Дослідження методів опису великих систем. Моделювання електричного кола першого порядку. Дослідження впливу випадкового шуму на систему

Мета роботи – навчитись визначати системи за їх основними характеристиками представленими у вигляді диференціального рівняння. Аналізувати стан системи при впливу зовнішніх чинників, наприклад шуму.

Теоретичні відомості

Класифікація систем має принципово важливе значення, тому що використовується для побудови математичних моделей (ММ) систем.

Класифікація систем

Складною системою називається система, в моделі якої недостатньо інформації для ефективного управління цією системою.

Таким чином, ознакою простоти системи є достатність інформації для її управління. Якщо ж результат керування, отриманий за допомогою моделі, буде несподіваним, то таку систему відносять до складної.

Для переведення системи в розряд простої необхідне отримання відсутньої інформації про неї і включення її в модель.

Від складних систем необхідно відрізняти великі системи.

Система, для актуалізації моделі якої з метою управління бракує матеріальних ресурсів (машинного часу, ємності пам'яті, інших матеріальних засобів моделювання) називається великою.

До таких систем відносяться економічні, організаційно-управлінські, нейрофізіологічні, біологічні тощо системи.

За своїми властивостями системи можуть бути класифіковані за такими ознаками:

– складні, прості;

– динамічні, статичні;

– детерміновані, стохастичні;

– лінійні, нелінійні;

– стаціонарні, нестаціонарні;

– дискретні, безперервні.

Динамічні системи характеризуються тим, що їх вихідні сигнали в даний момент часу визначаються характером вхідних впливів у минулому і сьогоденні (залежить від передісторії). В іншому випадку системи називають статичними.

Прикладом динамічних систем є біологічні, економічні, соціальні системи; такі штучні системи як завод, підприємства, потокова лінія, тощо.

Детермінованою називають систему, якщо її поведінку можна абсолютно точно передбачити. Система, стани якої залежать не тільки від контрольованих, але і від неконтрольованих впливів, або якщо в ній самій знаходиться джерело випадковості, називається стохастичною. Приклад стохастичних систем, це - заводи, аеропорти, мережі і системи ЕОМ, магазини, підприємства побутового обслуговування і т.д.

Розрізняють системи лінійні і нелінійні. Для лінійних систем реакція на суму двох або більше різних впливів еквівалентна сумі реакцій на кожне збурювання окремо, для нелінійних - це не виконується.

Якщо параметри систем змінюються в часі, то вона називається нестаціонарною, протилежним поняттям є поняття стаціонарної системи.

Приклад нестаціонарних систем - це системи, де процеси, наприклад, старіння є на даному інтервалі часу істотними.

Якщо вхід і вихід системи виміряється або змінюється в часі дискретно, через крок ∆t, то система називається дискретною. Протилежним поняттям є поняття безперервної системи. Наприклад:

– ЕОМ, електронні годинники, електролічильник - дискретні системи;

– пісочний годинник, сонячний годинник, нагрівальні прилади тощо - безперервні системи.

Методологія системного підходу при вирішенні задач аналізу систем зводиться до того, що дослідження об'єкта орієнтується на розкритті його інтегративних якостей, на виявленні різноманітних зв'язків і механізмів, що забезпечують ці якості.

Системний підхід - напрямок методології дослідження, в основі якого лежить розгляд об'єкта, як цілісної безлічі елементів у сукупності відносин і зв'язків між ними, тобто розгляд об'єкта як системи.

Лінійним диференціальним рівнянням першого порядку називається рівняння, лінійне відносно невідомої функції та її похідної, яке має вигляд:

Розглянемо найпростіший лінійний електричний ланцюг першого порядку - так званий – RC - ланцюг (рис. 1.5). На вхід ланцюга подається напруга  такого вигляду:

                                        (1.1)

Рис.1.5.  Лінійний електричний ланцюг першого порядку

Рівняння ланцюга                     (1.2)                        (1.3) (1.4)               (1.5)

З урахуванням (1.3) рівняння (1.4) приймає вигляд:

                         (1.6)