控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與1仿真技術(shù)概述

1、與CAD系統(tǒng)數(shù)字技術(shù)概述哈爾濱工業(yè)大學(xué) 電氣學(xué)院張曉華 教授主要內(nèi)容科研工作的基本方法相似原理及其應(yīng)用模型及其建立技術(shù)及其重要性學(xué)習(xí)本課程的目的與方法2科研工作的基本方法¾法：運(yùn)用已掌握的理論知識(shí)，對(duì)所研究的對(duì)象進(jìn)行理論方面的分析、計(jì)算及綜合。工程最優(yōu)問題3龐得里亞金極大值原理最佳路徑問題科研工作的基本方法¾法：工程動(dòng)力學(xué)問題F=ma4一階倒立擺科研工作的基本方法¾法：Routh判據(jù)5英國E.J.Routh建立（Routh-Hurwitz Stability Criteria）（1875年）科研工作的基本方法¾2實(shí)驗(yàn)法：6科研工作的基本方法¾2

2、實(shí)驗(yàn)法：系統(tǒng)模型yqy µ xn µ u+d+xIdMUh1dq1-d 2 xdx-+ b+ cx = y(t) dttadt2nh µ qh+i(t) LRU (t) CUc (t) uc µ u-7科研工作的基本方法¾2實(shí)驗(yàn)法：實(shí)際系統(tǒng)8科研工作的基本方法¾3實(shí)驗(yàn)法：9科研工作的基本方法ï&x&=2 Mïïh x&xï&ï&&1msin x數(shù)學(xué)模型+ g cos x+sin xí&333MMïï&

3、#239;- h x&3 )cos x ( f - Dx&+ f sin x31123h x&1x2xï&x&3 =( 2 - 2x&2 x&3 - g sin x3 - 3 )ïïîMmx210科研工作的基本方法¾3實(shí)驗(yàn)法：虛擬模型11科研工作的基本方法¾3實(shí)驗(yàn)法：實(shí)物模型12科研工作的基本方法低高精度13科研工作的基本方法¾3實(shí)驗(yàn)法：14科研工作的基本方法¾4混合法：法+實(shí)驗(yàn)法工程實(shí)例： 水輪發(fā)電機(jī)組15科研工作的基本方法¾4混合法：I dw=M

4、dt-Mgt工程實(shí)例：水輪發(fā)電機(jī)組M= g QH hwtt流體力學(xué)：層流/紊流ìP = ¶P a +¶P+ ¶P Q& = e a + eQ&H + eH¶a0¶Q&PaPH0PQ¶Hï0íïea + eH+ ePïaQH0QPPî0我們要確定的“六系數(shù)”（偏導(dǎo)數(shù)）16科研工作的基本方法¾4 混合法：工程實(shí)例：水輪發(fā)電機(jī)組17科研工作的基本方法¾5猜想法：18科研工作的基本方法¾5猜想法：哥德巴赫猜想相對(duì)論假說電磁波設(shè)想1

5、9科研工作的基本方法宇宙大理論20科研工作的基本方法¾5猜想法：布豐投針原理y > 1 l sinq (不相交)y > 1 l sinq (不相交)22y < 1 l sinq (相交)qq2q = 90oqy < 1 l sinq (相交)y > 1 l sinq (不相交)2221主要內(nèi)容科研工作的基本方法相似原理及其應(yīng)用模型及其建立技術(shù)及其重要性學(xué)習(xí)本課程的目的與方法22相似性原理及應(yīng)用科學(xué)23相似性原理及應(yīng)用¾1、幾何相似24相似性原理及應(yīng)用¾2、環(huán)境相似25相似性原理及應(yīng)用¾3、性能相似FF µ xMx路

6、面yqy µ xn µ u+d+xIdMUh1dq1-d 2 xdx-a+ b+ cx = y(t) ndt 2dth µ qht+i(t) U (t) LRCUc (t) uc µ u-26相似性原理及應(yīng)用¾相似定理：r wl = 常數(shù)Pgl= 常數(shù)= 常數(shù)mr w2w227例：粘性不可壓縮流體的穩(wěn)定等溫問題；主要內(nèi)容科研工作的基本方法相似原理及其應(yīng)用模型及其建立技術(shù)及其重要性學(xué)習(xí)本課程的目的與方法28模型及其建立勾股定理29模型及其建立¾模型的重要性電磁場(chǎng)理論渦旋磁場(chǎng)推演位移電流赫茲推演30模型及其建立¾模型的重要性1、

