Готовая_работа_delphi. Решение инженернотехнических задач с использованием средств визуального программирования

• Название: Решение инженернотехнических задач с использованием средств визуального программирования
• Дата: 12.11.2018
• Размер: 297.29 Kb.
• Имя файла: Готовая_работа_delphi.docx
• Тип: Решение; #56159

Ф.И.О. студента. Решение инженерно-технических задач с использованием средств визуального программирования

Уральский

федеральный

университет

имени первого

Президента России

Б.Н. Ельцина

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.H. Ельцина» (УрФУ)

Институт новых материалов и технологий

Кафедра Информационных технологий и автоматизации проектирования

Оценка ____________________
Руководитель курсового

проектирования ____________________
Члены комиссии ____________________
____________________
Дата защиты ____________________

ОТЧЕТ

о курсовой работе по дисциплине «Информатика»

по теме: «Решение инженерно-технических задач с использованием средств визуального программирования»
Вариант № __25____

Студент: ______________________________ ________________________

(ФИО) (Подпись)
Группа: ________________

Екатеринбург 2018 г.
Уральский

федеральный

университет

имени первого

Президента России

Б.Н. Ельцина

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.H. Ельцина» (УрФУ)

Институт новых материалов и технологий

Кафедра Информационных технологий и автоматизации проектирования

Задание

на курсовую работу
Студент: __________________________________________________________________
группа: НМТ-171507

направление подготовки: 15.03.01 «Машиностроение»

1. Тема курсовой работы: «Решение инженерно-технических задач с использованием средств визуального программирования», вариант № _______ .
2. Содержание работы, в том числе состав графических работ и расчетов

__________________________________________________________________________

(какие графические работы и расчёты должны быть выполнены)

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
3. Дополнительные сведения

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
4. План выполнения курсовой работы

Наименование элементов проектной работы	Сроки	Примечания	Отметка о выполнении

Руководитель _______________________ /Сердюк Ю.В./

Оглавление

Введение	4
Отчет о решении задачи № 1	5
Отчет о решении задачи № 2	8
Отчет о решении задачи № 3	12
Отчет о решении задачи № 4	15
Заключение	19
Список литературы	21

Введение

Основная цель курсовой работы по информатике «решение инженерно-технических задач с использованием средств визуального программирования» - дальнейшее развитие и закрепление знаний основ информатики и умений решать с помощью персонального компьютера типовые инженерно-технические задачи программными методами с возможным использованием одного из алгоритмических языков программирования.

Поставленная цель обуславливает выполнение следующих задач: постановка; алгоритмизация; программирование. Для успешного решения поставленных задач необходимо использовать весь арсенал изученных и освоенных методов и приемов работы на персональном компьютере, а также приемы визуального программирования.

Объектом исследования курсовой работы является решение инженерно-технических задач с использованием средств визуального программирования.

Предметом разработки служат четыре задания, первое и второе относятся к радиотехнике, третье и четвёртое к области прикладной математики.

Отчет о решении задачи № 1

По заданным значениям напряжения сети, площади сечения выбранного сердечника, требуемому количеству вторичных обмоток, величинам их напряжения и тока рассчитать количество витков и диаметр провода в каждой обмотке.

Для расчетов были использованы приближенные зависимости, которые считаются приемлемыми для полученных в задании исходных данных:

• 
  габаритная мощность трансформатора не более 100 ватт;
  
• 
  частота сети 50 Гц;
  
• 
  магнитная индукция в стальном сердечнике 1200 Гс;
  
• 
  максимальная плотность тока в обмотках 2,55 а/кв.мм;
  
• 
  коэффициент полезного действия трансформатора 0,8 – 0,9.
  

Расчёт необходимых значений производился согласно следующему алгоритму.

1. 
   Габаритная мощность трансформатора вычислялась по формуле
   

(ватт),

где m – количество вторичных обмоток,

n – коэффициент полезного действия;

U(i) – напряжение на i-ой вторичной обмотке (вольт);

I(i) – величина тока в i-ой вторичной обмотке (ампер).

2. 
   Количество витков первичной обмотки трансформатора определялась зависимостью:
   

где U – напряжение сети (вольт);

S – площадь сечения сердечника (кв. см).

3. 
   Диаметр провода первичной обмотки определялся по формуле:
   

(мм).

4. 
   Количество витков i-ой вторичной обмотки – по выражению:
   

.

