2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему
 
 Помогите решить систему нелинейных дифференциальных уравнени
Сообщение25.11.2009, 16:42 


24/11/09
2
Сумы
$\[{m_1} \cdot {\ddot x_1} + {c_v} \cdot ({x_1} - {x_2}) + h \cdot \frac{{\sqrt {{{({x_1} - {x_2})}^2} + {{({y_1} - {y_2})}^2}} ({{\dot x}_1} - {{\dot x}_2} + \omega  \cdot ({y_1} - {y_2}))}}
{{\sqrt {{{({{\dot x}_1} - {{\dot x}_2} + \omega  \cdot ({y_1} - {y_2}))}^2} + {{({{\dot y}_1} - {{\dot y}_2} - \omega  \cdot ({x_1} - {x_2}))}^2}} }} = {m_1} \cdot g + e \cdot {m_1} \cdot {\omega ^2} \cdot \cos (\omega  \cdot t)\]$

$\[{m_1} \cdot {\ddot y_1} + {c_v} \cdot ({y_1} - {y_2}) + h \cdot \frac{{\sqrt {{{({x_1} - {x_2})}^2} + {{({y_1} - {y_2})}^2}} ({{\dot y}_1} - {{\dot y}_2} - \omega  \cdot ({x_1} - {x_2}))}}
{{\sqrt {{{({{\dot x}_1} - {{\dot x}_2} + \omega  \cdot ({y_1} - {y_2}))}^2} + {{({{\dot y}_1} - {{\dot y}_2} - \omega  \cdot ({x_1} - {x_2}))}^2}} }} = e \cdot {m_1} \cdot {\omega ^2} \cdot \sin (\omega  \cdot t)\]
$

$\[\begin{gathered}
  {m_2} \cdot {{\ddot x}_2} + {c_v} \cdot ({x_2} - {x_1}) - h \cdot \frac{{\sqrt {{{({x_1} - {x_2})}^2} + {{({y_1} - {y_2})}^2}} ({{\dot x}_1} - {{\dot x}_2} + \omega  \cdot ({y_1} - {y_2}))}}
{{\sqrt {{{({{\dot x}_1} - {{\dot x}_2} + \omega  \cdot ({y_1} - {y_2}))}^2} + {{({{\dot y}_1} - {{\dot y}_2} - \omega  \cdot ({x_1} - {x_2}))}^2}} }} + {d_p} \cdot ({{\dot x}_2} - {{\dot x}_3}) + q \cdot ({{\dot y}_2} - {{\dot y}_3}) +  \hfill \\
   + {c_p} \cdot ({x_2} - {x_3}) + \alpha  \cdot ({x_2} - {x_3}) \cdot \left| {{x_2} - {x_3}} \right| = 0 \hfill \\ 
\end{gathered} \]
$

$\[\begin{gathered}
  {m_2} \cdot {{\ddot y}_2} + {c_v} \cdot ({y_2} - {y_1}) - h \cdot \frac{{\sqrt {{{({x_1} - {x_2})}^2} + {{({y_1} - {y_2})}^2}} ({{\dot y}_1} - {{\dot y}_2} - \omega  \cdot ({x_1} - {x_2}))}}
{{\sqrt {{{({{\dot x}_1} - {{\dot x}_2} + \omega  \cdot ({y_1} - {y_2}))}^2} + {{({{\dot y}_1} - {{\dot y}_2} - \omega  \cdot ({x_1} - {x_2}))}^2}} }} + {d_p} \cdot ({{\dot y}_2} - {{\dot y}_3}) - q \cdot ({{\dot x}_2} - {{\dot x}_3}) +  \hfill \\
   + {c_p} \cdot ({y_2} - {y_3}) + \alpha  \cdot ({y_2} - {y_3}) \cdot \left| {{y_2} - {y_3}} \right| = 0 \hfill \\ 
\end{gathered} \]
$

$\[{m_3} \cdot {\ddot x_3} + {c_{op}} \cdot {x_3} + {d_p} \cdot ({\dot x_3} - {\dot x_2}) + q \cdot ({\dot y_3} - {\dot y_2}) + {c_p} \cdot ({x_3} - {x_2}) + \alpha  \cdot ({x_3} - {x_2}) \cdot \left| {{x_3} - {x_2}} \right| = 0\]
$

$\[{m_3} \cdot {\ddot y_3} + {c_{op}} \cdot {y_3} + {d_p} \cdot ({\dot y_3} - {\dot y_2}) - q \cdot ({\dot x_3} - {\dot x_2}) + {c_p} \cdot ({y_3} - {y_2}) + \alpha  \cdot ({y_3} - {y_2}) \cdot \left| {{y_3} - {y_2}} \right| = 0\]
$