7、把世間的現(xiàn)象/問題上升到“數(shù)學(xué)抽象/數(shù)學(xué)模型”的理論高度是現(xiàn)代科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)。2、“實(shí)驗(yàn)、歸納、推演”是建立系統(tǒng)“數(shù)學(xué)模型”的重要手段/方法/途徑。3、“數(shù)學(xué)模型”是人們對(duì)自然世界的一種抽象理解，它與自然世界/現(xiàn)象/問題具有“性能相似”的特點(diǎn)。31模型及其建立¾建模三要素：目的，方法，驗(yàn)證1.目的要明確方法2方法132模型及其建立¾建模三要素：目的，方法，驗(yàn)證2.方法要恰當(dāng)（1） 邏輯推理方法：歸納、推演、類比、移植（2） 機(jī)理建模法:白箱問題（3） 實(shí)驗(yàn)建模法：黑箱問題（4） 綜合建模法：機(jī)理+實(shí)驗(yàn)33模型及其建立¾建模三要素：目的，方法，驗(yàn)證3.結(jié)果

8、要驗(yàn)證34模型及其建立¾建模過程35主要內(nèi)容科研工作的基本方法相似原理及其應(yīng)用模型及其建立技術(shù)及其重要性學(xué)習(xí)本課程的目的與方法36技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)CAD機(jī)械系統(tǒng)CAD37技術(shù)及其重要性系統(tǒng)CAD¾Bode Diagram100T2 (S)L=1.0m-10T1 (S) L=1.1mT1 (S) L=1.0m-20T1(S)L=0.9m-30-40-5010-1100101102Frequency (rad/sec)Root LocusRoot Locus31025100-1-5-2-10-3-6-5-4-3-2-10-1.5-10-2.5-2-0.5

9、0.5Real AxisReal Axis38Imag AxisMagnitude (dB)Imag Axis技術(shù)及其重要性系統(tǒng)CAD¾39技術(shù)及其重要性系統(tǒng)CAD¾40ASR輸出/V轉(zhuǎn)速n/r/min轉(zhuǎn)速n/r/min電流/A電流Id/A轉(zhuǎn)速n/r/minASR輸出轉(zhuǎn)速=5.3%=21.3%電電流 轉(zhuǎn)速 技術(shù)及其重要性系統(tǒng)CAD¾41技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用42技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用43技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用 虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）44技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用 虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）45技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用

10、 虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）46技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用 虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）47技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用 虛擬樣機(jī)：48技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用 虛擬樣機(jī)：49技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用 虛擬樣機(jī)：50技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用 虛擬樣機(jī)：51技術(shù)及其重要性技術(shù)的應(yīng)用¾52技術(shù)及其重要性技術(shù)的應(yīng)用¾53技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用 工程應(yīng)用：541 車輛肇事2飛行器設(shè)計(jì)34 軍事工程技術(shù)及其重要性551車輛肇事技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用 工程應(yīng)用：56技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)機(jī)械工程師物理樣機(jī)概念

11、設(shè)計(jì)虛擬驗(yàn)證虛擬試驗(yàn)工程師設(shè)計(jì)57工程應(yīng)用：3技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用 工程應(yīng)用：2CALL SIMULATIONS, MS,REAL DESIGN PROTOTYPINGHOMETOWN ARMORIESWARGAMES = INTEROPERABLE PLATFORMS MANUFACTURING系統(tǒng)之間通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在GLOBAL GRIDNATIONAL ( INTERNATIONAL)COMMUNICATIONS HIGHWAY一起B(yǎng)OSNIASOMALIAHOMESTEAD, FLKOREA (WMD)58技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用常用的工具軟件59技術(shù)及

