计算机仿真技术的应用.docx

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1、计算机仿真技术的应用一、为什么要进行仿真?什么叫系统？系统：互相关联又互相作用着的对象的有机组合，该有机组合能够完成某项任务或实现某个预定的目的。通常研究的系统有工程系统和非工程系统。工程系统电气、机电、化工非工程系统经济、交通、管理建立系统概念的目的在于深化认识并把握系统的运动规律，以便分析和综合自然、社会和工程系统中的种种复杂问题。?对系统进行研究、分析与设计的方法；1直接在系统上进行实验在要设计的系统上进行实验2在模型上进行实验对要设计的系统进行处理，根据其中内含的各种自然规律包括欧姆定律、比例环节和惯性环节等得到相关的控制规律，即系统的数学模型来进行研究。对要设计的系统进行一定比例的缩

2、放得到缩小或放大的物理模型。古时的建筑选择在模型上进行实验的原因系统尚未设计出来某些实验会对系统造成伤害难以保证明验条件的一致性；假如存在人的因素，则更难保证条件的一致性。费用高无法复原二、仿真的定义?仿真的定义在不同的领域或范畴中有不同的描绘，能够概括为：“仿真是指用模型物理模型或数学模型代替实际系统进行实验和研究。?仿真遵循的原则：原理抽象类似原理。类似原理：几何类似、性能类似、环境类似。几何类似：根据类似原理把原来的实际系统放大可缩小。如把12000吨水压机可用1200吨或120吨水压机作其模型。万吨轮船也要用缩小的模型来研究。性能类似：构成模型的元素和原系统的不同，但其性能类似。如：可

3、用一个电气系统来模拟热传导系统。在这个电气系统中电容代表热容量，电阻代表热阻，电压代表温差，电流代表热流。三、仿真的目的或作用?优化设计预测系统的性能和参数?经济性采用物理模型或实物实验，花费宏大。采用数学模型即计算机数学仿真可大幅度的降低成本并可重复使用。?安全性载人飞行器和核电站的危险性不允许。?预测性对于非工程系统，直接实验不可能，只能采用预测的方法。天气预报?复原性世贸大厦倒塌的构造问题电视机抗跌落分析LS-DYNA的计算结果四、仿真的分类?根据模型性质分：物理、数学、混合物理仿真：根据物理性质构造系统的物理模型，并在模型上进行试验直观形象数学仿真：一般是指在计算机上对系统的数学模型进

4、行试验。经济方便混合仿真：两者结合仿真研究步骤五、连续系统仿真概论?模拟仿真：由一些基本的模拟器件组成，它的输入、输出是连续变化的电压信号。采用并行运算，运算速度快，但精度不高。?数字计算机仿真：其主要工具是数字计算机和相应的数字仿真软件。关键：将连续系统离散化注意：算法和步长的选择?模拟数字计算机仿真应用场合：上两者都不能知足要求时。系统包括连续和离散系统。连续系统仿真的数学模型1、连续时间模型?微分方程?传递函数?权函数脉冲函数?状态空间描绘2、离散时间模型?差分方程?Z传递函数?权序列?离散状态空间模型3、连续离散混合模型?各个环节中有的空间为连续变量，而有的环节的状态变量为离散变量数字

5、仿真算法?数字仿真是利用计算机作为仿真工具，采用各种数字算法求解控制系统运动的微分方程，得到受控物理量的运动规律。?由于用一定的算法来实现受控对象的运动，是基于某些假设条件，忽略了一些非必要因素，使用简化的数学模型进行构造。?仿真结果的真实性除受计算机硬件的影响外，还遭到系统数学模型的等价条件的影响。?在此仅仅介绍MATLAB语言中所用到的一些算法1欧拉法Euler?作为连续时间模型，其微分方程、传递函数、权函数都是描绘系统输入输出之间的关系，而没有描绘系统的内部的情况，其建立的模型为外部模型。?在实际应用系统中，计算机为了复现这系统，只要输入输出量还是不够的，还必须系统内部变量状态变量，也就

6、是将外部模型变成内部模型状态空间模型?在状态空间中，主要是通过积分器求出内部状态变量X。因而，计算机仿真本质就是在计算机上构造出数字积分器，进行n次的积分运算。其基本仿真运算就是数值积分法。?欧拉法简介2、龙格库塔法?简介二阶四阶?特点计算yk+1时只用到yk，即上一步运算的结果，又称单步法，可使存储量减少，而且能够自启动步长能够在整个计算中不固定不管是几阶龙格库塔法，计算公式总有两部分组成。第1部分为为上一步结果yk，第二部分是tk-tk+1中对f(t,y)的积分。主菜单Simulation选项下的Parameters选项用于设置仿真参数3、Adams多步4、Gear刚性系统5、Linsim离散类似法六、仿真软件概述仿真软件的发展分为六个阶段，?即通用程序设计语言?仿真程序包及初级仿真语言?完善的商品化的高级仿真语言?一体化局部智能化建模与仿真环境?智能化建模与仿真环境?支持分布交互仿真的综合仿真环境。)七、与MATLAB类似的软件八、仿真软件分类?按实现内容前面所涉及的主要为纯软件仿真根据系统的控制模型通过编程来实现根据系统的硬件来仿真?Workbench?Pspice?Orcad?Protel