计算机仿真总复习.ppt

计算机仿真技术 主讲教师 张春燕xiangyutianji 手机提纲 绪论 系统模型建立的方法论 连续系统数值积分 离散事件系统仿真 基于MATLAB Simulink的建模与仿真 用adams进行仿真方法的简介 用adams matlab联合仿真方法的简介 绪论 什么叫系统 系统具有哪些特点 系统性能好坏的评价指标有哪些 系统模型的定义 类型及特征 计算机仿真的定义 类型 作用 简述计算机仿真的总体流程图 系统仿真的定义 上次课重点内容回顾 系统 为实现规定功能以达到某一目标而构成的相互关联的一个集合体或装置 部件 例如 数控机床伺服系统等 什么叫系统 试举例说明 系统具有以下四个特点 系统是由部件组成的 部件处于运动状态 部件之间存在着联系 系统行为的输出也就是对目标的贡献 系统各主量和的贡献大于各主量贡献之和 即系统的观点1 1 2 系统的状态是可以转换的 在某些情况下系统有输入和输出 系统状态的转换是可以控制的 系统具有哪些特点 判断一个系统的好坏可以由以下四点观察 目标明确 每个系统 部件 均为一个目标而运动 系统的好坏要看它运行后对目标的贡献 因而目标明确是评价系统的第一指标 结构合理 子系统的联接方式组成系统的结构 联接清晰 路径通畅 冗余少等 以达到合理实现系统目标的目的 接口清楚 子系统之间有接口 系统和外部的联接也有接口 好的接口其定义应十分清楚 能观能控 通过接口 外界可以输入信息 控制系统的行为 可以通过输出观测系统的行为 只有系统能观能控 系统才会有用 才会对目标作出贡献 系统性能好坏的评价指标有哪些 系统模型的定义 是指以某种确定的形式 如文字 符号 图表 实物 数学公式等 对系统某一方面本质属性的描述 系统模型的特征 1 它是现实系统的抽象或模仿 2 它是由反映系统本质或特征的主要因素构成的 3 它集中体现了这些主要因素之间的关系 系统模型的分类 物理模型 数学模型 简述系统模型的定义 类型及特征 简述计算机仿真的定义 类型 作用及总体流程图 计算机仿真 ComputerSimulation 定义 借助高速 大存储量数字计算机及相关技术 对复杂真实系统的运行过程或状态进行数字化模拟的技术 计算机仿真的分类 根据计算机分类模拟计算机仿真 数字计算机仿真 模拟数字混合计算机仿真 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 根据系统模型的特性连续系统仿真 离散事件系统仿真 简述计算机仿真的定义 类型 作用及总体流程图 简述计算机仿真的定义 类型 作用及总体流程图 简述计算机仿真的定义 类型 作用及总体流程图 什么叫系统仿真 系统仿真 SystemSimulation 定义 是以相似原理 系统技术 信息技术及其应用领域有关专业技术为基础 以计算机 仿真软件 仿真器和各种专用物理效应设备为工具 利用系统模型对真实的或设想的系统进行动态研究的一门多学科的综合性技术 数学模型的定义是什么 什么叫数学建模 建立系统模型的依据有哪些 系统建模的途径有哪几种 建立简单系统的数学模型 连续系统数值积分 是利用数学语言 符号 式子与图象 模拟现实的模型 把现实世界中的实际问题加以提炼 抽象为数学模型 求出模型的解 验证模型的合理性 并用该数学模型所提供的解答来解释现实问题 我们把数学知识的这一应用过程称为数学建模 1 数学模型的定义是什么 2 什么叫数学建模 建模的目的 建立系统模型的目的是建模过程的主要信息来源之一 先验知识 实验数据 3 建立系统模型的依据有哪些 演绎法 对于白盒系统 利用一些已知的基本定理 经过分析和演绎导出系统模型 也叫理论建模 归纳法 黑盒或灰盒系统 如果允许直接进行实验性观测 可假设模型并通过实验对假设的模型加以验证和修正 如果是黑盒系统且又不允许直接实验观测的系统 可采用数据收集和统计归纳的方法来假设模型 也叫系统辨识建模 混合法 实际上采用单一的途径建模很难获得有效的结果 通常是采用混合的途径 4 系统建模的途径有哪几种 作业 考虑下图所示的简单的小车系统运动 尝试建立其数学模型 假设m 2 k 1 c 0 05 系统模型建立的方法论 连续系统数值积分的基本思想 数值积分方法有哪些 单步法与多步法 显式法与隐式法 定步长与变步长的定义 欧拉法的递推公式 特点及数值求解应用 二阶龙格库塔法的递推公式 特点及数值求解应用 连续系统数值积分的基本思想 连续系统数值积分如果要求其解 必须首先 差分法 将其离散化 然后进行求解 数值积分方法有哪些 欧拉法 梯度法 龙格一库塔法 阿达姆斯法和吉尔法 单步法与多步法的定义 显式法与隐式法的定义 单步法是指计算某时刻数值yk 1 只需前一时刻tk有关信息 它是一种能自启动的算法 多步法是指计算某时刻数值yk 1需要tk tk 1时刻有关信息 它是一种不能自启动的算法 显式是指计算yk 1时所需数据均已算出 隐式是指计算yk 1的算式中含有tk 1时刻的数据 因此在使用隐式公式中 需要用另一公式估计这里未知数据 然后用隐式公式进行迭代 这叫预估 校正法 显然这种方法不能自启动 定步长与变步长的定义 定步长为积分步长h在仿真运行过程中始终不变 而积分步长在仿真运行过程中自动修正改变为变步长 欧拉法的递推公式 特点及数值求解应用 特点 算法简单 计算工作量小 且为单步显式法 可自启动 但精度较低 例1 设系统方程为 y 0 1 试用Euler法求其数值解 取步长h 0 1 0 t 1 t 0 0 1 1 t 00 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90001 