12、其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用常用的工具軟件60技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用常用的工具軟件61技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用常用的工具軟件62技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的發(fā)展 發(fā)展歷程：63技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的發(fā)展 發(fā)展歷程：5、270年代，以FORTRAN為代表的高級(jí)語言與語言（如：MIMIC、DSL/90、CSSL、多種的CSMP等）為“數(shù)字技術(shù)”的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ);6、1978年,美國推出的AD10數(shù)字/模擬混合計(jì)算機(jī)使“仿真技術(shù)”以得進(jìn)軍入事、裝備等領(lǐng)域的應(yīng)用。7、20世紀(jì)80年代初，軟件出現(xiàn)，并廣泛在歐美的中得到應(yīng)用；8、1983，年美高級(jí)研究計(jì)劃局（

13、DARPA）與國防組網(wǎng)（SIMNET）計(jì)劃；共同制定了64技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的發(fā)展 發(fā)展歷程：65技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的發(fā)展 發(fā)展歷程：6613、1993年，中國“型機(jī)”研制；14、1996年，中國學(xué)者薛定宇所著系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)語言與應(yīng)用一書（清華大學(xué)），它是國內(nèi)最早的專著；15、1996年，美國學(xué)者M(jìn)acredie系統(tǒng)闡述了虛擬現(xiàn)實(shí)、環(huán)境、面向?qū)ο蟮慕C(jī)制等重要概念與理論，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在環(huán)境模擬與培訓(xùn)方面的廣泛應(yīng)用推波助瀾；16、1999年，“高性能分布計(jì)算機(jī)”在長(zhǎng)沙誕生，這標(biāo)志著我國的技術(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)水平；技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)小規(guī)模的1

14、988 年前，很少的交互式系統(tǒng)發(fā)展歷程：to Training and Wargaming Study for CJCS體系結(jié)構(gòu)開始begun(HLA)DARPA-SACEURDIS 標(biāo)準(zhǔn)化工作開始Distributed Wargaming17、1Sy9ste9m A9CE年-89CAD一書第1為，系級(jí) 統(tǒng)組網(wǎng)數(shù)字與HLA 政（策JSIMS, JWARS 開始確立版）（機(jī)械工業(yè)），它標(biāo)志著以平8臺(tái)8的89技0術(shù)類91課程開92 始在93高等院94校本95科生開96展；9798DEPSECDEF Memo:000 59DoD 5000 59-PDoD VV&A美國國防部管理政策研究182

15、1世紀(jì)，“虛擬現(xiàn)實(shí)”開M始&S、進(jìn)入技理指術(shù)令主在計(jì)劃影視指藝令EXCIMS建立DMSODoD M&S等領(lǐng)域All S大ervice量s應(yīng)用執(zhí)；行委“技術(shù)SB”A Task術(shù)、工業(yè)設(shè)計(jì)、生活A(yù)rchitecturM&S officesForce已成為“現(xiàn)代工程技術(shù)管理一”。HLA應(yīng)該掌in p握lace的基本Man技agem能ent Gr之oup EXCIMS遷移計(jì)劃通過Functional Area Councils67技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用 發(fā)展趨勢(shì)：1 在硬件上，基于多CPU的并行處理技術(shù)的全數(shù)字技系統(tǒng)的“實(shí)時(shí)性”；術(shù)將有效的2 基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的分布式數(shù)字3 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的“多系統(tǒng)將廣泛應(yīng)用；技術(shù)”將推環(huán)境條件下的進(jìn)軍事、工業(yè)、生活、等領(lǐng)域的次應(yīng)用；4 “離散系統(tǒng)”的問題將成為人們研究的另一熱點(diǎn)；5“技術(shù)”將成為高等理工院校學(xué)生培養(yǎng)的重要技術(shù)。68技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用69技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用701：、管理等問題例：“嬰兒體重時(shí)間（周）的”（1）數(shù)據(jù)： （i=1，2，20）技術(shù)及其重要性¾技術(shù)的應(yīng)用71“嬰兒體重時(shí)間（周）的”（2）建模：自動(dòng)門限自回歸模型（SETAR模型）xt -2 ³ 5.102îxt -3 +1.1490t -2 < 5.10