствующую нажатию кнопки с надписью ВЫЧИСЛИТЬ, и получает результаты вычислений:

%Vichislit resultati

[VectorRes,VectorArg]=pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles);

Создает и открывает для записи файл C:\MATLAB701\work\S279Res.txt, предполагая, что рабочая директория MATLAB – это C:\MATLAB701\work (в противном случае перед применением программу надо модифицировать, поместив на это место соответствующую папку и путь к ней):

%otkrit fail dlya zapisi

[f,p]=uiputfile('C:\MATLAB701\work\S279Res.txt','Окно выбора');

KudaZapisat=strcat(p,f);

f=fopen(KudaZapisat,'wt');

%gotovim dannije dlja avtomaticheskogo schitivanija

for i=1:11

fprintf(f,'%g\t',VectorRes(i));

end

for i=1:14

fprintf(f,'%g\t',VectorArg(i));

end

%sohranit v fail resultati vichislenij

fprintf(f,'\nS279_STAT_REG_IN_HIDRAVL_SIST_08\n');

fprintf(f,'RESULTATI VICHISLENIY\n');

TextString=strcat(' v1(l/s) ','v2(l/s) ','v3(l/s) ','v4(l/s) ','v5(l/s) ',' P5(Pa) ',' P6(Pa) ',' P7(Pa) ',' P8(Pa) ','H1 (m) ','H2 (m) ');

fprintf(f,TextString);

fprintf(f,'\n');

for i=1:11

fprintf(f,'%g\t',VectorRes(i));

end

%sohranit v fail ishodnije argumenti

fprintf(f,'\nARGUMENTI VICHISLENIY\n');

TextString=strcat(' k1 ','k2 ','k3 ','k4 ','k5 ','Rho(kg/m3) ','Hg1 (m) ','Hg2 (m) ','Pn (Pa) ','P1 (Pa) ','P2 (Pa) ','P3 (Pa) ','P4 (Pa) ','H1 (m) ');

fprintf(f,TextString);

fprintf(f,'\n');

for i=1:14

fprintf(f,'%g\t',VectorArg(i));

end

fclose(f);

end

Выполняется после нажатия на кнопку интерфейса с надписью ОТКРЫТЬ ИЗ ФАЙЛА и открывает данные из файла:

% --- Executes on button press in pushbutton14.

function pushbutton14_Callback(hObject, eventdata, handles)

%Otkrit is faila

[f,p]=uigetfile('C:\MATLAB701\work\S279Res*.txt','Окно выбора');

OtkudaChitat=strcat(p,f);

f=fopen(OtkudaChitat,'rt');

%chitat is faila

for i=1:11

VectorRes(i)=fscanf(f,'%g',1);

end

for i=1:14

VectorArg(i)=fscanf(f,'%g',1);

if (i>8)&(i<14)

VectorArg(i)=(VectorArg(i))/1000;

end

end

fclose(f);

%vivod na ekran

VivodResultNaEkran(VectorRes,hObject, eventdata, handles);

VivodArgumentovNaEkran(VectorArg,hObject, eventdata, handles);

end

Выполняется после нажатия на кнопку интерфейса с надписью СОХРАНИТЬ ГРАФИК В ФАЙЛ:

% --- Executes on button press in pushbutton8.

function pushbutton8_Callback(hObject, eventdata, handles)

%postroit grafic [k1Array,v1Array,xLlabel,yLlabel,NumberSteps]=pushbutton13_Callback(hObject, eventdata, handles);

%Sohranit grafic v fail

[f,p]=uiputfile('C:\MATLAB701\work\S279Graf.txt','Окно выбора');

KudaZapisat=strcat(p,f);

f=fopen(KudaZapisat,'wt');

%gotovim dannije dlja avtomaticheskogo chitivanija

fprintf(f,'%d\t',NumberSteps);

for i=1:(NumberSteps+1)

fprintf(f,'%g\t',k1Array(i));

end

fprintf(f,'\n');

for i=1:(NumberSteps+1)

fprintf(f,'%g\t',v1Array(i));

end

%zapisivajem argumenti [k1,k2,k3,k4,k5,Rho,Hg1,Hg2,Pn,P1,P2,P3,P4,H1]=VvodIshodnDannih (hObject, eventdata, handles);

VectorArg=[k1,k2,k3,k4,k5,Rho,Hg1,Hg2,Pn,P1,P2,P3,P4,H1];

for i=1:14

fprintf(f,'%g\t',VectorArg(i));

end

%podpisi k osyam grafica

fprintf(f,'%s\t%s\n',xLlabel,yLlabel);

fclose(f);

end

Выполняется после нажатия на кнопку интерфейса с надписью ОТКРЫТЬ ГРАФИК ИЗ ФАЙЛА:

% --- Executes on button press in pushbutton15.

function pushbutton15_Callback(hObject, eventdata, handles)

%otkrit grafic is faila

[f,p]=uigetfile('C:\MATLAB701\work\S279Graf*.txt','Окно выбора');

OtkudaChitat=strcat(p,f);

f=fopen(OtkudaChitat,'rt');

%chitat is faila

NumberSteps=fscanf(f,'%d',1);

for i=1:NumberSteps+1

k1Array(i)=fscanf(f,'%g',1);

end

for i=1:NumberSteps+1

v1Array(i)=fscanf(f,'%g',1);

end

for i=1:14

VectorArg(i)=fscanf(f,'%g',1);

if (i>8)&(i<14)

VectorArg(i)=(VectorArg(i))/1000;

end

end

xLlabel=fscanf(f,'%s',1);

yLlabel=fscanf(f,'%s',1);

fclose(f);

%stroim grafic

plot(k1Array,v1Array,'o-');

set(gca,'XGrid','on');

set(gca,'YGrid','on');

xlabel(xLlabel);

ylabel(yLlabel);

%vivod na ekran

VivodArgumentovNaEkran(VectorArg,hObject, eventdata, handles);

End