0000 Matlab程序及仿真结果 y 11111111111 t 1 y 1 00000 90910 83330 76920 71430 66670 62500 58820 55560 52630 5000 plot t y 应用euler法对下列一阶微分方程进行离散化处理 并用matlab simulink进行仿真 然后将结果与用matlab simulink中现成函数求得的结果进行比较 例2 euler法进行离散化处理 取步长h 1 0 t 10 解 原方程为f t x sin t 可以应用Euler递推公式 得到 xn 1 xn h f t n xn sin tn 从递推公式中求得数值解如下表 Simulink仿真结果 t 0 10 y cos t 1y 00 45971 41611 99001 65360 71630 03980 24611 14551 91111 8391plot t y Matlab仿真结果 二阶龙格库塔法的递推公式 特点及数值求解应用 特点 与欧拉法比较 算法较复杂 计算工作量较大 但精度较低 应用二阶龙格 库塔法求系统方程 y 0 1 取步长h 0 1 0 t 1 离散事件系统的定义及特点 数值积分方法有哪些 单步法与多步法 显式法与隐式法 定步长与变步长的定义 欧拉法的递推公式 特点及数值求解应用 二阶龙格库塔法的递推公式 特点及数值求解应用 离散事件系统仿真 什么是Simulink Simulink是MATLAB提供的实现动态系统建模和仿真的一个软件包 它让用户把精力从编程转向模型的构造 SIMILINK模块库按功能进行分类 连续模块 离散模块 查表模块 数学模块 非线性模块 信号通路模块 接收器模块 输入源模块 其他常用方块组及工具箱 特别模块 MATLAB SIMULINK主要用于工程领域的哪方面仿真 SIMULINK和MATLAB相比 各有什么优缺点 SIMULINK模块库按功能分为哪几类 信号通路中MUX和DEMUX的作用各是什么 根据下列系统的物理模型 建立其相应的数学模型 并应用SIMULINK建立下列系统的仿真模型 并对上面的数学模型求其传递函数 应用传递函数模型搭建对应的仿真模型 已知条件 假设系统处于零平衡位置 外力函数为幅值为1的阶跃函数 明确ADAMS软件和MATLAB软件的区别与联系 了解虚拟样机技术与ADAMS软件的关系 以及ADAMS软件目前的应用情况 熟悉ADAMS的功能及在工程领域应用的现状及前景 能进行ADAMS软件的安装 卸载 熟悉该软件的界面 掌握应用ADAMS软件进行仿真的步骤 并能应用该软件对简单的系统模型进行仿真 掌握ADAMS软件的自身建模外 能将借用其他CAD软件 如 CATIA UG PRO E等 建立的模型导入ADAMS进行仿真 传统CAD CAE CAM技术和虚拟样机技术的主要区别是什么 简述应用catia软件建立模型导入到adams进行动力学仿真的过程 步骤 以视频凸轮机构为例 虚拟样机技术的英文简称和定义 虚拟样机技术与传统的CAD CAE CAM技术最大的差别是什么 产品全生命周期包括哪些环节 什么是虚拟样机的杰出代表 ADAMS的中 英文简称分别是什么 ADAMS软件有哪些特点 ADAMS软件分析仿真的基本步骤 ADAMS的建模方式有哪两种 简述应用catia软件建立模型导入到adams进行动力学仿真的过程 步骤 虚拟样机 VirtualPrototyping简称VP 技术又称为机械系统动态仿真技术 是国际上20世纪80年代 随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程 CAE 技术 工程师在计算机上建立样机模型 对模型进行各种动态性能分析 然后改进样机设计方案 用数字化形式代替传统的实物样机实验 虚拟样机技术的英文简称和定义 前者是面向系统的设计 分析 制造 以提高产品整体质量和性能并降低开发与制造成本为目的 而后者是面向产品零部件的设计 分析 制造 以提高零 部件的质量和性能为目的 虚拟样机技术与传统的CAD CAE CAM技术最大的差别是什么 产品全生命周期包括哪些环节 什么是虚拟样机的杰出代表 产品全生命周期 指从产品研究 产品规划 产品设计 产品试验 产品制造 产品销售 产品使用到产品最终报废的整个环节 ADAMS是虚拟样机技术的杰出代表 它全称是AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem 即机械系统自动动力学分析系统 1 快捷方便的图形界面 A View 2 强大的建模和分析功能 3 开放式结构 ADAMS软件有哪些特点 ADAMS软件仿真分析的基本步骤 ADAMS的建模方式有哪两种 简述应用catia软件建立模型导入到adams进行动力学仿真的过程 步骤 建模方式 应用ADAMS2005直接建立几何模型 应用其他三维CAD软件建立几何模型 然后通过相应的接口导入ADAMS2005 应用其他三维CAD软件建立几何模型 然后通过相应的接口导入ADAMS2005 ADAMS软件是虚拟样机领域非常优秀的软件 它的功能很强大 给用户提供了友好的界面 快速简便的建模功能 强大的函数库 交互式仿真和动画显示功能等等 该软件的主要特点是通过它建立的虚拟模型能很好地反映实际的物理模型 其仿真的结果也能很好地与实际物理模型的结果相吻合 但是对于控制系统的设计 ADAM提供的控制工具箱只能处理一般的控制环节 比如PID控制 而MATLAB是大型控制系统设计软件 能够处理各种高级控制环节 比如智能控制系统 如果能将两者结合起来使用 充分