Профессионально-ознакомительная практика

 

Методические указания и перечень заданий

 

Утверждено
на заседании кафедры
24 июня 2005 г.

Протокол № 5

 

Москва 2012

Содержание

 

 

1. Цель практики.................................................................................... 3

2. Требования к прикладной программе.............................................. 4

3. Содержание отчета по практике........................................................ 7

4. Постановка решаемых задач............................................................. 8

4.1. Исследование управляемого движения искусственного спутника Земли (коды ИСЗ-1…ИСЗ-18)......................................................... 8

4.2. Анализ траектории спускаемого аппарата в атмосфере Земли (код СПУСК-1)............................................................................................ 16

4.3. Анализ траектории спуска космического аппарата в атмосфере Марса (код СПУСК-2).............................................................................. 17

4.4. Анализ движения подводного аппарата (код ПЛА)............ 18

4.5. Кинематическое исследование траекторий самонаведения с использованием метода погони (код ЗУР)...................................................... 19

4.6. Нахождение переходной (фундаментальной) матрицы для системы линейных уравнений (код МАТРИЦА)............................... 20

5. Методика программирования........................................................... 22

6. Литература......................................................................................... 32

Приложение 1. Варианты заданий........................................................ 33

 

 

Цель практики

 

Профессионально–ознакомительная практика проводится в четвертом семестре в течение четырех недель.

Цель практики – закрепление навыков применения современных методов программирования и моделирования при выполнении поверочно–баллистических расчетов, разработке систем управления ЛА, а также ракетно–космических систем и комплексов.

Задача практики состоит в разработке прикладной программы в среде операционной системы Windows 2000/XP с использованием системы программирования Delphi 6.0, библиотеки Simulate 1.0 [1], а также механизмов доступа к базам данных.

Каждый студент получает индивидуальное задание, содержащее постановку задачи, ее математическую формулировку, перечень исходных данных и требования к представлению результатов. Перечень заданий приведен в Приложении 1. Допускается выдача задания студенту его научным руководителем по курсу «Основы научных исследований».

Прикладная программа, создаваемая по индивидуальному заданию, должна отвечать требованиям, сформулированным в разделе 2.

Для сдачи зачета (с оценкой) по практике необходима подготовка отчета в соответствии с указаниями, изложенными в разделе 3.

Типовое задание на практику предусматривает решение задачи, связанной формирование с интегрированием системы обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих возмущенное управляемое движение летательного аппарата, с целью расчета траектории движения. Для составления программы рекомендуется использовать библиотеку моделирования сложных динамических систем Simulate 1.0. Сведения о ней содержатся в пособии [1]. Пример применения дан в разделе 5.

 

Требования к прикладной программе

 

Одним из важнейших вопросов при разработке любого программного комплекса является сценарий его работы и взаимодействие с другими приложениями. Типовым сценарием является сценарий вида:

ПОДГОТОВКА_ДАННЫХ -> ВЫПОЛНЕНИЕ_РАСЧЕТОВ -> ПРОСМОТР_И_АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ -> СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА.

Подготовка данных включает в себя выбор (генерацию) корректных данных и ввод их в программу. Программа должна проверять корректность введенных данных и, в случае обнаружения ошибки, информировать об этом пользователя и блокировать ее дальнейшее выполнение. Кроме того, программа должна иметь возможность восстановления данных, принятых по умолчанию.

В настоящее время для работы с данными широко используются различные системы управления реляционными базами данных (СУБД), такие как Paradox, Interbase, MS SQL Server и другие. Работа этих систем основана на использовании специального языка запросов SQL, а отличие заключается только в программной реализации. В связи с этим программа должна хранить данные, например, в Paradox-таблицах, доступ к которым может быть осуществлен через механизм Borland Database Engine (BDE). Для этого, студент для поставленной задачи должен

· определить логическую структуру данных и их взаимосвязи;

· реализовать структуру данных в виде совокупности связанных между собой таблиц БД

· реализовать механизм взаимодействия между программой и БД.

Выполнение расчетов должно производится программой. Во время выполнения программа должна представлять пользователю всю необходимую информацию (как текстовую, так и графическую) о текущем состоянии задачи и обнаруженных в процессе выполнения ошибках, при этом в любой момент пользователь должен иметь возможность как приостановить, так и полностью прервать выполнение.

Программа должна иметь возможность сохранять (накапливать) полученные результаты в отдельных файлах. При этом нарушение целостности решения задачи (соответствие файлов исходных данных и результатов) недопустимо.

Программа должна предоставлять пользователю всю необходимую информацию (желательно в виде отдельных файлов) для составления отчета о работе, а также автоматизировать процесс его составления. Возможна печать фрагментов или всего отчета. При этом составление универсальных программ в настоящее время не имеет смысла (например, для подготовки отчетов не стоит второй раз изобретать текстовый процессор Word). Поэтому на каждом этапе необходимо не только прорабатывать сценарий работы самой программы, но и сценарий ее взаимодействия с другими программными комплексами, кафедральными в том числе. Например, на этапах подготовки данных и анализа результатов пользователь может активно использовать такие популярные продукты как Microsoft Office, Grapher, Matcad, Maple, а для составления отчетов использовать Microsoft Word или язык HTML. Механизм взаимодействия пользователя с другими приложениями подлежит дополнительной проработке и закрепляется в Руководстве Пользователя.

Программа должна иметь интуитивно понятный интерфейс. В настоящее время графический интерфейc ОС Windows принят в качестве стандарта де’факто для пользовательского интерфейса большинства программ. Это дает возможность пользователю легко адаптироваться к новым приложениям. Кроме того, удобный объектно-ориентированный диалог позволяет даже неопытному пользователю легко управлять программой. Типичный вид Windows-приложения представлен на рисунке 2.1.

