Министерство образования Республики Беларусь.

Гомельский  государственный технический университет  имени П. О. Сухого 
 
 

Кафедра

“ Информационные технологии ” 

Курсовая  работа по курсу 

“ Вычислительная техника  и программирование ”

На  тему

“Использование ПК для расчета разветвленной электрической цепи постоянного тока”

Защита                                     Выполнил студент группы ПЭ-22

                                                  Вилаков А.Ф.

                                                  Принял преподаватель: 
                                                   
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                          

                                                       Гомель 2005г

                                                    

                                                         СОДЕРЖАНИЕ

 
 

  Введение……………………………………………………………………….….3 

   1. ПОСТАНОВКА    ЗАДАЧИ……………..……..……………….....................4 

   2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ   СВЕДЕНИЯ К РАБОТЕ…………………………..…6 

     3. СИСТЕМНОЕ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭВМ…………..….11 

     4. РАЗРАБОТКА  СТРУКТУРЫ  ПРОГРАММЫ……………………….……12

 

   5. РАЗРАБОТКА  АЛГОРИТМА  РЕШЕНИЯ  ЗАДАЧИ И ОПИСАНИЕ

      ЕГО РАБОТЫ…………………………………………………………………16

 

   6. АНАЛИЗ  ПОЛУЧЕНННЫХ  РЕЗУЛЬТАТОВ……………………….…….31

  

   7. ИНСТРУКЦИЯ  ПОЛЬЗОВАТЕЛЮ………………………………….……..32

     

      ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………..…35 

       ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………...….36 

       ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ)

   

       ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (ГРАФИКИ) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                          

                                                      Введение

 

        Вторая половина 20 века характеризуется научно-техническим прогрессом во всех областях и наиболее важным результатом этого является повсеместное внедрение вычислительной техники практически во все отрасли человеческой деятельности. Одним из основных движущих факторов его является быстрое развитие электронной техники, опережающее по своим темпам другие отрасли. Это объясняется огромными возможностями электронной техники при решении таких задач, как создание устройств вычислительной техники, автоматического контроля и управления агрегатами, их комплексами, технологическими процессами, систем визуального отображения информации и др.         Современные компьютеры малогабаритны; имеют сравнительно 
невысокую стоимость и энергопотребление, высокую надежность и 
быстродействие. Они могут быть приспособлены к самым различным 
задачам науки и техники.

Главное преимущество ПЭВМ - возможность использование их в 
профессиональной деятельности миллионов людей, многие из которых 
ранее не были связаны с вычислительной техникой.

        Сегодня  трудно  даже   представить  себе  работу   любого,  даже 
самого  мелкого  предприятия  без  компьютера.  Компьютеры  помогают 
решать  научные  и  народнохозяйственные  задачи,  управляют  заводами и полетами спутников, предсказывают погоду и ставят диагноз 
болезни, играют в шахматы  и  переводят с одного языка на другой. Внедрение   компьютеров и, в частности баз  данных   в   какую-либо  область  деятельности  человека,   позволяет   значительно   облегчить  поиск    нужной   информации   и   работу   с   ней.                                                                                                                                                                                    В этой области наибольшее предпочтение получили программы 
для математических расчетов в узкоспециализированных областях 
деятельности. Ярким  доказательством этого служит данная курсовая 
работа,   направленная  на  облегчения расчетов  по  электротехнике. 

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.  

             В данном курсовом проекте предполагается, что 
разрабатываемая программа должна использоваться как средство 
изучения и анализа определенной разветвленной электрической 
схемы.   Для   расчета   предполагается   использовать   два 
распространенных метода. Одним из основных условий должно быть 
удобство работы пользователя и доходчивый, понятный интерфейс. 
-  По режимам программу можно разделить на несколько основных 
пунктов:

• Ввод исходных данных:

• Выбор  метода расчета;

• Расчет и вывод результатов;

• Расчет зависимости и построение по ней  графика в среде Delphi;

   Для правильного функционирования программы  необходимы 
данные определяющие показатели цепи.

   Важным  аспектом является то, что в процессе обработки данные и 
результаты необходимо использовать максимально точно для 
обеспечения    достоверности    проверки   по    методу   баланса     мощности,   а также    точности      построения    графика. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

РАСЧЁТНАЯ СХЕМА. 
 

 
 

Стрелками обозначены направления токов, а цифрами – номера узлов.

Исходные   данные:

R1=1 Ом;

R2=1 Ом;

R3=1 Ом;

R4=1 Ом;

R5=1 Ом;

J=3A;

E1=3 B;

E2=6 B. 
 
 
 
 
 

2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ    СВЕДЕНИЯ К  РАБОТЕ.

Поясним  суть   двух  методов   расчета   схемы.

1. Метод контурных токов.

 Рассмотрим  общий  порядок  расчета   по  МКТ.

 В этом методе в качестве  неизвестных  выберем   контурные  токи.

 
 

1.Топологический   анализ   схемы.

    n  - число   ветвей   схемы.

    n(J) -  число   ветвей  с  источниками  тока.

    P’  -  число расчетных   контуров.

   Y -  число узлов схемы. 

