Курсовая работа: Моделирование непрерывно-стохастической модели на ЭВМ

где

и - параметры спектральной плотности,

, , и -коэффициенты уравнения,

и начальными условиями:

и временем моделирования 120 сек, относительная погрешность среднеквадратического отклонения ,

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

· выбрать метод моделирования стохастической дифференциальной системы;

· построить численную модель состояния системы;

· выполнить моделирование по построенной численной модели;

· оценить количество выбросов случайной величины за заданный уровень .

1 Выбор метода моделирования дифференциальной стохастической системы и постановка задачи

В данном разделе мы осуществим выбор метода моделирования дифференциальной стохастической системы с целью выявления наиболее оптимального метода по критериям – точность, простота.

Стохастическая дифференциальная система – это система с конечным вектором состояния и значениями входных и выходных сигналов, которые описываются стохастическими дифференциальными уравнениями. Для решения нелинейных систем используют численные модели.

Моделирование - процесс проведения экспериментов на модели вместо проведения экспериментов на самой модели.

Моделирование широко используется, так как значительно облегчает научные исследования и часто оказывается единственным средством познания сложных систем.

1.1 Выбор метода моделирования

Существует математическое и имитационное моделирование.

Имитационное моделирование – моделирование, при котором система заменяется на ее имитатора, и с ним проводится эксперимент с целью получения информации о системе.

Математическое моделирование – моделирование, при котором мы можем заменить систему ее математической моделью и провести эксперимент с ней, а не с самой системой.

Сущность имитационного моделирования заключается в том,

что в его основу положена методология системного анализа. Она дает возможность исследовать проектируемую либо анализируемую систему

по технологии операционного исследования, включая такие этапы, как смысловая постановка задачи; разработка концептуальной модели; разработка и программное реализация имитационной модели; проверка адекватности модели и оценка точности результатов моделирования; планирование экспериментов; принятие решений. Благодаря этому имитационное моделирование можно применять как универсальный подход для принятия решений в условиях неопределенности и для учета в моделях факторов, которые тяжело формализуются, а также для введения в практику основных принципов системного подхода для решения практических задач.

Но для решения нашей задачи мы воспользуемся математическим моделированием, поскольку предполагаемая модель дифференциальной стохастической системы будет математической.

Что же касается метода, то выполнения поставленной задачи моделирования существуют различные методы. В первой группе этих методов требуется построить плотность вероятности в аналитическом виде, когда система описывается нелинейными стохастическими уравнениями, что невозможно при данной постановке задачи, поскольку мы не можем найти плотность вероятности в аналитическом виде. Поэтому выполним математическое моделирование непрерывно-стохастическое системы с использованием численного метода.

В качестве численного метода для вышеуказанного моделирования воспользуемся методом Эйлера, так как он наиболее оптимально подходит для решения данной задачи, поскольку может обеспечить вполне приемлемую точность расчетов при относительной простоте. Безусловно, существует ряд других методов, которые обеспечивают более высокую точность, например метод Рунге Кутта, но они являются значительно более сложными.

Сходимость применяемого метода (метода Эйлера) обеспечивается среднеквадратично. В качестве критерия для выбора шага будем применять относительную погрешность среднеквадратичного отклонения.

Если этот критерий менее или равен 0.05, то результат удовлетворительный, иначе необходимо уменьшить шаг интегрирования в 2 раза и по

вторить итерацию.

1.2 Постановка задачи

Исходя из выше рассмотренного материала уточняем и формулируем постановку задачи:

Выполнить моделирование непрерывно-стохастической системы на ЭВМ, состояние которой описывается стохастическим дифференциальным уравнением , используя следующие данные: