البنية الهندسية لمختبر VoltaLab: محركات MNA SPICE و RK4

تعرف على الخوارزميات الرياضية والفيزيائية الدقيقة التي يعتمد عليها مختبر VoltaLab لمحاكاة الدوائر الإلكترونية والميكانيكا في الوقت الفعلي.

1. التحليل العقدي المعدل (MNA) والنماذج المرافقة للمكثفات والملفات

في كل إطار زمني يقوم المحرك بحل مصفوفة النظام الخطي [G]{x} = {z} باستخدام الحذف الغاوسي مع الارتكاز الجزئي، وتمثيل المكثفات والملفات بتكامل شبه المنحرف المستقر من الدرجة الثانية، مع تقسيم تلقائي للأسلاك عند عقد التفرع لحساب تيار كل فرع بدقة.

2. خوارزمية نيوتن-رافسون (SPICE3 pnjlim) لأشباه الموصلات

تُحل وصلات أشباه الموصلات غير الخطية (دايودات السيليكون، ألوان الـ LED المختلفة، دايود زينر، وترانزستورات BJT بمعادلات إبرز-مول الكاملة) تكرارياً في كل خطوة زمنية مع خوارزمية كبح القفزات اللوغاريتمية لضمان التقارب السريع.

3. تكامل رونج-كوتا من الرتبة الرابعة (RK4) وتتبّع الأشعة البصرية

تعتمد تجارب الفيزياء على التكامل العددي من الرتبة الرابعة (RK4) لحل معادلات أويلر-لاجرانج للبندول المزدوج الفوضوي ومقاومة الهواء التربيعية والمهتزات التوافقية القسرية بنسبة خطأ طاقة أقل من 0.001%.