《计算机仿真技术基础》计算机仿真技术101页PPT
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
⑷重现系统故障，以便判断故障产生的原因(GM)。 ⑸可以避免试验的危险性。 ⑹进行系统抗干扰性能的分析研究(MM)。 ⑺训练系统操作人员(GM)。 ⑻系统仿真能为管理决策和技术决策提供依据。
正因为仿真技术对国防建设、工农业生产及科学研究 均具有极大的应用价值，所以，仿真技术被美国国家 关键技术委员会于1991年确定为影响美国国家安全及 繁荣的22项关键技术之一。
问题： 如何分析研究并保证设计出或设计中的
悬架系统具有这种卓越性能？
研究方法： 1 理论方法 2 实验方法 3 仿真方法
仿真技术与物理实验、理论研究的对比
仿真技术
物理实验
理论研究
可能性 安全性
只要能建立系统 系统尚未建立，则不可 模型，就能进行 能；有的自然系统实验
周期太长，也不可能
无危险
有危险（人身、设备）
1.1 仿真（simulation)的基本概念 及其分类
1.1.1 系统仿真的定义、分类及其作用 1）系统仿真的定义 系统仿真是通过对系统模型的某种操作，
研究一个存在的或设计中的系统。简言 之，系统仿真是对系统模型的试验，即 在仿真中，系统的模型在一定的试验条 件下被行为产生器驱动，产生模型行为。
本章目录
1.1.2 计算机仿真(Computer Simulation)的定义及其分类
1)计算机仿真的定义 计算机仿真是指应用几何和性能相似原理，构
成数字模型，在计算机上对系统数字模型进行 某种操作。计算机仿真又称为数字仿真。
⒉计算机仿真的分类
①根据计算机分类 模拟计算机仿真、数字计算机仿真、模
2）系统仿真的分类--系统模型分类方式 ①物理仿真 系统模型为物理模型：实物模型(PM)。 ②数字仿真
系统模型为数字模型：数学模型和几何模 型（MM&GM）。
③半物理仿真
既有物理模型也有数字模型。
3）系统仿真的作用 ⑴优化系统设计。在复杂的系统建立以前，能够通过改
变仿真模型结构和调整参数来优化系统设计(MM)。 ⑵对系统或系统的某一部分进行性能评价(MM)。 ⑶节省费用。
，如各种仿真语言及仿真软件包，各种训练仿真器等 等。 ⑥为了推广仿真技术的应用，几乎所有的仿真语言都推 出了PC版。
计算机仿真应用视频
1.3 计算机数字仿真的基本过程
为了使大家对计算机数字仿真有一个全 面的了解，让我们用一个简单的例子来 予以说明。
卓越的操控性、稳定性和 舒适性
汽车悬挂系统
4.先进仿真技术与仿真环境，熊光楞编， 国防 工业出版社
5.系统仿真与虚拟现实，吴启迪主编，化学工 业出版社
6.MATLAB 7.0从入门到精通，刘保柱等编，人 民邮电出版社
Three topics to be discussed
第1章WW概H 述
Why to learn
What to learn
在系统运行时，利用仿真模型作为观测器，给用户提 供过去、现在甚至未来的信息，以便用户实时作出正 确的决策，比如利用仿真技术进行故障分析和故障处 理； ⑤系统训练器
利用仿真模型作为训练器，训练系统操作人员或管理 人员
2)计算机仿真的应用领域
从历史上看，仿真技术首先被应用于那些 在实际系统进行试验有危险、花费巨大的领域， 比如：航空、航天、武器系统等，以后逐渐扩 大到虽然可在实际系统上进行试验，但花费较 大、耗时较长、不大方便的一些领域，比如： 冶金、化工、电力等；近十几年来，则进一步 扩大到制造、交通、环境、生态、生物、石油 等领域。
综观仿真技术应用领域逐渐扩大的历史，可 以得到以下几个有意义的结论：
①仿真技术在应用上的安全性一直是被采用的最主要原 因；
②仿真技术在应用上的经济性也是被采用的十分重要的 原因；
③仿真技术一般是从学院式的局部应用逐步走向全面应 用，其标志是对某领域的仿真应用而设立的仿真中心 ；
④仿真技术在每一阶段都有一个比较成熟的应用领域； ⑤根据仿真的应用范围，研制和开发了一大批仿真产品