$\[q = A \cdot {d_p} \cdot \omega \]
$

m1, m2, m3, h, cv, g, omega, dp, A, alpha, cp, cop = const

Начальные условия можно взять эти:
x1(0)=-0.391,x2(0)=-0.00365,x3(0)=-0.0048,y1(0)=-0.815,y2(0)=-0.0056,y3(0)=-0.00537,D(x1)(0)=47.5,D(x2)(0)=-0.935,D(x3)(0)=-1.67,D(y1)(0)=92.12,D(y2)(0)=1.71,D(y3)(0)=2.261;
или любые другие.
Для примера можно взять эти значения omega:=200; cp:=2*10^6; cop:=9.6*10^6; m1:=80; m2:=50; m3:=40; cv:=7.6*10^4; dp:=5*10^2; alpha:=0.1; h:=0.1; g:=9.81; epsilon:=0.000001;
для t=5000..5030

Нужно решить данную систему нелинейных дифференциальных уравнений и построить графики функций, а также желательно что бы была возможность работать с полученными данными(спектральный анализ).
Очень прошу помочь в решении, подскажите пожалуйста каким математическим пакетом воспользоваться, пробывал в Maple, но там не хочет считать, пишет что мало оперативной памяти и процесс не сошелся.

За ранее очень благодарен

 Профиль  
                  
 
 Re: Помогите решить систему нелинейных дифференциальных уравнени
Сообщение26.11.2009, 16:19 
Заслуженный участник


11/05/08
32166
Что значит: сошёлся, не сошёлся?... Это ведь не краевая задача, а Коши; для неё памяти, грубо говоря, вообще не нужно. Если, конечно, не пытаться сравнивать соседние итерации по всем узлам. Что практически довольно бессмысленно; но, возможно, Maple предпочитает это по каким-нибудь внутренним соображениям. Но, скорее всего, у него есть возможность регулировать точность, а для построения графиков большая точность не нужна. Или можно разбить временной промежуток на достаточно маленькие участки и просчитывать каждый отдельно. Или просто плюнуть на системные средства и запрограммировать метод Рунге-Кутта вручную -- тогда всё будет в нашей власти: и точность, и память.

 Профиль  
                  
 
 Re: Помогите решить систему нелинейных дифференциальных уравнени
Сообщение01.12.2009, 13:37 


22/09/09
275
ewert в сообщении #265508 писал(а):
Что значит: сошёлся, не сошёлся?... Это ведь не краевая задача, а Коши; для неё памяти, грубо говоря, вообще не нужно. Если, конечно, не пытаться сравнивать соседние итерации по всем узлам. Что практически довольно бессмысленно; но, возможно, Maple предпочитает это по каким-нибудь внутренним соображениям. Но, скорее всего, у него есть возможность регулировать точность, а для построения графиков большая точность не нужна. Или можно разбить временной промежуток на достаточно маленькие участки и просчитывать каждый отдельно. Или просто плюнуть на системные средства и запрограммировать метод Рунге-Кутта вручную -- тогда всё будет в нашей власти: и точность, и память.

Всё не так просто! Уравнения имеют неявную форму, возможно не приводимую к канонической.
Кроме того не ясно, какова жесткость системы. Если она велика, то явные методы не сработают.
Для таких задач разработан метод BDF (Backward Difference Formulae). Подробное описание метода есть в книге: "Чуа Л.О., Пен-Мин-Лин. Машинный анализ электронных схем. - М.: Энергия, 1980."
Спектральный анализ проводится через использование матрицы Якоби системы ДУ. Для этого хорошо подходит пакет EISPACK.

 Профиль  
                  
 
 Re: Помогите решить систему нелинейных дифференциальных уравнени
Сообщение01.12.2009, 17:48 
Заслуженный участник


11/05/08
32166
Ajabsandal в сообщении #267044 писал(а):
Уравнения имеют неявную форму, возможно не приводимую к канонической.

Не заметил. Во всех уравнениях вторая производная вроде входит только по одному разу; откуда неявность?...

 Профиль  
                  
 
 Re: Помогите решить систему нелинейных дифференциальных уравнени
Сообщение01.12.2009, 23:52 


22/09/09
275
ewert в сообщении #267116 писал(а):
Ajabsandal в сообщении #267044 писал(а):
Уравнения имеют неявную форму, возможно не приводимую к канонической.

Не заметил. Во всех уравнениях вторая производная вроде входит только по одному разу; откуда неявность?...

Ну так приведите явную каноническую форму и спора нет!