5. 
   Диаметр провода i – ой вторичной обмотки – по формуле:
   

(мм).
Исходные данные для решения задачи приведены в табл. 1

Таблица 1

Исходные данные для расчета трансформатора питания

№ вар.	U	S	n	m	U1	I1	U2	I2	U3	I3
	в	кв. см			в	а	в	а	в	a
25	220	6,5	0,85	3	9	0,5	6	5,0	3	5,0

Модуль программы расчета трансформатора реализован следующим образом:

1. Значения следующих исходных данных U, S, n, m были введены непосредственно в текст программы, а данные о Ui, Ii вводятся с клавиатуры в диалоговом режиме в соответствии с подсказками.

2. Вывод результатов расчетов наряду с получаемыми величинами количества витков и диаметра провода всех обмоток осуществляется в соответствующие упорядоченные ячейки, сопровождённые пояснительным текстом.

3. Ввод данных и вывод результатов осуществляется в соответствующих, имеющих необходимые обозначения, ячейках таблицы.

В табл. 2 приведены принятые в модуле обозначения переменных.

Таблица 2

Принятые в модуле обозначения переменных

Обозначение	K0	D0	K1	K2	K3	D1	D2	D3
Расшифровка

На рис. 1, приведен пример выполнения расчета согласно исходных данных.



Рис. 1. Пример выполнения расчета согласно исходных данных

На рис. 2, приведен исходный код выполнения расчета.



Рис. 2. Пример выполнения расчета согласно исходных данных

Отчет о решении задачи № 2

По заданному выражению для амплитудно-частотной характеристики резонансного контура

,

где K – коэффициент усиления,

WP – резонансная частота,

W – текущая частота,

Z – относительный коэффициент затухания,

рассчитать таблицу значений A(W) при изменении частоты W от 0 до W_кон с шагом DW=0,1*W_кон при различных значениях относительного коэффициента затухания Z, изменяющегося от Z_нач до Z_кон с шагом Z_шаг.

По данным таблицы построить на осях координат A(W), W графики изменения амплитуды A(W) от частоты W для различных значений Z.

Исходные данные для проведения расчетов приведены в табл. 3.
Таблица 3

Исходные данные для расчетов амплитудно-частотной характеристики колебательного контура

№ вар.	K	WP	Wкон	Zнач	Zкон	Zшаг
25	5,5	4,5	9	0,1	0,5	0,20

Модуль программы расчета амплитудно-частотной характеристики реализован следующим образом:

1. 
   Ввод всех исходных данных осуществляется непосредственно в исходном коде программы.
   
2. 
   Таблица значений амплитудно-частотной характеристики A(W) при различных Z, с заданным шагом, а также значения частоты W, с заданным шагом, представлены как один двумерный массив размерности 6х4.
   
3. 
   Для получения таблицы значений амплитуды A(W) при различных значениях Z применён вложенный цикл (внешний – по Z, внутренний – по W).
   
4. 
   Построение графика амплитудно-частотной характеристики выполнено по точкам, соответствующим табличным значениям.
   
5. 
   При формировании выходных данных осуществляется вывод на экран всех исходных данных с соответствующими текстовыми сопровождениями.
   
6. 
   При выводе численных результатов используются 5-6 цифр.
   
7. 
   Вывод результатов расчетов наряду с получаемыми величинами осуществляется в соответствующие упорядоченные ячейки, сопровождённые пояснительным текстом.
   
8. 
   Ввод данных и вывод результатов осуществляется в соответствующих, имеющих необходимые обозначения, ячейках таблицы.
   

В табл. 4 приведены принятые в модуле обозначения переменных.

Таблица 4

Принятые в модуле обозначения переменных

Обозначение	АЧХ	W(i)	A(Z1)	A(Z2)	A(Z3)
Расшифровка	Амплитудно-частотная характерис-тика	Значения частоты W изменяемое с заданным шагом	Амплитуда A(W) с учётом коэф. затухания Z = 0,1	Амплитуда A(W) с учётом коэф. затухания Z = 0,3	Амплитуда A(W) с учётом коэф. затухания Z = 0,5

Расчёт необходимых значений производился согласно следующему алгоритму:

1. 
   Рассчитать величину шага изменения частоты DW.
   
2. 
   Рассчитать необходимое количество итераций для Z.
   
3. 
   Рассчитать необходимое количество итераций для W.
   
4. 
   Рассчитать значения W(i).
   
5. 
   Рассчитать таблицу значений A(W) при изменении частоты W от 0 до W_кон с шагом DW=0,1*W_кон при различных значениях относительного коэффициента затухания Z, изменяющегося от Z_нач до Z_кон с шагом Z_шаг.
   
6. 
   По данным таблицы построить на осях координат A(W), W графики изменения амплитуды A(W) от частоты W для различных значений Z.
   

На рис. 3, приведен пример выполнения расчета и построение графика согласно исходных данных.



