浅述计算机仿真技术在汽车设计上的发展及应用

浅述计算机仿真技术在汽车设计上的发

展及应用

【摘要】介绍计算机仿真技术的发展,仿真技术的核心知识,对轮胎仿真分析

及整车碰撞仿真分析,浅述了仿真技术在汽车设计上的应用。

【主题词】计算机仿真汽车应用有限元轮胎整车碰撞

一前言

中国汽车特别是轿车工业在20多年有了巨大发展。根据中国汽车工业协会统计数据显示,2009年,我国汽车累计产销突破1300万辆,同比增长创历年最高,其中,乘用车产销首次超过1000万辆,我国已成为世界第一汽车生产和消费国。车型由单一品种发展到客货并重、大中小系列产品齐全的可喜局面。但是,中国自主汽车产品技术水平,还难以达到市场的要求。高效地提高民族自主品牌的技术研发能力,成为振兴祖国汽车产业的重要举措。

计算机仿真技术,特别是CAE技术,可以在提高产品质量和建立产品开发能力

方面,给汽车企业提供极大帮助。

对于新车开发中的疲劳、寿命、振动、噪声等强度和刚度问题,可借助仿真技术在设计阶段解决,大幅度提高了设计质量,缩短了产品开发周期,节省大量开发费用。

二计算机仿真技术的发展

计算机仿真技术,在汽车工业的应用是多方面的,它经历了一个从简单到复杂,从小型到大型,从刚体到柔体,从线性结构到非线性结构的发展过程。最初技术由于受到计算机软硬件性能的限制,只能对汽车结构作大量的简化。例如,在研究汽车在常规路面上直线行驶性能的时候,由于不会产生由汽车转弯引起的左右车轮载荷转

移,可以将汽车简化为单轨汽车模型;当只研究汽车系统动力性能的时候,可以忽略汽车悬架的弹性变形;而以多体力学为基础的虚拟样车技术中,将汽车中的大量零部件都以刚性体代替;在以有限元理论为基础的FEM分析中,也经常将单元用比较简单的线性单元描述。这样做的目的,就是为了降低模型的复杂程度,减轻计算机的工作负担。

现代汽车工程对结构设计提出了越来越高的要求,汽车结构仿真分析已不满足于结构线弹性分析,汽车产品精益设计要求仿真分析更多的考虑非线性系统的影响。随着计算机技术的不断提高,仿真技术也得到了飞速的发展和不断的完善。这使得汽车仿真分析的大型化和精确化成为可能,也使得大量非线性单元的应用成为可能。

三计算机仿真技术运用的知识

1.有限元思想

有限元法是将连续体理想化为有限个单元集合而成,这些单元仅在有限个节点上相连接,亦即用有限个单元的集合来代替原来具有无限个自由度的连续体。由于有限元的分割和节点的配置非常灵活,它可适应于任意复杂的集合性状,处理不同的边界条件。单元有各种类型,包括线、面和实体或称为一维、二维和三维等类型单元。节点一般都在单元边界上,单元之间通过节点连接,并承受一定

载荷,这样就组成了有限单元集合体。在此基础上,对每一单元假设一个简单的唯一函数来近似模拟其唯一分布规律,通过虚位移原理求得没个单元的平衡方程,既是建立单元节点力和节点位移之间的关系。最后把所有单元的这种特性关系集合起来,就可建立整个物体的平衡方程组。考虑边界条件后借此方程组求得节点位移,并计算出各单元应力。

学习并掌握了有限元基本理论及分析方法,就可推广到各种结构形式,将有限元计算结果应用于工程结构设计中。

2.弹塑性材料应力-应变关系及计算

人们通常用相对简单的数学模型来近似模拟计算应力-应变关系,典型的模型有:单向拉伸时的理想化模型、等相硬化模型、随动硬化模型、综合硬化模型。

计算时通常把应变分成弹性和塑性两部分。

3.接触界面的处理方法

有两个基本问题要解决。第一个问题是确定任意时刻汽车碰撞系统中全部的

接触碰撞界面,它对应的是接触界面的搜寻问题;第二个问题就是确定接触碰撞界面上接触碰撞力的大小和方向,它对应的是在接触约束条件下接触力的计算问题。在这里,采用级域理论与方法分析与计算

四、计算机仿真技术在汽车上的应用

计算机仿真技术发展到今天,几乎已经涵盖了我们对汽车性能要求的所有方面,刚度、强度、疲劳寿命、振动噪声、运动与动力性分析、碰撞仿真和乘员保护、空气动力学特性等等,门类齐全的各种CAE软件共同提供了一个完成精益设计的工具平台。

