MathCAD в электротехнике

35 Pages·2.286 MB·Russian

by  Е.В. Лесных, Ю.Ф. Королюк, Д.В. Клименко

621.3
М39
СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
MATHCAD В ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ
Методические указания к выполнению инженерных
расчетов при решении электротехнических задач
НОВОСИБИРСК 2011
УДК 621.3:004 (076.1)
М39
MathCAD в электротехнике: Метод. указ. к выполнению
инженерных расчетов при решении электротехнических задач /
Сост.: Е.В. Лесных, Ю.Ф. Королюк, Д.В. Клименко. — Новоси-
бирск: Изд-во СГУПСа, 2011. – 35 с.
Представлены основные приемы применения системы MathCAD для реше-
ния задач электротехники и энергетики.
Предназначены для студентов специальности 200503 «Стандартизация и
сертификация».
Рассмотрены и рекомендованы к печати на заседании кафед-
ры «Электротехника, диагностика и сертификация».
О т в е т с т в е н н ы й р е д а к т о р
канд. техн. наук, доц. К.В. Власов
Р е ц е н з е н т
канд. техн. наук, доц. кафедры «Информационные системы»
Новосибирской государственной академии водного транспорта
А.В. Жаров
 Лесных Е.В., Королюк Ю.Ф.,
Клименко Д.Б., сост., 2011
 Сибирский государственный
университет путей сообщения, 2011
ВВЕДЕНИЕ
Возможности системы MathCAD позволяют делать матема-
тическое описание практически любой задачи электротехники и
электроэнергетики. При простоте записи эта система содержит
большую библиотеку программ и пакетов расширения, которые
позволяют исключить рутинное программирование задач. Суще-
ственным отличием языка MathCAD от других языков програм-
мирования является форма (вид) записи вычисляемых выраже-
ний. Они записываются так, как учат в школе.
Простота записи вычисляемых выражений позволяет приме-
нять MathCAD для программирования простых задач уже через
два-три часа после знакомства с системой через клавиатуру.
Освоение системы MathCAD происходит постепенно. Снача-
ла студент решает простые арифметические выражения, потом
применяет систему для решения более сложных задач с графи-
ческим и табличным выводом результатов. Важным достоин-
ством системы является возможность работать с текстовыми
редакторами, копировать текстовые фрагменты, включая рисун-
ки и таблицы, из Word и Excel.
3
1. УСТАНОВКА MATHCAD
Чтобы начать работать с программой MathCAD, необходимо
установить ее на свой компьютер. Из последних версий MathCAD
наиболее применяемой является MathCAD 2001, выпущенная в
трех вариантах, два из которых можно рекомендовать студен-
там:
MathCAD 2001 Standart – упрощенный вариант, удобный для
большинства пользователей, в том числе и для студентов млад-
ших курсов электроэнергетических специальностей;
MathCAD 2001 Professional – профессиональный вариант,
предназначенный для математиков и научно-педагогических
работников. Эта версия рекомендуется для студентов старших
курсов, так как предыдущая не решает некоторые задачи.
После окончания установки программы нужно не забыть
перед первым запуском произвести регистрацию компонентов
(рис. 1). Это делается при помощи соответствующей строчки в
меню с программой MathCAD.
Рис. 1. Меню «Пуск» после установки программы MathCAD
Теперь можно запустить саму программу MathCAD из того
же меню (рис. 2).
В открывшемся окне перед вами чистый лист бумаги, на
котором вы собственно и будете печатать все свои расчеты.
Начните с простого – посмотрите, есть ли у вас перед глазами
панель вывода палитр математических знаков (рис. 3). Ее
можно было бы точнее назвать панелью Математика, но такая
4
кнопка есть в строке Меню (рис. 4). В панели вывода меню
математических знаков содержатся меню практически всех
возможных действий с числовыми и символьными математи-
ческими выражениями, а также их графическими изображениями.
Рис. 2. Запуск программы MathCAD из меню «Пуск»

Рис. 3. Панель математических знаков
Бывает, что панель вывода палитры математических знаков
не открывается при вызове MathCAD. В этом случае ее можно
вызвать через строку Меню кнопкой Вид (View), далее кнопками
Панели (Toolbars) и Математика (Math) (см. рис. 4).
При помощи