    P’= n – (Y - 1) – n(J)= 5-(2-1)-1=3

    Каждый   источник  тока  снижает   порядок   системы  на  единицу.

   

Выбираем  направление  контурного  тока.

  2.Формируем систему уравнений в матричной форме.     

   [Rkk]*[Ikk]=[Ekk] , из  второго  закона  Кирхгофа.

   [Rkk] – матрица контурных сопротивлений. 

                                   R1+R2             -R1                    0     

[Rkk]=          -1R                    R1+R3             0

                         0                        0                     R4 
 
 

 По  главной  диагонали  -  контурное сопротивление k-го  контура.

 По  побочной  диагонали    Rkm=Rmk  -  сумма сопротивлений  ветвей, общих для  контура  k  и m.

 Матрица  Rkk  симметрична  относительно  главной  диагонали.

 [Ikk] - матрица неизвестных контурных токов.

 [Ekk] - матрица   контурных ЭДС.                                              

                          E1

[Eкк] =               J*R3

                          -E2

     
(Ekk) – правая  часть  уравнения  по  2-му  закону  Кирхгофа.

Решаем  данную  систему   матричным методом  и  находим  контурные  токи.

 3. Произвольно  выбираем  направление  токов  в  схеме  и  находим  их  как  алгебраическую  сумму  контурных  токов  через  данную  ветвь.

 I1=I11-I22; I2=I11; I3=I22+J; I4=I33;

 

   2.Баланс  мощностей.

Рист – мощность,  выделяемая  на  ЭДС и источниках   тока.

   Рн  – мощность,  выделяемая  на  нагрузках.

    Рист = Рн                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   

              

падение  напряжения  на  k-ом  резисторе.

Рист =P(E)+P(J)

              

P(E) – мощность,  выделяемая  на  источниках  ЭДС.

Если  ЭДС  и  сила  тока  совпадают  по  направлению,  то  “+” ,а не совпадает “–”

В случае получения  отрицательной  мощности –  источник  работает  как  потребитель  энергии.

                            Jk                        

            

                              Ujk

    Pkj = Ujk*Jk                                                                

                  

  Погрешность расчёта вычисляется по формуле:

            Рист  - Рн          

                                               * 100% =Q       (Qmax =3%) 

                  Рн  

3. Порядок расчета зависимости I(R).

   По  закону  Ома  для  участка  цепи   I=1/R . При  расчете  схемы  могут

   появиться  коэффициенты  и зависимость примет  вид:

         I(R)= a + b/R

   Графиком  такой  функции  является   ветвь  гиперболы.

   Чтобы  построить   график, в данной  схеме меняем  R  с определенным  шагом и находим I  в зависимости от  R ,  после  чего  строим  зависимость в  масштабе.

 

3. СИСТЕМНОЕ И ТЕХНИЧЕСКОЕ  ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭВМ

     Аппаратным комплексом в данном случае является IBM PC совместимый компьютер, поддерживающий команды Х86 и работающий под управление операционной системы Windows 95 и выше. Назначение программного комплекса в рассматриваемом случае является анализ разветвленных электрических цепей с использованием матричного метода.

Для работы с  данной программой необходимо следующее системное и программное обеспечение ЭВМ:

 1.    Минимальный объем оперативней памяти 32 мБ.

2.    Минимальный объем жесткого диска 200 МБ.

3.    Процессор не ниже intel Pentium 133.

4.    Операционная система MS Windows 95 и  выше.

5.    Любой графический монитор.

6.    Клавиатура.

7.    Манипулятор «мышь».

    Структурно аппаратный комплекс делим на аппаратную часть и программную часть. Аппаратная часть предназначена для реализации функций получения, преобразования и представления информации. В данном случае от пользователя поступают данные, которые преобразовываются в двоичное представление, обрабатывается в соответствии с заданными алгоритмами и полученный результат проходит обратное преобразование из двоичного кода в удобный для пользователя вид. Основными аппаратными средствами, интересующие нас с точки зрения обработки информации являются клавиатура, манипулятор мышь, дисплей. Взаимодействие остальных частей производиться под управление операционной системы.

    Программная часть делится на операционную систему и выполняемый в данном случае алгоритм. Операционная система управляет взаимодействием частей аппаратного комплекса и работой рассматриваемого алгоритма.

Разрабатываемый алгоритм производит анализ введенных  данных в соответствии с заложенными функциями. Результат обработки информации предоставляется на экране дисплея.

    Разработанное программное обеспечение проходило тестирование под управлением Windows XP.

4.ТАБЛИЦА  ИСПОЛЬЗУЕМЫХ  ПЕРЕМЕННЫХ

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5.РАЗРАБОТКА  АЛГОРИТМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ И ОПИСАНИЕ  ЕГО РАБОТЫ.

Произведем  расчет схемы методом  контурных  токов. 

 

1.Расчитаем   данную  схему    методом контурных токов   и составим  балланс мощностей в качественной  форме.

Формируем матрицу  контурных  сопротивлений и напряжений. 