汽车仿真技术按分析目标可分为两大部分:整车系统以及车身、附件和底盘零部件系统。而整车系统分析中包括4个方面的内容:整车系统疲劳寿命分析;整车系统动力学分析,采用多体(刚体和柔体)动力学分析方法进行汽车动力学仿真;整车系统NVH(振动、噪声和舒适性)分析;碰撞模拟和乘员保护及评价。

五应用实例之一:对轮胎的仿真分析

1.对轮胎特性的分析

轮胎是汽车的重要组成部分,它的机械性直接影响车辆的各种性能,例如,操纵稳定性和制动性能等。轮胎的影响对汽车的操纵稳定性至关重要。

轮胎结构设计理论先后有网络理论、薄膜理论、薄壳理论等,这些理论均有很大的局限性。随着计算机的发展,有限法为一种有效的方法引入使用。

随着对轮胎模型的深人研究以及科技的发展,为了更真实的反映轮胎的实际情况,更加贴近地模拟轮胎的物理模型,得到轮胎的各项性能参数,我们现在使用的模型是三维非线性有限元模型。轮胎的非线性特性包括三点:几何非线性特性;材料非线性特性;非线性边界条件。

2.轮胎有限模型的建立

(1)三维实体型的绘制

根据不同的结构和材料,我们可以通过CAD绘图技术来得到轮胎的径向截面轮廓图和材料分布图。因此,我们就可以得到轮胎的三维实体模型。

(2)CAD模块与ANSYS软件的接口

在有限元软件包都具有IGES文件接口。ANSYS的IGES输人能力在工业界中位于最强者之列。通过这条公共通道,在系统中建立的模型都可以直接读取到

软件的前处理模块中。我们可以通过这种方式把轮胎的三维实体模型读人ANSYS的前处理模块中。

(3)材料的定义

轮胎的结构材料可分为两类:单一材料和复合材料。构成这两类材料的基本材料又有三类:橡胶、纤维和钢丝。不同的组合,有不同的正交各向同性和正交各向异

性性质。在研究轮胎的时候,主要侧重于结构力分析,因此,所需的材料物理力学参数主要有杨氏量、泊松比、密度三项。

(4)单元类型的选择

对于构成轮胎各个部分的材料,需要采用合适的单元来模拟,所采用的单元类型应能反映材料的性质。为了保证计算的准确性,并尽量减少运行时间,在利用ANSYS软件建立轮胎模型时,采用三维体单元和三维层单元的组合来模拟。SOLID45体单元和HYPER86单元都是具有八个节点,三个自由度的单元类型。用SOLID45体单元来模拟单一材料构成的三维体结构,例如:轮辆和钢丝圈等部位的金属材

料;HYPER86单元模拟高弹性的三维体结构,例如:轮胎的胎冠、胎侧等橡胶材

料;SOUD46层单元主要用来模拟胎体帘布与内衬层、带束层等具有多层复合结构的部位,还有模拟轮胎与地面、轮辆接触时,可以选择接触单元和目标单元。

(5)载荷和边界条件

在进行求解之前,要给轮胎定义载荷和边界条件。在轮胎性能分析过程中,需要考虑很多种载荷工况。可以通过面载荷来模拟内部气压;如果承受垂直载荷或侧向力,可以在节点上施加载荷。并且,对于不同的工况所施加的边界条件是不同的。当轮胎处于自由态时,轮毂要固定;若进行接地状态分析,则要施加地面固定约束和整胎(包括轮毂)约束。

3.求解与分析

运用分析软件,作出轮胎有限元模型的径向截面图,划分网格,并且加载荷和约束。当计算结束时,我们就可以在通用后处理器(POSTI)中,通过绘变形图、支反力列表、应力等值线图和变动动画的形式,直观地看到在不同工况下,轮胎的节点、单元的位移、应力和应变等结果。就能发现轮胎在每种工况下,什么部位磨损最大,最容易出现问题。这些分析结果对轮胎的结构优化有很大的帮助。

六应用实例之二:某客车正面碰撞仿真模拟

1.整车几何模型的建立

通过标准的图形交换接口,将车身的三维几何模型数据文件输入到ANSYS/LS-DYNA3D的前处理器中,利用ANSYS的前处理功能在输入车身几何模型的基础上进行整车的建模工作。对各主要吸能部件进行了重点处理。

2.模型规模及单元尺寸确定

要实现汽车碰撞的计算机仿真模拟并能兼顾“效率与精度”的平衡在几何模型的合理简化单元形状和大小的选择等都必须仔细考虑。

对各关键部件的建模处理,主要是控制网格划分尺寸。关键部件:前纵梁,车身板件,动力总成,轮胎与悬架,对其它部件(车门、门铰、挡风玻璃、水箱)网格划分原则:(1)前部吸能变形区域网格细密,而中后部网格相对稀疏。