этой панели мож-
но открыть все
палитры матема-
тических знаков,
необходимые
для работы.
Рис. 4. Вызов панели математических знаков
5
Первоначально
нажмите на этой
панели на палитру
Калькулятор
(рис. 5).
Калькулятор –
палитра, которая
позволит решать
основные типы не-
сложных матема- Рис. 5. Вид палитры Калькулятор
тических задач.
На этой палитре представлены основные математические
операции, большинство из которых есть на обычных калькулято-
рах. Поэтому овладение ими не составит никакого труда для
начинающего пользователя системы MathCAD. Ниже будут
показаны возможности кнопок палитры.
2. ОКНО ДОКУМЕНТА
Сразу после запуска MathCAD открывается окно документа
(рис. 6), в котором первой строкой сверху выводится заголовок:
в русифицированной версии – MathCAD professional [без назва-
ния:1], в английской – MathCAD professional [Untitled:1], где 1 –
номер документа.
Далее сверху вниз:
строка меню, в которой содержатся пункты меню с различ-
ными командами;
панель инструментов, содержащая кнопки с наиболее часто
выполняемыми командами;
панель форматирования, позволяющая придать документу
тот или иной вид, содержащая кнопки шрифтов, алфавитов, и т.д.;
панель вывода палитр математических знаков.
Красным знаком + на поле документа отмечен курсор ввода.
Если нажать клавишу какой-либо цифры или буквы, то она по-
явится на месте курсора ввода.
С правой стороны поля документа и снизу имеются полосы
прокрутки, позволяющие просматривать документ, если он не
помещается весь в окне.
6
Рис. 6. Окно MathCAD сразу после запуска
Изучать панели будем по мере освоения системы MathCAD
в применении к задачам энергетики. Рассмотрим пока панель
инструментов и панель вывода палитр математических
знаков. Еще отметим только кнопку Окно (Window) в строке
Меню. Нажатие этой кнопки открывает весь список документов,
с которыми работает пользователь. Он может, не закрывая
текущего документа, открыть другой и работать с ним.
Первая кнопка на панели инструментов – чистый лист с
загнутым концом – открывает новый документ без названия, в
строке заголовка которого появится надпись в русифицирован-
ной версии – MathCAD professional [без названия:n], в английс-
кой – MathCAD professional [Untitled:n], где n — номер документа.
С нажатием второй кнопки появится окно открытия файлов
(рис. 7).
Чтобы открыть файл, необходимо его выделить курсором
ввода и нажать кнопку Открыть.
Третья кнопка – кнопка запоминания файла. Если у файла есть
название, нажатием этой кнопки запоминается текущее состоя-
ние документа. Если названия нет, открывается окно Сохра-
7
нить как. В строку Имя файла необходимо занести название
файла.
Рис. 7. Окно MathCAD с окном открытия файлов
Четвертая кнопка – кнопка печати документа.
Пятая кнопка – кнопка просмотра документа.
Шестая кнопка – кнопка проверки орфографии. Ее начинаю-
щие пользователи, как правило, игнорируют.
Три кнопки – седьмая, восьмая и девятая — очень востребо-
ваны. Оперируя седьмой кнопкой, показывают выделенную часть
документа. Выделить часть документа можно нажатием курсо-
ра ввода на пустом месте документа и обвести, не отпуская
курсора, лишние операторы. Если операторов несколько, то каж-
дый из них обводится пунктиром, если один – сплошной линией.
Нажатие седьмой кнопки уничтожит выделенный фрагмент про-
граммы. Нажатием девятой кнопки можно восстановить уничто-
женный фрагмент, начиная с места, отмеченного курсором. В
отличие от седьмой кнопки восьмая только запоминает фраг-
мент. Вставляется запомненный фрагмент в нужное место девя-
той кнопкой. Восьмая кнопка очень полезна при создании фраг-
ментов, мало отличающихся друг от друга.
8
Десятая кнопка возвращает предыдущее действие програм-
миста, а одиннадцатая представляет последующее. Следует
отметить, что не всегда MathCAD запоминает предыдущее
действие. Поэтому, если вы испортили программу и вовремя
спохватились, закройте ее нажатием кнопки с крестиком в пра-
вом верхнем углу. В окне появится панель с вопросом: «Сохранить
изменения в файле?». Нажмите кнопку Нет и вызовите програм-
му снова. Откроется программа с последним запоминанием.
Остальные кнопки панели инструментов для начинающего пользо-
вателя не нужны. Они потребуются, когда вы наберете большой
опыт и почувствуете, что можете и хотите программировать.
На первом этапе рассмотрим только одну палитру математи-
ческих знаков, к которой обращается начинающий пользователь.
Это палитра калькулятора. Остальные будем рассматривать
при иллюстрации решения соответствующих задач.
Кнопка палитры калькулятора первая на панели вывода па-
литры математических знаков. Выдаваемые значки и действия
системы MathCAD после нажатия кнопок на палитре Калькуля-
тор при подстановке чисел приведены на рис. 8. Символ deg
после числа показывает, что значение угла задано десятичными
Рис. 8. Действия системы MathCAD при нажатии кнопок палитры
Calculator
9
числами. Без этого символа подразумевается, что величина угла
представлена в радианах.
3. ПРОСТЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ДЕЙСТВИЯ В MATHCAD
Для первых шагов неплохо было бы просто посчитать что-
нибудь, т.е. сделать некоторое количество несложных матема-
тических вычислений. Эти вычисления могут понадобиться в
большинстве дальнейших расчетов.
Хотя считается, что основные математические операции всем
хорошо известны еще со школы, начать работу в MathCAD
лучше с них. Вообще если понимание программы MathCAD
составляет проблему, то стоит потратить некоторое количество
времени на ее изучение. А при изучении программы MathCAD
лучше собственными руками набрать некоторое количество
примеров, приведенных в данных методических указаниях. Это
позволит приобрести простые навыки набора уравнений в
MathCAD и заодно напомнит кое-что из давно забытого школьного
курса математики.
Для отражения на экране нужного выражения, например, 2 + 7,
необходимо щелкнуть мышкой на том месте рабочего листа
MathCAD, где планируется ввести данные. Потом нажать на
клавиатуре клавишу с числом 2, знаком + или выбрать мышкой
на палитре Калькулятор соответствующий оператор, после
чего набрать 7 и нажать = на клавиатуре или выбрать мышкой на
палитре Калькулятор соответствующий значок. После этого
программа MathCAD сама посчитает и выдаст нужное выраже-
ние с ответом (рис. 9):
2 + 7 = 9.
При наборе символов может вызвать затруднение само со-
ставление выражения и других математических действий.
14
Например, как в MathCAD набрать .
3
Набираем нужное число 14, нажимаем на клавиатуре клави-
шу со значком / или выбираем мышкой соответствующий значок
/ на палитре Калькулятор, после этого нажимаем = на клави-
атуре или выбираем мышкой соответствующий значок на па-
10