Рис. 3. Пример выполнения расчета и построение графика согласно исходных данных.

На рис. 4, приведен исходный код выполнения расчета.



Рис. 4. Пример выполнения расчета согласно исходных данных

Отчет о решении задачи № 3

По заданному выражению аналитической функции f(x) вычислить приближенно определенный интеграл от этой функции на заданном интервале [a,b]:

,

используя одну из трех квадратурных формул:

1. 
   прямоугольников;
   
2. 
   трапеций;
   
3. 
   парабол.
   

Сравнить результаты вычислений для различных чисел разбиений интервала n.

Исходные данные для решения задачи приведены в табл. 5

Таблица 5

Исходные данные для интегрирования аналитически заданных функций

Вариант	Функция	Интервал		Формула	Числа разбиений
№	f(x)	a	b	№	n1	n2
25		2	3	2	10	20

Модуль программы приближенного вычисления определенного интеграла реализован следующим образом:

1. 
   Ввод всех исходных данных осуществляется непосредственно в исходном коде программы.
   
2. 
   При формировании выходных данных осуществляется вывод на экран всех исходных данных с соответствующими текстовыми сопровождениями.
   
3. 
   При выводе численных результатов используются 5-6 значащих разрядов.
   
4. 
   Вывод результатов расчетов наряду с получаемыми величинами осуществляется в соответствующие упорядоченные ячейки, сопровождённые пояснительным текстом.
   
5. 
   Ввод данных и вывод результатов осуществляется в соответствующих, имеющих необходимые обозначения, ячейках таблицы.
   

В табл. 6 приведены принятые в модуле обозначения переменных.

Таблица 6

Принятые в модуле обозначения переменных

Обозначение	h1	h2	Ii(h1)	Ii(h2)	e^x(32)
Расшифровка	Шаг приращения при числе разбиений n1	Шаг приращения при числе разбиений n2	Значение интеграла I заданной функции с разбиением n1 и шагом приращения h1	Значение интеграла I заданной функции с разбиением n2 и шагом приращения h2	Значение интеграла Iтестовой функции с разбиением n = 32

Вычисления интегралов осуществлялось по следующим формулам:

1. 
   Метод прямоугольников
   

.

2. 
   Метод трапеций
   

.

3. 
   Метод Симпсона
   

.

Расчёт необходимых значений производился согласно следующему алгоритму:

1. 
   Разбить отрезок интегрирования [a, b] на n1 и n2 отрезков, согласно исходных данных, длиной h1 = (b-a)/n1 и соответственно h2 = (b-a)/n1 и принять h1 и h2 за шаг интегрирования.
   
2. 
   Для метода трапеций и метода Симпсона найти значения на концах отрезков f(a) и f(b).
   
3. 
   Найти суммы площадей всех элементарных фигур на соответственном методу интервале.
   
4. 
   Для метода трапеций и метода Симпсона прибавить значения на концах отрезков интегрирования (для метода Симпсона изменить знак f(a)).
   

5. 
   Вывести полученные значения площадей в соответственные ячейки таблицы.
   
6. 
   Для оценки правильности принятого алгоритма и составленной по нему программы интегрирования функции провести их проверку на решении следующей тестовой задачи, приняв за исходные условия a=0, b=π и число n=32:
   

при n=32.

Проведенные вычисления для тестовой функции подтвердили правильность выбранного алгоритма, значение интеграла от e^xравное 22,158473, вычисленное по разработанной программе, совпадает с тестовым 22,140690 с точностью до второго знака.

На рис. 5, приведен пример выполнения расчета и построение графика согласно исходных данных.



Рис. 5. Пример выполнения расчета и построение графика согласно исходных данных.
Увеличение количества шагов до 4096, приводит к совпадению значений тестового и полученного вплоть до пятого знака, 22,140690 и 22,140694, что однозначно позволяет утверждать следующее: с увеличением количества шагов, точность интегрирование повышается.

На рис. 6 приведен исходный код выполнения расчета для метода трапеций.



Рис. 6. Пример выполнения расчета согласно исходных данных
На рис. 7 приведен исходный код выполнения тестового расчета.



Рис. 7. Пример выполнения тестового расчета

Отчет о решении задачи № 4

По заданному нелинейному уравнению

F(x)=0,

где F(x) – некоторое нелинейное аналитическое выражение, определенное на интервале [a, b], вычислить корни этого уравнения с требуемой точностью E одним из трех методов:

1. 
   итераций;
   
2. 
   половинного деления;
   
3. 
   Ньютона.
   

Исходные данные для решения нелинейных уравнений приведены в табл. 7.