Рис. 2.1.

Любое приложение должно иметь заголовок, строку меню с обязательным элементом “Файл” (см. рисунок), панель инструментов, поле для отображения текущей информации и строку состояния. Возможна организация дочерних окон как в стиле MDI, так SDI.

¨ в подменю “Параметры” вызываются диалоговые формы изменения исходных данных;

¨ в подменю “Выполнение” вызываются функции управления процессом вычислений (начать выполнение, закончить выполнение, приостановить выполнение);

¨ в подменю “Просмотр результатов” вызываются диалоговые формы просмотра результатов расчетов;

¨ в подменю “Инструменты” вызываются другие приложения Windows с которыми организовано взаимодействие программы;

¨ в подменю “Помощь” вызываются как специальные средства организации подсказок Windows, так и средства представления электронного варианта описания программного комплекса.

При создании диалоговых форм следует особое внимание уделить проверке корректности ввода исходных данных. Например, в поле, где требуется ввод числовых значений, ввод любых символов, которые в совокупности нельзя интерпретировать как число, недопустим. Следует блокировать ввод значений, выходящих за пределы допустимых диапазонов. Такая проверка должна осуществляться самой программой. Хотя вид диалоговых форм определяется разработчиком, но на каждой панели кроме стандартных кнопок “OK”, “Отказ” и “Помощь” должна быть кнопка “Восстановить” для восстановления исходных данных, принятых по умолчанию.

 

 

Содержание отчета по практике

 

По результатам работы студент должен предоставить следующие материалы

¨ Отчет, оформленный в соответствии с ГОСТ7.32-91.НТО.

¨ Электронный вариант отчета по практике в виде файла-документа, подготовленного в редакторе MS Word, включающего в себя необходимые таблицы и графики.

¨ Исходные и исполняемые файлы прикладных программ, выполненные студентом во время прохождения практики.

В отчет должны быть включены:

¨ постановка задачи,

¨ логическая структура данных и выбранный способ ее реализации

¨ вариант исходных данных,

¨ метод решения,

¨ численные и графические результаты решения поставленной задачи, отражающие правильность ее выполнения

¨ описание программы в виде руководства пользователя и руководства программиста с описанием интерфейса разработанных студентом модулей и механизма межпрограммного взаимодействия.

Постановка решаемых задач

 

4.1. Исследование управляемого движения искусственного спутника Земли

 

Считается, что в заданный момент времени t_в включается двигатель коррекции, который работает в течение времени t. При этом управление (угол между вектором тяги и радиус–вектором ИСЗ) в каждый момент времени вычисляется так, чтобы обеспечивалось постоянство или максимальная скорость изменения одного из оскулирующих элементов: эксцентриситета, расстояния до перицентра, большой полуоси и т.д.

Цель исследования – изучить поведение элементов орбиты спутника по времени при различных методах ориентации вектора тяги корректирующего двигателя.

Метод исследования – численное интегрирование системы нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений.

Используются дифференциальные уравнения плоского возмущенного движения искусственного спутника Земли (ИСЗ) различного вида.

Варианты заданий отличаются друг от друга видом уравнений движения и методом управления.

 

 

Исходные данные

 

а) Параметры орбиты в начальный момент времени:

- большая полуось a,

- эксцентриситет орбиты e,

- аргумент широты спутника u

- аргумент перигея w.

- наклонение плоскости орбиты к экватору i

- долгота восходящего узла W

 

б) Масса ИСЗ, тяга двигателя, направление тяги (+ или -)

в) Время включения двигателя t_в и длительность его работы t.

г) Длительность интервала моделирования и шаг интегрирования

е) Метод интегрирования (Эйлера, Эйлера-Коши или Рунге-Кутта).

ж) Закон управления (выбор одного из двух по варианту задания)

 

Примерные диапазоны исходных данных

 

Масса ИСЗ – от 500 до 15000 кг

Тяга двигателя – от 1N до 1000 N

Большая полуось – от 7000 до 430000 км

Эксцентриситет – от 0 до 0.8

Аргумент широты – от 0 до 360^о

Аргумент перигея – от 0 до 360^о

Наклонение орбиты – от –90^о до 90^о

Долгота восходящего узла – от 0 до 360^о.

Интервал моделирования (по умолчанию) равен начальному периоду обращения ИСЗ:

Шаг интегрирования – от 60 до 600 с.

 

Представление результатов

 

Программа моделирования движения должна обеспечивать построение графиков зависимостей элементов орбиты от времени:

 

a(t) – большая полуось

p(t) – фокальный параметр

e(t) – эксцентрисистет

R_p(t) – расстояние в перигее

R_a(t) – расстояние в апогее

 

Необходимо обеспечить запись результатов интегрирования уравнений движения по шагам в текстовый файл.

 

 

 

Варианты уравнений движения

 

1. Уравнения в оскулирующих элементах.

 

 

 

 

 

 

 

где - расстояние от центра Земли до ИСЗ;

p – фокальный параметр орбиты, ;

е – эксцентриситет орбиты;

J – истинная аномалия;

w – аргумент перигея орбиты;

R_a – радиус апогея;

R_p – радиус перигея орбиты;

F – ускорение, сообщаемое ИСЗ двигателем коррекции;

l – угол между радиус–вектором ИСЗ и направлением тяги

m – гравитационная постоянная Земли (0.398603×10⁶ км³/с²).

Систему уравнений в оскулирующих элементах можно применять при е>0.