动因：洲际导弹和宇宙飞船飞行姿态及轨道控 制动力学的研究。 第三阶段：数字仿真技术发展阶段，70年代以后。
模拟机—混合机—数字机
计算机仿真的应用类型: ①系统设计器
对尚未有的系统进行设计时采用仿真技术； ②系统分析器
对已有系统进行分析时采用仿真技术； ③系统预测器
在系统运行前，利用仿真模型作为预测器，向用户提 供系统运行起来后，可能产生什么现象，以便用户修 订计划或决策； ④系统观测器
本门课程的目标
熟悉一个概念 掌握一种方法 精通一项技术 会用一款软件
结课方式
考试+作业+上机 考试：开卷（60%） 作业+上机（40%）
参考文献
1.计算机仿真技术基础，刘瑞叶等编，电子工 业出版社
2.系统仿真概论，肖田元等编，清华大学出版 社
3.现代仿真技术与应用，康风举编，国防工业 出版社
拟数字混合仿真 ②根据仿真时钟与实际时钟的比例关系 实时仿真、欠实时仿真、超实时仿真 ③根据系统模型的特性 连续系统仿真、离散事件系统仿真
本章目录
1.2 计算机仿真的发展 及其应用领域
1)计算机仿真的发展 第一阶段:模拟仿真技术发展阶段,1950年以前。
动因：火炮与飞行控制动力学系统的研究。 第二阶段：混合仿真技术发展阶段，50～60年代。
How to learn
本章学习要求
理解并掌握仿真的概念、分类、作用； 了解计算机仿真的发展历程、应用领域及目 前研究、应用现状； 熟悉掌握计的基本概念及其分类 1.1.1 系统仿真的定义、分类及作用 1.1.2 计算机仿真的定义及其分类 1.2 计算机仿真的发展及其应用领域 1.3 计算机数字仿真的基本过程 1.4 先进仿真技术
有的系统无法建立解 析模型，因此，不可 能利用解析方法
无危险
经济性 花费不多
费用很大
花费少
耗时性
中等
长
短
准确性 可以做到很准确
方便性 可以做到十分方 便
十分准确 受现场限制，不方便
要做较多假设，有较 大误差
方便
质量弹簧阻尼系统
My" By' ky f (t) X' AXBf 状态方程 YCXDf 输出方程
其中：
X — 状态向量 A — 系统矩阵 B — 输入矩阵 f(t)— 输入变量 C — 输出矩阵 D — 直接转移矩阵
正因为仿真技术对国防建设、工农业生产及科学研究 均具有极大的应用价值，所以，仿真技术被美国国家 关键技术委员会于1991年确定为影响美国国家安全及 繁荣的22项关键技术之一。
问题： 如何分析研究并保证设计出或设计中的
悬架系统具有这种卓越性能？
研究方法： 1 理论方法 2 实验方法 3 仿真方法
仿真技术与物理实验、理论研究的对比
仿真技术
物理实验
理论研究
可能性 安全性
只要能建立系统 系统尚未建立，则不可 模型，就能进行 能；有的自然系统实验
周期太长，也不可能
无危险
有危险（人身、设备）
1.1 仿真（simulation)的基本概念 及其分类
1.1.1 系统仿真的定义、分类及其作用 1）系统仿真的定义 系统仿真是通过对系统模型的某种操作，
研究一个存在的或设计中的系统。简言 之，系统仿真是对系统模型的试验，即 在仿真中，系统的模型在一定的试验条 件下被行为产生器驱动，产生模型行为。
本章目录
1.1.2 计算机仿真(Computer Simulation)的定义及其分类
1)计算机仿真的定义 计算机仿真是指应用几何和性能相似原理，构
成数字模型，在计算机上对系统数字模型进行 某种操作。计算机仿真又称为数字仿真。
⒉计算机仿真的分类
①根据计算机分类 模拟计算机仿真、数字计算机仿真、模
2）系统仿真的分类--系统模型分类方式 ①物理仿真 系统模型为物理模型：实物模型(PM)。 ②数字仿真
系统模型为数字模型：数学模型和几何模 型（MM&GM）。
③半物理仿真
既有物理模型也有数字模型。
3）系统仿真的作用 ⑴优化系统设计。在复杂的系统建立以前，能够通过改
变仿真模型结构和调整参数来优化系统设计(MM)。 ⑵对系统或系统的某一部分进行性能评价(MM)。 ⑶节省费用。
