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Numerische Lösung mit Hilfe des Runge-Kutta Verfahrens

 

Das gekoppelte Differentialsystem zweiter Ordnung des Simulationsmodells, beschrieben durch das Gleichungssystem (gif, gif) oder äquivalent (gif, gif), kann numerisch mit dem Runge-Kutta Verfahren gelöst werden. Das Verfahren von Runge-Kutta zum Lösen von Differentialgleichungen wird in der Praxis wegen seiner hohen Genauigkeit der Approximation geschätzt. Der Nachteil des Verfahrens liegt in der Berechnung von vier Funktionswerten, was den Rechenaufwand erhöht. Die Genauigkeit wird durch den Abgleich der Taylor-Glieder bis einschließlich vierter Ordnung erreicht.

Bei der oben beschriebenen Simulation tritt ein Differentialgleichungssystem zweiter Ordnung auf, wobei die Anfangsbedingungen für tex2html_wrap_inline3400 lauten:
tex2html_wrap3416 tex2html_wrap3418
Die Lösung des Differentialgleichungssystems durch das Runge-Kutta Verfahren unter diesen Anfangsbedingungen kann wie folgt berechnet werden, wobei die Schrittweite des Verfahrens h beträgt, vgl. Zurm65:
Erster Schritt, tex2html_wrap_inline3400
tex2html_wrap3420 tex2html_wrap3422
Zweiter Schritt, tex2html_wrap_inline3406
tex2html_wrap3424 tex2html_wrap3426
Dritter Schritt, tex2html_wrap_inline3406
tex2html_wrap3428 tex2html_wrap3430

Vierter Schritt, tex2html_wrap_inline3410
tex2html_wrap3432 tex2html_wrap3434
Letzter Schritt - Mittelwertbildung
tex2html_wrap3436 tex2html_wrap3438

Nun erhält man die neuen Werte für tex2html_wrap_inline3412 nach der Schrittweite h durch:
tex2html_wrap3440 tex2html_wrap3442


Marius Heuler
Tue Jan 7 12:11:50 MET 1997