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
znaczÄ…cych)
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
dowolnÄ… kombinacjÄ….
3. Podać równania definicyjne elementów idealnych konserwatywnych (magazynujących energię) w procesach
elektrycznych. (4p)
MagazynujÄ…ce:
diL
cewka indukcyjna L: U =L
L
dt
duC
kondensator C: iC=C
dt
Dysspasywne:
opór elektryczny R: U(t)=RÅ"i(t)
4. Przekształcić równanie różniczkowe y  2y + 5x = 0 w równanie różnicowe wykorzystując algorytm Eulera
 wstecz z okresem próbkowania T = 0,1s. (4p)
y'-2y + 5x = 0
dy
- 2y + 5x = 0
dt
"y[n]
- 2y[n] + 5x[n] = 0Å"T
T
"y[n] = y[n] - y[n -1]
y[n] - y[n -1] - 2Ty[n] + 5Tx[n] = 0
y[n](1- 2T)- y[n -1] + 5Tx[n] = 0
0,8y[n] - y[n -1] = -0,5x[n]
5. Jakie warunki musi spełniać układ rzeczywisty (trójwymiarowy) w układzie współrzędnych xyz aby można go było
modelować zastępując układem dwuwymiarowym w płaszczyz
nie xy? (3p)
Przy założeniu że w kierunku osi z nie występują zmiany: kształtu obszaru, właściwości środowiska ani z
ródeł pola.
6. Wymienić z
ródła 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 węz
le 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 węz
le bÄ™dzie mniejszy od zaÅ‚ożonej liczby µ
"=maxVi,k ( j+1)-Vi,k j d"µ
7. Zdefiniować warunki brzegowe dla krawÄ™dzi kwadratu o boku 100cm tak, ay zamodelować w jego wnÄ™trzu (µr = 1)
jednorodne pole magnetostatyczne o natężeniu H = 10 000 A/m i kierunku pokazanym na rysunku. (3p)
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)
MagazynujÄ…ce:
dv
Ò! masa M: f(t)=mÅ"
dt
Ò! sprężystość K: f(t)=sÅ"x(t)
dÉ
Ò! moment bezwÅ‚adnoÅ›ci J: u(t)=J
dt
Dysspasywne:
Ò! tÅ‚umienie D: f(t)=DÅ"y(t)
4. Przekształć równanie różniczkowe y'-2y=5x na równanie różnicowe stosując algorytm Eulera  wprzód . (4p)
y'-2y = 5x
dy
- 2y = 5x
dt
"y[n]
- 2y[n] = 5x[n]Å" T
T
"y[n] = y[n + 1] - y[n]
y[n + 1] - y[n] - 2Ty[n] = 5Tx[n]
y[n + 1] -(1 + 2T)y[n] = 5Tx[n]
5. Wymienić jaki jest typ modelu przedstawionego na rysunku i narysować go w odpowiednim układzie
współrzędnych. (3p)
6. Omówić z
ródła 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.
Krawędz
ma 50cm. (3p)