，如各种仿真语言及仿真软件包，各种训练仿真器等 等。 ⑥为了推广仿真技术的应用，几乎所有的仿真语言都推 出了PC版。
计算机仿真应用视频
1.3 计算机数字仿真的基本过程
为了使大家对计算机数字仿真有一个全 面的了解，让我们用一个简单的例子来 予以说明。
卓越的操控性、稳定性和 舒适性
汽车悬挂系统
4.先进仿真技术与仿真环境，熊光楞编， 国防 工业出版社
5.系统仿真与虚拟现实，吴启迪主编，化学工 业出版社
6.MATLAB 7.0从入门到精通，刘保柱等编，人 民邮电出版社
Three topics to be discussed
第1章WW概H 述
Why to learn
What to learn
在系统运行时，利用仿真模型作为观测器，给用户提 供过去、现在甚至未来的信息，以便用户实时作出正 确的决策，比如利用仿真技术进行故障分析和故障处 理； ⑤系统训练器
利用仿真模型作为训练器，训练系统操作人员或管理 人员
2)计算机仿真的应用领域
从历史上看，仿真技术首先被应用于那些 在实际系统进行试验有危险、花费巨大的领域， 比如：航空、航天、武器系统等，以后逐渐扩 大到虽然可在实际系统上进行试验，但花费较 大、耗时较长、不大方便的一些领域，比如： 冶金、化工、电力等；近十几年来，则进一步 扩大到制造、交通、环境、生态、生物、石油 等领域。
综观仿真技术应用领域逐渐扩大的历史，可 以得到以下几个有意义的结论：
①仿真技术在应用上的安全性一直是被采用的最主要原 因；
②仿真技术在应用上的经济性也是被采用的十分重要的 原因；
③仿真技术一般是从学院式的局部应用逐步走向全面应 用，其标志是对某领域的仿真应用而设立的仿真中心 ；
④仿真技术在每一阶段都有一个比较成熟的应用领域； ⑤根据仿真的应用范围，研制和开发了一大批仿真产品
动因：洲际导弹和宇宙飞船飞行姿态及轨道控 制动力学的研究。 第三阶段：数字仿真技术发展阶段，70年代以后。
模拟机—混合机—数字机
计算机仿真的应用类型: ①系统设计器
对尚未有的系统进行设计时采用仿真技术； ②系统分析器
对已有系统进行分析时采用仿真技术； ③系统预测器
在系统运行前，利用仿真模型作为预测器，向用户提 供系统运行起来后，可能产生什么现象，以便用户修 订计划或决策； ④系统观测器
本门课程的目标
熟悉一个概念 掌握一种方法 精通一项技术 会用一款软件
结课方式
考试+作业+上机 考试：开卷（60%） 作业+上机（40%）
参考文献
1.计算机仿真技术基础，刘瑞叶等编，电子工 业出版社
2.系统仿真概论，肖田元等编，清华大学出版 社
3.现代仿真技术与应用，康风举编，国防工业 出版社
拟数字混合仿真 ②根据仿真时钟与实际时钟的比例关系 实时仿真、欠实时仿真、超实时仿真 ③根据系统模型的特性 连续系统仿真、离散事件系统仿真
本章目录
1.2 计算机仿真的发展 及其应用领域
1)计算机仿真的发展 第一阶段:模拟仿真技术发展阶段,1950年以前。
动因：火炮与飞行控制动力学系统的研究。 第二阶段：混合仿真技术发展阶段，50～60年代。
How to learn
本章学习要求
理解并掌握仿真的概念、分类、作用； 了解计算机仿真的发展历程、应用领域及目 前研究、应用现状； 熟悉掌握计的基本概念及其分类 1.1.1 系统仿真的定义、分类及作用 1.1.2 计算机仿真的定义及其分类 1.2 计算机仿真的发展及其应用领域 1.3 计算机数字仿真的基本过程 1.4 先进仿真技术
有的系统无法建立解 析模型，因此，不可 能利用解析方法
无危险
经济性 花费不多
费用很大
花费少
耗时性
中等
长
短
准确性 可以做到很准确
方便性 可以做到十分方 便
十分准确 受现场限制，不方便
要做较多假设，有较 大误差
方便
质量弹簧阻尼系统
My" By' ky f (t) X' AXBf 状态方程 YCXDf 输出方程
其中：
X — 状态向量 A — 系统矩阵 B — 输入矩阵 f(t)— 输入变量 C — 输出矩阵 D — 直接转移矩阵