Таблица 7

Исходные данные для решения нелинейных уравнений

Вариант	Выражение	Интервал		Метод	Точность
№	F(x)	a	b	N	E
25		3	4	2	10-6

Модуль программы приближенного вычисления определенного интеграла реализован следующим образом:

1. 
   Ввод всех исходных данных осуществляется непосредственно в исходном коде программы.
   
2. 
   При формировании выходных данных осуществляется вывод на экран всех исходных данных с соответствующими текстовыми сопровождениями.
   
3. 
   При выводе численных результатов используются 5-6 значащих разрядов.
   
4. 
   Вывод результатов расчетов наряду с получаемыми величинами осуществляется в соответствующие упорядоченные ячейки, сопровождённые пояснительным текстом.
   
5. 
   Ввод данных и вывод результатов осуществляется в соответствующих, имеющих необходимые обозначения, ячейках таблицы и текстовых полях.
   

Расчёт необходимых значений производился в два этапа согласно следующему алгоритму, на первом этапе:

1. 
   Разбить заданный интервал [a,b] с шагом h = 0.1
   
2. 
   Определить получившееся количество итераций (участков) n необходимых для анализа характера изменения функции F(x).
   
3. 
   Используя цикл оценить характер изменения функции при F(x) при изменении аргумента x на интервале [a,b] и проверить, имеет ли место перемена ее знака (переход через нуль).
   
4. 
   Определить количество переходов через нуль (корней) уравнения.
   
5. 
   Задать новые интервалы [a_i,b_i], отстоящие от нуля функции с шагом ±h согласно количеству корней уравнения.
   

Используя метод половинного деления (дихотомии), на втором этапе:

1. 
   Определить начальное значение x_i = (a_i + b_i)/2 (как результат деления интервала [a_i, b_i] пополам).
   
2. 
   Вычислить значение функции F(x_i) и F(a_i).
   
3. 
   Определить знаки функций F(x_i) и F(a_i).
   
4. 
   Если F(x_i)>0 и F(a_i)>0 или F(x_i)<0 и F(a_i)<0 (т.е. перемена знака функции F(x_i) не произошла), то принять a_i = x_i, уменьшая интервал вдвое и исключая при этом левую половину, иначе задать b_i = x_i.
   
5. 
   Проверить условие (b_i - a_i)i и будет корнем уравнения с заданной точностью E.
   

Используемый алгоритм позволил получить корень уравнения 3,526498, при значении функции равной -0,0000027 с заданной точностью.

На рис. 8 приведен пример выполнения расчета согласно исходных данных.



Рис. 8. Пример выполнения расчета.

На рис. 9 приведен исходный код выполнения первого этапа, для определения количество переходов через нуль (корней) уравнения.

Рис. 9. Исходный код для определения поведения функции на интервале

На рис.10 приведен исходный код выполнения второго этапа расчета для нахождения корня уравнения с заданной точностью E, методом половинного деления

Рис. 10. Исходный код выполнения расчета методом половинного деления

Заключение

В курсовой работе осуществлена постановка, алгоритмизация и программирование инженерно-технических задач с использованием средств визуального программирования, относящихся к радиотехнике и прикладной математике. Для их решения был использован весь арсенал изученных и освоенных методов и приемов работы на персональном компьютере, а также приемы визуального программирования.

Результатом выполнения задач, поставленных в курсовом проекте, стала реализация программы, позволяющая автоматизировать процесс расчёта.

Поставленные задачи курсового проекта выполнены в полном объёме.

Список литературы

1. 
   Введение в среду визуального программирования Delphi: Учебное пособие-Ч.1 /С.ВБорисов, С.С.Комалов, И.Л.Серебрякова и др.; Под ред.Б.Г.Трусова. - М.:Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана, 2008.-80 с.
   
2. 
   Введение в среду визуального программирования Delphi: Методические указания-Ч.2 /С.ВБорисов, С.С.Комалов, И.Л.Серебрякова и др.; Под ред.Б.Г.Трусова. - М.:Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана, 2011.-96 с.
   
3. 
   Архангельский, А.Я. Программирование в Delphi: Учебник по классическим версиям Delphi / А.Я. Архангельский. - М.: Бином-Пресс, 2013. - 816 c.
   
4. 
   Белов, В.В. Программирование в Delphi: процедурное, объектно-ориентированное, визуальное: Учебное пособие для вузов / В.В. Белов, В.И. Чистякова. - М.: РиС, 2014. - 240 c.
   
5. 
   Кнут Д. Э. Искусство программирования. Том 2. Получисленные алгоритмы, М: Вильямс, 2001, 832 с.