(2)单元的边长比限定在一定范围。(3)限制最小单元的尺寸,以控制计算过程中的极限时步长。

材料选用方面,前部变形区域选用弹塑性材料模型,中后部不易变形区域,

材料模型选用刚体。

各部件之间的连接方式采用了焊接、铆接、铰接及刚体连接等方式,可能发生接触的区域都定义了接触。整车的初驶碰撞速度为50km/h。

3.碰撞仿真计算

仿真计算采用LS-DYNA非线性动态显式有限元分析软件,在SGI工作站上进行。由于实际的车辆碰撞过程持续时间大约为80~120ms,所以对整车的碰撞仿真也只计算80ms的响应过程。

4.仿真结果分析

通过计算机仿真分析,我们从整车的变形、应变应力、作为主要吸能元件的前纵梁的变形、应变应力、前门框的变形、整车关键部位的减加速度等几个方面来对分析结果进行评价。

我们清楚看出整车前纵梁及正对纵梁的部分前围板件发生了大的塑性变形变形形式主要为折叠式压溃很好地起到了吸收冲击能量的作用。前纵梁及正对纵梁的部分前围板件驾驶室内前围地板等发生了大的塑性变形,前纵梁折叠部分及前纵梁上方的前围处的应力值最大。

5.仿真结果与实验结果的对比

由于整车的碰撞仿真设计涉及众多复杂的因素,计算不可避免地会产生误差。为了检验仿真计算的进度,与试车碰撞试验的结果进行了对比。通过对比,检验出模型及仿真计算的精度是否达到了工程实用的要求。或者是对系统作进一步的优化。

七结束语

通过以上的实例:轮胎仿真设计和客车整车碰撞模拟仿真设计,我们不难看出,计算机仿真设计技术很强的的实用性。在汽车领域上,它优点很多,可以及早地发现问题,降低开发费用,缩短开发周期,存储的信息量大,重复性好。避免了产品投放市场初期常常出现质量问题而影响新产品的声誉,也可以使企业集中力量于汽车的环保、节能和安全等现代汽车设计主题研究。随着应用领域的拓展,计算机仿真技术将会发挥更大的作用。

参考文献

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5.胡玉梅.汽车正面碰撞设计分析技术及应用研究.重庆大学博士学位论

文.2002

计算机仿真技术的应用与发展趋势1

计算机仿真技术的应用与发展趋势摘要在制造企业产品设计和制造的过程中，计算机仿真一直是不可缺少的工具，它在减少损失、节约经费、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥了巨大作用。从发展的历程来看，仿真技术应用的领域空前的扩大，已从传统的制造领域（生产计划制定、加工、装配、测试）扩展到产品设计开发和销售领域。而与网络技术结合所带来的仿真的分布性、与图形和传感器技术相结合所带来的仿真的交互性、以及仿真技术应用的集成化，是仿真技术在制造业中应用的新趋势。按照仿真技术应用的对象不同，可将制造业中应用的仿真分为四类：面向产品的仿真；面向制造工艺和装备的仿真；面向生产管理的仿真；面向企业其它环节的仿真。本文将从以上四个方面，介绍计算机仿真在制造业中的具体应用。本文最后说明了虚拟现实和拟实制造的概念，作为计算机仿真在制造业中应用的展望。绪论计算机仿真技术是以多种学科和理论为基础，以计算机及其相应的软件为工具，通过虚拟试验的方法来分析和解决问题的一门综合性技术。计算机仿真（模拟）早期称为蒙特卡罗方法，是一门利用随机数实验求解随机问题的方法。其原理可追溯到1773年法国自然学家G.L.L.Buffon为估计圆周率值所进行的物理实验。根据仿真过程中所采用计算机类型的不同，计算机仿真大致经历了模拟机仿真、模拟－

数字混合机仿真和数字机仿真三个大的阶段。20世纪50年代计算机仿真主要采用模拟机；60年代后串行处理数字机逐渐应用到仿真之中，但难以满足航天、化工等大规模复杂系统对仿真时限的要求；到了70年代模拟－数字混合机曾一度应用于飞行仿真、卫星仿真和核反应堆仿真等众多高技术研究领域；80年代后由于并行处理技术的发展，数字机才最终成为计算机仿真的主流。现在，计算机仿真技术已经在机械制造、航空航天、交通运输、船舶工程、经济管理、工程建设、军事模拟以及医疗卫生等领域得到了广泛的应用。 1. 制造技术的发展历程制造业（包括机械制造、电子制造、非金属制品制造、成衣制造以及各种型材制造等部类）是国民经济的支柱产业，其生产总值一般占各国国内生产总值的 20%~55% 。在各国的企业生产力构成中，制造技术的作用一般占 60% 左右。所以有的专家认为，世界上各个国家经济的竞争，主要是制造技术的竞争。随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化，这种竞争日趋激烈，各国政府都非常重视对制造业的研究。为了改进以 T （开发周期）、 Q （产品质量）、 C （开发成本）、 S （售后服务）、 E （环境污染程度）为主要衡量指标的产品及产品开发过程，美国在 80 年代末提出了包括系统总体技术、管理技术、设计制造一体化技术、制造工艺与装备技术、支撑技术五大技术群在内的先进制造技术（ AMT ： Advanced Manufacturing

