GraphPlot

Программа для моделирования работы электрической схемы, написанная на Golang.

При запуске создает png файл, содержащий график напряжения на резисторе-нагрузке, в текущей директории.

Общая информация

Зависимости

golang 1.15

apt install golang

gonum 0.9.0
canvas

Сборка программы

make

Пример запуска программы

./graph plot

Доступные аргументы

./graph plot --help

Generate plot images in your directory.
Available formats are: png, svg, tex, pdf, jpg, jpeg, eps, tif, tiff.

Example: graph plot -s 0.1 -o results -f png

This will create directory results/ and put plot images in "png" format into it.

Usage:
  graph plot [flags]

Flags:
      --buffer-size int         change size of line-draw buffer (default 100)
  -c, --capacitors uint         change number of capacitors in circuit (default 6)
  -f, --format string           change resulting images format (default "svg")
  -h, --help                    help for plot
  -l, --load-resistance float   change load resistance value (default 10000)
  -o, --output string           change results directory name (default "results")
  -s, --step float              change default step amount (default 0.001)
  -v, --supply-voltage float    change supply voltage in circuit (default 6000)

Global Flags:
      --config string   config file (default is $HOME/.config/graph/config.yaml)
      --debug           enable debug mode

Структура программы

pkg/adapters/circuit
Код, относящийся к логике схемы(circuit.go). Определена основная структура состояния, а также внутренние структуры реализующие два состояния системы(charging_state.go,discharging_state.go). Для структур состояния определен шаблон функций(state.go), которые они должны реализовывать.
pkg/adapters/plot-img
Построение графика по заданным точкам при помощи библиотеки gonum.
pkg/adapters/integrator
Логика интегрирования.

Определен шаблон функции и во вложенных папках расположены разные реализации методов функции интегрирования.
pkg/components/plot-cli
Запуск интегрирования.
pkg/components/point-generator
Логика интегрирования по заданному интервалу, вызывается в pkg/components/plot-cli, запускает интегратор из pkg/adapters/integrator.
pkg/domain
Общие данные, структуры, в частности список интеграторов, доступных pkg/components/point-generator.

Описание системы ОДУ

Генератор Маркса.

В основе системы уравнений лежит зависимость напряжения на конденсаторе для RC цепей.

u = U₀(1-e^-t/τ)

Состояние системы определяется текущим напряжением на конденсаторах(C₀), а также значениями τ (R*C₀, R_нагр*С_посл). Количество конденсаторов равно количеству ступеней генератора.

У системы два состояния: накопление зарядов параллельно соединенными конденсаторами по очереди(заряд следующего конденсатора в цепи линейно зависит от заряда предыдущего) и падение накопленного заряда этих конденсаторов уже соединенных последовательно на сопротивление нагрузки.

При последовательной разрядке напряжение увеличивается кратно количеству ступеней генератора.

Разрядка конденсаторов начинается, когда напряжение на первом конденсаторе достигает напряжению пробоя замычек(U_разр).

При теоретическом расчете высчитывается время зарядки первого конденсатора до требуемого уровня, затем начинается разрядка конденсатора

u = U_зам*e^-t/τ

Использовалась информация из презентации

X = (u₁, … , u_n)

Зарядка конденсаторов (τ_i = 2*R*i*C₀): f(x_i) = 1/τ_i * (U₀ - x_i)

Разрядка конденсаторов (τ = R_{нагрузки}*C_послед): f(x_i) = -1/τ_i * x_i

Аналитическое решение получено из формулы: ∑_i u_i = U₀ * ∑_i(1-e^-t/τ) = U₀*N - ∑_i U₀*e^-t/τ

где t = -τ₀ln(1-U_разр/U₀) - время зарядки конденсатора до U_разр.

Примеры вывода