第1章系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)

系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)

第一章緒論

機(jī)械與汽車工程學(xué)院陳無畏幾個例子1、加加林遇難新說

1968年3月27日加加林到莫斯科郊外的契卡洛夫斯基航天場進(jìn)行米格-15殲擊機(jī)的飛行訓(xùn)練，訓(xùn)練結(jié)束加加林請求返航時，地面塔臺卻失去了加加林的消息。接著加加林駕駛的飛機(jī)已經(jīng)墜毀在了離航天場不遠(yuǎn)處的弗拉基米爾新村附近。“加加林駕駛的米格-15進(jìn)入前面飛機(jī)產(chǎn)生的湍流區(qū)域而進(jìn)行螺旋飛行狀態(tài)”，“駕駛員做了5~6次擺脫操作，但缺少約2秒的時間”；“在250~300米高度出了問題”。

22、世貿(mào)大廈倒塌的結(jié)構(gòu)問題33、電視機(jī)抗跌落分析為設(shè)計(jì)工程師提供結(jié)構(gòu)改進(jìn)及包裝設(shè)計(jì)的理論依據(jù)4LS-DYNA的計(jì)算結(jié)果54、轎車懸架運(yùn)動學(xué)仿真6什么是“系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)”？以相似理論、模型理論、系統(tǒng)技術(shù)、信息技術(shù)以及建模與仿真應(yīng)用領(lǐng)域的有關(guān)專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)、物理效應(yīng)設(shè)備及仿真器為工具，利用共性或?qū)Ｓ弥渭夹g(shù)，建立仿真系統(tǒng)，對研究對象（系統(tǒng)）進(jìn)行抽象、映射、描述和實(shí)驗(yàn)、分析、評估的一門多學(xué)科的綜合性、交叉性技術(shù)。71.1系統(tǒng)、模型、仿真的基本概念1、系統(tǒng)G.Golden----“系統(tǒng)這個術(shù)語已經(jīng)在各個領(lǐng)域用得如此廣泛，以至很難給它下一個定義?！毕到y(tǒng)----最早見著作《世界大系統(tǒng)》德謨克利特（公元前460年－公元前370年）“任何事物都是在聯(lián)系中顯現(xiàn)出來的，都是在系統(tǒng)中存在的，系統(tǒng)聯(lián)系規(guī)定每一事物，而每一聯(lián)系又能反映系統(tǒng)的聯(lián)系的總貌?！盙.Golden----“按照某些規(guī)律結(jié)合起來，互相作用、互相依存的所有實(shí)體的集合或總和”。

8例：一個超市定義為一個系統(tǒng)

實(shí)體：服務(wù)員、顧客顧客：按某種規(guī)律到達(dá)，服務(wù)完畢后顧客離去服務(wù)員：根據(jù)顧客的要求，按一定的程序服務(wù)相互作用：顧客到達(dá)模式影響著服務(wù)員的工作忙閑狀態(tài)和顧客排隊(duì)狀態(tài)服務(wù)員的多少和服務(wù)效率：影響著顧客接受服務(wù)的質(zhì)量9例：電動機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)

實(shí)體：電動機(jī)、測速元件、比較元件以及控制器。

相互作用：實(shí)現(xiàn)按給定要求調(diào)節(jié)電動機(jī)的速度10系統(tǒng)(續(xù))系統(tǒng)定義：按照某些規(guī)律結(jié)合起來，互相作用、互相依存的所有實(shí)體的集合或總體.確定邊界、輸入、輸出描述系統(tǒng)“三要素”：實(shí)體、屬性、活動――實(shí)體確定了系統(tǒng)的構(gòu)成，也就確定了系統(tǒng)的邊界；――屬性也稱為描述變量，描述每一實(shí)體的特征；――活動定義了系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)體之間的相互作用，從而確定了系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生變化的過程。邊界環(huán)境系統(tǒng)輸入輸出111.1系統(tǒng)、模型、仿真的基本概念2、模型

