ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1 АНАЛИЗ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ 7
1.1 ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ 7
1.2 МОДЕЛЬ УСЛОВИЙ ДВИЖЕНИЯ 8
1.3 МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОЛЕСА С ДОРОГОЙ 10
1.4 МОДЕЛЬ ПОДВЕСКИ АВТОМОБИЛЯ 12
1.5 МОДЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ И ТРАНСМИССИИ 15
1.6 МОДЕЛЬ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ 17
1.7 МОДЕЛЬ КУЗОВА АВТОМОБИЛЯ 18
1.8 СТРУКТУРА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ АВТОМОБИЛЯ 21
2 ДОРАБОТКА ФОРМАЛЬНОГО ЯЗЫКА ОПИСАНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ 22
2.1 ФОРМАЛЬНЫЙ ЯЗЫК ОПИСАНИЯ МОДЕЛЕЙ 22
2.2 ДОРАБОТКА ГРАММАТИКИ ЯЗЫКА 22
2.3 РЕАЛИЗАЦИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ ФУНКЦИЙ 24
3 ДОРАБОТКА ПРОГРАММЫ ГЕНЕРАТОРА ИСХОДНОГО КОДА НА ЯЗЫКЕ С++ 26
3.1 СОСТАВ СГЕНЕРИРОВАННОГО КЛАССА 26
3.2 ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ ОСНОВНЫХ МЕТОДОВ КЛАССА 28
4 РЕАЛИЗАЦИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНОСТИ ВЫЧИСЛЕНИЙ В СГЕНЕРИРОВАННОМ КЛАССЕ 34
4.1 ОПИСАНИЕ ПОДХОДОВ К РАСПАРАЛЛЕЛИВАНИЮ 34
4.2 ОПИСАНИЕ СЛОЖНОСТЕЙ ДЛЯ РАСПАРАЛЛЕЛИВАНИЯ ЗАДАЧИ 35
4.3 АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ РАСПАРАЛЛЕЛИВАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ЗАДАЧИ 37
5 ТЕСТИРОВАНИЕ КОРРЕКТНОСТИ ПРОГРАММНОГО МОДУЛЯ 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 46
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 47
ПРИЛОЖЕНИЕ А 48
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
В настоящее время для исследования сложных технических систем используется компьютерное моделирование. Такой вид моделирования является хорошей заменой физическим экспериментам, так как не требует наличие экспериментального образца. С помощью компьютерного моделирования можно провести немало численных экспериментов и получить показатели, интересующие исследователя. Кроме того, компьютерные модели можно использовать для выявления и устранения ошибок до производства объекта.
Компьютерное моделирование в сравнении с натурными экспериментами - очень значимый инструмент, который обеспечивает в полном объеме анализ технических систем с минимальными затратами.
Техника компьютерного моделирования заключается в разработке компьютерной модели, а также в разработке программного кода для реализации данной математической модели.
Для моделирования современных автомобилей, их узлов и агрегатов используется такая программа, как Simulink. Расширение Simulink автоматизирует трудоемкий этап моделирования, который заключается в составлении и решении системы сложных дифференциальных и алгебраических уравнений. Однако для сложных моделей Simulink оказывает недостаточное быстродействие. Актуальность выбранной темы обусловлена тем, что есть модели, для которых имеется исходное аналитическое представление в виде системы уравнений и бывает удобным напрямую сформировать компьютерную модель, задав в таком же виде эту систему уравнений.
В данной работе для решения отмеченной проблемы производится генерация кода на языке C++ на основе аналитического представления математической модели, а также используется технология параллельных вычислений, что позволяет заметно ускорить расчеты на модели на компьютерах с многоядерными процессорами.
Цель дипломной работы: компьютерная реализация математической модели пространственного движения грузового автомобиля колесной формулы 4*2 в виде программного модуля на языке С++ с применением параллельных вычислений.
Для достижения цели дипломной работы необходимо решить следующие задачи:
• провести анализ состава и структуры сложной математической модели пространственного движения грузового автомобиля колесной формулы 4x2;
• расширить формальный язык аналитического описания математических моделей динамических систем, разработанный в предшествующей дипломной работе;
• выполнить доработку программы-генератора исходного кода на языке C++ в соответствии с выполненным расширением языка описания математических моделей;
• реализовать параллельность вычислений в сгенерированном программном модуле математической модели автомобиля на основе технологии многопоточности;
• провести тестирование корректности вычислений на основе разработанного модуля и анализа быстродействия вычислений.
Для реализации программного кода использован язык C++ в среде QtCreator
В результате выполнения дипломной работы была разработана компьютерная модель пространственного движения грузового автомобиля колесной формулы 4*2 в виде программного модуля на языке C++ с применением параллельных вычислений.
Был проведен анализ состава и структуры сложной математической модели автомобиля, далее используя и дорабатывая специальную программу-инструмент, было сформировано описание математической модели на специальном языке и сгенерирован с ее помощью готовый программный модуль математической модели.
Выполнив анализ возможностей распараллеливания вычислений на этой модели, были сделаны выводы о том, что из-за большого количества переменных, вычисляемых в модели, довольно сложно разделить их на независимые группы, вычисления в которых можно выполнять параллельно. Это было сделано частично, учитывая структуру модели.
В дальнейшем возможно усовершенствование данной работы, а именно улучшение специальной программы-инструмента и программного модуля математической модели.
