系统仿真技术与应用

数值仿真与MATLAB
1.1 系统仿真基本概念
1.1.2 相似性原理 ➢环境相似
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数值仿真与MATLAB
1.1 系统仿真基本概念
1.1.3 仿真分类 根据模型种类的不同，系统仿真可分为：
➢实物仿真：又称物理仿真，是指研制某些实体模型，使 之能够重现原系统的各种状态。真实直观；投资大、周期 长，实验受限制，灵活性差
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数值仿真与MATLAB
第一章 系统仿真概述
本章主要内容如下： 1.1 系统仿真基本概念 1.2 系统仿真技术应用及发展 1.3 系统仿真软件介绍
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1.1 系统仿真基本概念
1.1.1 系统仿真定义 仿真定义：利用物理或数学的模型来模拟类比现实过程， 以寻求对真实过程的认识，其所遵循的基本原则是相似性 原理
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1.1 系统仿真基本概念
1.1.2 相似性原理
➢性能相似
F M
Fx
x
路面
+ U d Id
-
n ud +
M -
n
y x
y x
a
d 2x dt2
b
dx dt
cx
y (t )
t
q
h1
q1
h q
h
+
i(t) L
R
U (t) -
C uc u
+ U c (t)
-
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转弯
直线路
高架路
标志
叉路
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1.1 系统仿真基本概念
机械安装模拟
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1.1 系统仿真基本概念
游戏制作
(FIFA soccer 2002)
(NBA live) 武汉科技大学机械自动化学院
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1.1 系统仿真基本概念
1.1.3 仿真分类 数值仿真：用数学语言去表述一个系统，并编制程序在计 算机上对实际系统进行研究的过程 数值仿真三要素：实际系统、模型、计算机
系统
建立数学模型
仿真实验
结果分析百度文库
模型
建立仿真模型
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计算机
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1.1 系统仿真基本概念
模型：是对实际系统的有关结构信息和行为某种形式的描 述，对系统特征与变化规律的一种定量抽象 ➢实体模型：一般为按与事物相同比例制作的物理模型。如： 船舶制造中的船舶模型、风洞实验 ➢数学模型：是从一定模型的功能或结构上进行相似，用数 学的方法来再现原型系统的功能或结构特征 数学模型可分为：原始数学模型、仿真数学模型
➢数学仿真：用数学语言去表述一个系统，并编制程序在 计算机上对实际系统进行研究的过程。经济、方便、灵活； 真实性依赖于模型
➢半实物仿真：又称数学物理仿真或混合仿真。为提高仿 真的可信度或针对一些难以建模的实体，在系统研究中往 往把数学模型和实体结合起来组成一个复杂的仿真系统
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1.1.3 仿真分类
数值仿真过程：
辨识系统数学模型
建立仿真模型
编制仿真程序
否
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验证结果
是 仿真实验
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1.1 系统仿真基本概念
1.1.3 仿真分类 根据仿真时钟与实际时钟的比例关系可分为： ➢实时仿真：仿真时钟与实际时钟完全一致，仿真速度= 运行速度。常用于系统模型中存在物理模型或实物时，如 训练仿真器
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教学内容
第一章、系统仿真概述 第二章、MATLAB基础 第三章、MATLAB数组及运算 第四章、MATLAB数据及函数可视化 第五章、MATLAB编程 第六章、系统模型 第七章、系统时间响应及仿真 第八章、系统频率响应及仿真 第九章、Simulink动态仿真基础
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参考书目
1、刘白雁等：机电系统动态仿真---基于MATLAB/Simulink， 机械工业出版社，2005（本课程选用教材） 2、张志涌等：MATLAB教程---基于6.X版本，北京航空航天 大学出版社，2001 3、李国勇等：控制系统数字仿真与CAD，电子工业出版社， 2003 4、薛定宇等：基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用， 清华大学出版社，2002 5、薛定宇等：反馈控制系统设计与分析---MATLAB语言应用， 清华大学出版社，2000
数值仿真与MATLAB
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2014年11月
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数值仿真与MATLAB
课程任务
通过课程学习，初步掌握数值计算仿真软件MATLAB的基 本操作，结合控制原理课程，学会运用MATLAB软件进行 控制系统仿真和辅助设计的基本操作
联系方式
Office：教1楼615 Email： Tel:
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1.1 系统仿真基本概念
驾驶员培训模拟系统
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1.1 系统仿真基本概念
驾驶培训模拟系统（驾驶舱）
阻力弹簧增加力回馈感觉
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驾驶座舱
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1.1 系统仿真基本概念
驾驶培训模拟系统（模拟环境）
1.1 系统仿真基本概念
仿真地图
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1.1 系统仿真基本概念
1.1.2 相似性原理 相似性原理是系统仿真技术的主要依据。所谓相似，是指各 类事务或对象之间存在的某些共性。采用相似性技术建立实 际系统的模型就是仿真的本质过程 ➢几何相似
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➢欠实时仿真：系统仿真时钟慢于实际时钟。用于对仿真 速度要求不苛刻的情况下，如离线仿真
➢超实时仿真：系统仿真时钟快于实际时钟。如交通系统 的仿真
根据仿真计算机进行分类： 模拟计算机仿真、数字计算机仿真及数字模拟混合仿真
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1.2 仿真技术应用及发展
1.2.1 仿真技术应用 仿真技术具有很高的科学研究价值和巨大的经济效益。由 于仿真技术的特殊功效，特别是安全性和经济性，使得仿 真技术得到广泛的应用。归纳起来，仿真技术的主要用途 包括以下几点： ➢优化系统设计 ➢系统故障再现 ➢验证系统设计的正确性 ➢对系统或其子系统进行性能评价和分析 ➢培训系统操作员