  

Определим контурные  токи матричным методом:

                
 
 
 
 
 
 
 
 

Определим токи ветвей:

                  

Сделаем проверку расчета балансом мощностей

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Для функционирования программы необходимо задать данные 
описывающие основные параметры элементов расчетной схемы, по 
заданию существуют данные, вводимые по умолчанию, но в программе 
существует возможность изменить их.

    К рассмотренным данным относятся:

    Номинальные сопротивления ветвей расчетной  схемы - R1 – R4 
(вводимые в Ом - ах.)

    Значения  ЭДС источников Е1 и Е2 заносимые  а Вольтах.

    Значение  источника тока J1 в Амперах;

   Расчёт  полученных матриц необходимо  производить с помощью матричного метода. Суть этого метода заключается в нахождении обратной матрицы. После этого не составляет труда найти неизвестные узловые потенциалы путем перемножения обратной матрицы узловых проводимостей на матрицу источников тока. Из узловых потенциалов находим неизвестные токи ветвей.

    

 
 
 
 
 
 

                                                      
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6.АНАЛИЗ  ПОЛУЧЕНННЫХ  РЕЗУЛЬТАТОВ

 

    К результатам работы программы можно отнести значения 
полученных токов (Ампер) в ветвях расчетной схемы для всех методов 
расчета, значения потенциалов узлов, мощностей (Ватт) полученных при проверке правильности расчета.

    Для примера приведен листинг результатов  выполненного 
расчета для данных по умолчанию:

 

 

                           

    Анализируя полученные данные, можно сделать вывод:

Значения  токов и потенциалов получились такими, как и при расчёте вручную.  
 
 
 

7. ИНСТРУКЦИЯ  ПОЛЬЗОВАТЕЛЮ

Для начала выполнения программы необходимо запустить  на исполнение файл GoR.exe

Программа способна производить следующие действия:

- Ввод исходных данных с помощью клавиатуры  и мыши.

- Расчет схемы  по МКТ.

- Построение  графика зависимости напряжения E1 от сопротивления R2. 

Все эти возможности  отражены в главном меню программы. 
Чтобы произвести любое из перечисленных выше действий, 
достаточно выбрать соответствующий пункт и кликнуть по нему мышкой.

Выбор осуществляется после запуска и после каждого 
действия в противном случае расчёт произведётся с данными, установленными по умолчанию.

    Для выбора методов расчёта необходимо зайти в меню  и выбрать соответствующий пункт.

   Исходные  данные вводятся с клавиатуры, либо устанавливаются значения по умолчанию. Ввод исходных данных завершается нажатием кнопки «Ввод».

    Расчет  производится выбором соответствующего пункта меню.

    После этого  возможно построение графика зависимости напряжения  E1 от сопротивления R2.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Запуск программы.

Ввод исходных значений.

 
 
 
 

Расчет токов.

Баланс мощностей.

 
 
 
 

График зависимости.

О программе.

 
 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

     Представленный в данной курсовой  работе программный продукт 
представляет собой удобное средство работы с расчетной 
схемой. Он позволяет быстро изменять исходные данные и безошибочно производить необходимые расчеты.

Программа позволяет  просматривать результаты работы на 
дисплее компьютера, а при необходимости выводить их на принтер.

      При выполнении курсового проекта  соблюдены все 
требования, указанные в задании. Программа написана на языке 
программирования Borland C++ Builder 6.0 и полностью соответствует всем требованиям, поставленным перед ней.

      Содержание    и    оформление   пояснительной    записки 
удовлетворяют всем требованиям ГОСТа и рекомендациям. 
Пояснительная записка содержит листинг текста программы и блок 
схемы методов расчёта.

      Данная программа способна повысить  производительность труда 
и до минимума сократить усилия и затраты времени при работе с 
расчетной схемой. 
 
 
 
 
 
 
 

  ЛИТЕРАТУРА

 

1. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. - М. 
В. ш., 1984 - 560 с

2. Новиков А.А. M-VX .№2477 Решение задач в среде MathCad- 
Практическое пособие - Гомель: ГГТУ, 2000.

3. Мовшович С.М. М/ук №2172 Практическое руководство по 
выполнению и оформлению курсовых работ по курсам 
"Вычислительная техника и программирование". - Гомель: ГПИ- 
1997.-20с

4. Мовшович С. М. М/ук №2172. Практическое руководство по 
выполнению и оформлению курсовых работ и курсовых проектов 
по курсам «Вычислительная техника и программирование» и 
«Информатика, программирование и ЭВМ». - Гомель: ГПИ.

  1997.-20 с.

5.   Симонович  С. В., Евсеев Г. А.  Программирование  на C++. – М.:          

    АСТ-ПРЕСС КНИГА: Информ Пресс, 2001.

6.   Джефф Дантеман, Джим Мишел, Дон Тейлор. Программирование в  

    среде C++. Diasoft Ltd. Киев – 1995.

7.   Жуков. А.  Изучаем C++ "Питер", 2001 г., 352 стр.

8.    Стив Тейксейра, Ксавье Пачеко  Borland C++ Builder. Руководство  

   разработчика.  "Вильямс" 2001 -1120 стр.

9. Культин Н. Б. Borland C++. Программирование на C++. — СПб.:  

    БХВ—Петербург, 2001.—528 стр.