模型是對實(shí)際問題的抽象，是對系統(tǒng)某些本質(zhì)方面的描述。一般分為物理模型和數(shù)學(xué)模型。物理模型——樓盤模型S形刃球頭立銑刀的數(shù)學(xué)模型121.1系統(tǒng)、模型、仿真的基本概念

仿真(Simulation)就是通過建立實(shí)際系統(tǒng)模型并利用所建模型對實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的過程。

ADAMS/CAR中建立的整車模型13系統(tǒng)、模型、仿真三者之間的關(guān)系系統(tǒng)是研究的對象，模型是系統(tǒng)的抽象，仿真是通過對模型的實(shí)驗(yàn)以達(dá)到研究系統(tǒng)的目的。

系統(tǒng)模型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)建模仿真實(shí)驗(yàn)仿真建模

計(jì)算機(jī)仿真三要素及三個基本活動141.2系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)的發(fā)展歷史第一個發(fā)展階段：20世紀(jì)40年代以前主要是物理仿真。飛機(jī)比例模型在風(fēng)洞內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)

15第二個發(fā)展階段：20世紀(jì)40年代—50年代主要是模擬計(jì)算機(jī)(AnalogComputer)仿真，而數(shù)字(DigitalComputer)仿真則剛剛起步。1946年誕生了世界上第一臺電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC16第三個發(fā)展階段：20世紀(jì)60～70年代混合仿真與數(shù)字仿真都得到了迅速發(fā)展，其中混合仿真成為當(dāng)時仿真的主流技術(shù)。在70年代末，我國自行研制的混合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已先后用于工程、教學(xué)、科研等領(lǐng)域。

17第四個發(fā)展階段：20世紀(jì)80年代末90年代初微機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，多媒體仿真技術(shù)嶄露頭角。18第五個發(fā)展階段：20世紀(jì)90年代末至今，虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)不斷興起。虛擬現(xiàn)實(shí)“(VirtualReality，VR)：亦稱“靈境技術(shù)”，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

虛擬現(xiàn)實(shí)具備的三個基本特征

1920虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有安全、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能降污、不受外界環(huán)境限制等突出優(yōu)點(diǎn)。模擬汽車駕駛2122虛擬制造（VirtualManufacturing）

虛擬生產(chǎn)線23虛擬廠房24251.3系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)的研究與應(yīng)用仿真技術(shù)應(yīng)用趨于多樣化、全面化：從航空、航天、原子反應(yīng)堆等少數(shù)領(lǐng)域擴(kuò)展到電力、石油、化工、冶金、機(jī)械等一些主要工業(yè)部門。仿真技術(shù)從傳統(tǒng)的工程領(lǐng)域擴(kuò)展到非工程領(lǐng)域。在社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)、教育訓(xùn)練系統(tǒng)等也得到了廣泛的應(yīng)用。

261.3.1系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)的研究成果1.3.1.1建模理論與方法機(jī)理建模方法（各個應(yīng)用領(lǐng)域廣泛采用

）辨識建模方法（當(dāng)仿真對象的機(jī)理不清楚時）智能建模方法（為探索和解決具有不確定性、非線性、智能性的對象建模和仿真）仿真對象是錯綜復(fù)雜的，多種建模方法相結(jié)合、定量和定性相結(jié)合的建模與仿真已在各個應(yīng)用領(lǐng)域獲得重視。271.3.1.2仿真語言、仿真軟件和仿真支撐環(huán)境MATLAB與SIMULINK聯(lián)合仿真軟硬件環(huán)境通信281.3.1.3建模與仿真的可信度評估建模與仿真的可信度評估包括：校核(Verification)驗(yàn)證(Validation)確認(rèn)(Accreditation)

簡稱VV&A291.3.1.4實(shí)時仿真系統(tǒng)實(shí)時仿真是指仿真模型的時間比例尺與真實(shí)系統(tǒng)的時間比例尺完全相同的仿真。硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)

30電站仿真31汽車動態(tài)模擬國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-汽車性能模擬器321.3.1.5網(wǎng)絡(luò)化分布交互仿真系統(tǒng)上世紀(jì)八十年代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，促進(jìn)了分布交互仿真系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用。