 Профиль  
                  
 
 Re: Помогите решить систему нелинейных дифференциальных уравнени
Сообщение03.12.2009, 12:13 
Заслуженный участник


11/05/08
32166
$\[\left({\dot x_1}\right)' ={1\over m_1}\left[- {c_v} \cdot ({x_1} - {x_2}) - h \cdot \frac{{\sqrt {{{({x_1} - {x_2})}^2} + {{({y_1} - {y_2})}^2}} ({{\dot x}_1} - {{\dot x}_2} + \omega  \cdot ({y_1} - {y_2}))}}
{{\sqrt {{{({{\dot x}_1} - {{\dot x}_2} + \omega  \cdot ({y_1} - {y_2}))}^2} + {{({{\dot y}_1} - {{\dot y}_2} - \omega  \cdot ({x_1} - {x_2}))}^2}} }} + {m_1} \cdot g + e \cdot {m_1} \cdot {\omega ^2} \cdot \cos (\omega  \cdot t)\right]\]$

$\[\left({x_1}\right)'={\dot x_1}\]$

$\[\left({\dot y_1}\right)'= {1\over m_1}\left[- {c_v} \cdot ({y_1} - {y_2}) - h \cdot \frac{{\sqrt {{{({x_1} - {x_2})}^2} + {{({y_1} - {y_2})}^2}} ({{\dot y}_1} - {{\dot y}_2} - \omega  \cdot ({x_1} - {x_2}))}}
{{\sqrt {{{({{\dot x}_1} - {{\dot x}_2} + \omega  \cdot ({y_1} - {y_2}))}^2} + {{({{\dot y}_1} - {{\dot y}_2} - \omega  \cdot ({x_1} - {x_2}))}^2}} }} + e \cdot {m_1} \cdot {\omega ^2} \cdot \sin (\omega  \cdot t)\right]\]
$

$\[\left({y_1}\right)'={\dot y_1}\]$

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

и т.д. (дальше лень), всего 12 уравнений для 12 функций

 Профиль  
                  
 
 Re: Помогите решить систему нелинейных дифференциальных уравнени
Сообщение03.12.2009, 14:39 


22/09/09
275
[quote="ewert в сообщении #267684"
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

и т.д. (дальше лень), всего 12 уравнений для 12 функций[/quote]
В канонической (явной) форме системы ДУ в левой части должны стоять только прозводные, а в правой - только фунции (разумеется со всякими коэффициентами и временными зависимостями). У Вас же в правой части есть функции от производных. Методы типа Рунге-Кутты, линейных многошаговых и т.п. не работают с неявной формой ДУ.

 Профиль  
                  
 
 Re: Помогите решить систему нелинейных дифференциальных уравнени
Сообщение03.12.2009, 16:16 
Заслуженный участник


11/05/08
32166
А там (слева) как раз только производные и стоят, справа же -- только переменные. Стандартный трюк: $z_1\equiv y$, $z_2\equiv \dot y$, тогда $z_1'=z_2$, $z_2'=\ddot y=f(z_1,z_2,t)$ и т.д.. Непонятно, почему это надо объяснять.

 Профиль  
                  
 
 Re: Помогите решить систему нелинейных дифференциальных уравнени
Сообщение03.12.2009, 19:21 


02/11/08
1187
А есть лагранжиан у этой системы и если не секрет - откуда такая система?

 Профиль  
                  
 
 Re: Помогите решить систему нелинейных дифференциальных уравнени
Сообщение03.12.2009, 21:56 


22/09/09
275
ewert в сообщении #267741 писал(а):
А там (слева) как раз только производные и стоят, справа же -- только переменные. Стандартный трюк: $z_1\equiv y$, $z_2\equiv \dot y$, тогда $z_1'=z_2$, $z_2'=\ddot y=f(z_1,z_2,t)$ и т.д.. Непонятно, почему это надо объяснять.

ldv5! Вам не лень добить выкладки по этой схеме до конца?

 Профиль  
                  
 
 Re: Помогите решить систему нелинейных дифференциальных уравнени
Сообщение04.01.2010, 10:46 


24/11/09
2
Сумы
$\[({\dot x_1})' = \frac{1}
{{{m_1}}}( - {c_v} \cdot ({x_1} - {x_2}) - h \cdot \frac{{\sqrt {{{({x_1} - {x_2})}^2} + {{({y_1} - {y_2})}^2}} ({{\dot x}_1} - {{\dot x}_2} + \omega  \cdot ({y_1} - {y_2}))}}
{{\sqrt {{{({{\dot x}_1} - {{\dot x}_2} + \omega  \cdot ({y_1} - {y_2}))}^2} + {{({{\dot y}_1} - {{\dot y}_2} - \omega  \cdot ({x_1} - {x_2}))}^2}} }} + {m_1} \cdot g + e \cdot {m_1} \cdot {\omega ^2} \cdot \cos (\omega  \cdot t))\]
$

$({x_1})' = {\dot x_1}$

$\[({\dot y_1})' = \frac{1}
{{{m_1}}}( - {c_v} \cdot ({y_1} - {y_2}) - h \cdot \frac{{\sqrt {{{({x_1} - {x_2})}^2} + {{({y_1} - {y_2})}^2}} ({{\dot y}_1} - {{\dot y}_2} - \omega  \cdot ({x_1} - {x_2}))}}
{{\sqrt {{{({{\dot x}_1} - {{\dot x}_2} + \omega  \cdot ({y_1} - {y_2}))}^2} + {{({{\dot y}_1} - {{\dot y}_2} - \omega  \cdot ({x_1} - {x_2}))}^2}} }} + e \cdot {m_1} \cdot {\omega ^2} \cdot \sin (\omega  \cdot t))\]
$

$({y_1})' = {\dot y_1}$

$\[\begin{gathered}
  ({{\dot x}_2})' = \frac{1}
{{{m_2}}}( - {c_v} \cdot ({x_2} - {x_1}) + h \cdot \frac{{\sqrt {{{({x_1} - {x_2})}^2} + {{({y_1} - {y_2})}^2}} ({{\dot x}_1} - {{\dot x}_2} + \omega  \cdot ({y_1} - {y_2}))}}
{{\sqrt {{{({{\dot x}_1} - {{\dot x}_2} + \omega  \cdot ({y_1} - {y_2}))}^2} + {{({{\dot y}_1} - {{\dot y}_2} - \omega  \cdot ({x_1} - {x_2}))}^2}} }} - {d_p} \cdot ({{\dot x}_2} - {{\dot x}_3}) - q \cdot ({{\dot y}_2} - {{\dot y}_3}) -  \hfill \\
   - {c_p} \cdot ({x_2} - {x_3}) - \alpha  \cdot ({x_2} - {x_3}) \cdot \left| {{x_2} - {x_3}} \right|) \hfill \\ 
\end{gathered} \]
$

$({x_2})' = {\dot x_2}$

$\[\begin{gathered}
  ({{\dot y}_2})' = \frac{1}
{{{m_2}}}( - {c_v} \cdot ({y_2} - {y_1}) + h \cdot \frac{{\sqrt {{{({x_1} - {x_2})}^2} + {{({y_1} - {y_2})}^2}} ({{\dot y}_1} - {{\dot y}_2} - \omega  \cdot ({x_1} - {x_2}))}}
{{\sqrt {{{({{\dot x}_1} - {{\dot x}_2} + \omega  \cdot ({y_1} - {y_2}))}^2} + {{({{\dot y}_1} - {{\dot y}_2} - \omega  \cdot ({x_1} - {x_2}))}^2}} }} - {d_p} \cdot ({{\dot y}_2} - {{\dot y}_3}) + q \cdot ({{\dot x}_2} - {{\dot x}_3}) -  \hfill \\
   - {c_p} \cdot ({y_2} - {y_3}) - \alpha  \cdot ({y_2} - {y_3}) \cdot \left| {{y_2} - {y_3}} \right|) \hfill \\ 
\end{gathered} \]
$

$({y_2})' = {\dot y_2}$

$\[({\dot x_3})' = \frac{1}
{{{m_3}}}( - {c_{op}} \cdot {x_3} - {d_p} \cdot ({\dot x_3} - {\dot x_2}) - q \cdot ({\dot y_3} - {\dot y_2}) - {c_p} \cdot ({x_3} - {x_2}) - \alpha  \cdot ({x_3} - {x_2}) \cdot \left| {{x_3} - {x_2}} \right|)\]
$

$({x_3})' = {\dot x_3}$

$\[({\dot y_3})' = \frac{1}
{{{m_3}}}( - {c_{op}} \cdot {y_3} - {d_p} \cdot ({\dot y_3} - {\dot y_2}) + q \cdot ({\dot x_3} - {\dot x_2}) - {c_p} \cdot ({y_3} - {y_2}) - \alpha  \cdot ({y_3} - {y_2}) \cdot \left| {{y_3} - {y_2}} \right|)\]
$

$({y_3})' = {\dot y_3}$

$\[q = A \cdot {d_p} \cdot \omega \]
$

-- Пн янв 04, 2010 09:53:05 --

Извините за мою нерасторопность, но я все равно не могу понять как решить данную систему, в Maple даже при подстановке h=0 (т.е. убирая значительную нелинейность в системе) выдает ошибку Warning, not enough memory to allocate rtable
Помогите пожалуйста , очень нужно решение данной системы

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 11 ] 

Модераторы: Karan, Toucan, PAV, maxal, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group