计算机仿真技术的发展概述及认识

学院专业届别课程班级姓名学号联系方式指导老师2012年5月

计算机仿真技术的应用

一、为什么要进行仿真 ?什么叫系统？ ◆系统：相互关联又相互作用着的对象的有机组合，该有机组合能够完成某项任务或实现某个预定的目标。通常研究的系统有工程系统和非工程系统。 ◆工程系统（电气、机电、化工） ◆非工程系统（经济、交通、管理）建立系统概念的目的在于深入认识并掌握系统的运动规律，以便分析和综合自然、社会和工程系统中的种种复杂问题。 ?对系统进行研究、分析与设计的方法；（1）直接在系统上进行实验在要设计的系统上进行实验（2）在模型上进行实验对要设计的系统进行处理，根据其中内含的各种自然规律（包括欧姆定律、比例环节和惯性环节等）得到相关的控制规律，即系统的数学模型来进行研究。对要设计的系统进行一定比例的缩放得到缩小或放大的物理模型。（古时的建筑）选择在模型上进行实验的原因 ◆系统尚未设计出来 ◆某些实验会对系统造成伤害 ◆难以保证实验条件的一致性；如果存在人的因素，则更难保证条件的一致性。 ◆费用高 ◆无法复原二、仿真的定义 ?仿真的定义在不同的领域或范畴中有不同的描述，可以概括为：“仿真是指用模型（物理模型或数学模型）代替实际系统进行实验和研究。” ?仿真遵循的原则：原理抽象相似原理。相似原理：几何相似、性能相似、环境相似。几何相似：根据相似原理把原来的实际系统放大可缩小。如把12000吨水压机可用1200吨或120吨水压机作其模型。万吨轮船也要用缩小的模型来研究。性能相似：构成模型的元素和原系统的不同，但其性能相似。如：可用一个电气系统来模拟热传导系统。在这个电气系统中电容代表热容量，电阻代表热阻，电压代表温差，电流代表热流。三、仿真的目的或作用 ?优化设计 ◆预测系统的性能和参数 ?经济性 ◆采用物理模型或实物实验，花费巨大。 ◆采用数学模型即计算机数学仿真可大幅度的降低成本并可重复使用。 ?安全性 ◆载人飞行器和核电站的危险性不允许。 ?预测性 ◆对于非工程系统，直接实验不可能，只能采用预测的方法。（天气预报） ?复原性

计算机仿真技术及其应用_张锋

本栏目责任编辑：李桂瑾人工智能及识别技术１引言随着计算机技术和网络技术的飞速发展，计算机仿真技术和虚拟现实仿真在各行各业得到了广泛应用，使用计算机进行仿真的研究和应用也是如火如荼。计算机仿真［１］（ＣｏｍｐｕｔｅｒＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ）又称计算机模拟［２］（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｎａｌｏｇｙ），它是分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法，是系统仿真［３］的一个重要分支。系统仿真就是建立系统的模型，并在模型上进行实验的过程。系统仿真技术实质上就是建立仿真模型并进行仿真实验的技术。因此，通俗的说，计算机仿真就是指在实体尚不存在、或者不易在实体上进行实验的情况下，对考察对象进行建模，然后通过计算机编程考察对象在系统参数以及内外环境条件改变的情况，达到全面了解和掌握考察对象特性的目的。本文主要在介绍计算机仿真技术的基础上，谈谈计算机仿真技术的应用。２计算机仿真技术计算机仿真技术是一门利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术。它具有经济、可靠、实用、安全、灵活、可多次重复使用的优点，已经成为对许多复杂系统（工程的、非工程的）进行分析、设计、试验、评估的必不可少的手段。它是以数学理论为基础，以计算机和各种物理设施为设备工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验仿真研究的一门综合技术。２．１计算机仿真的发展计算机仿真技术主要是随着计算机技术、计算技术、图形图像技术、复杂系统建模技术和专业建模技术的发展而发展的。从历史上看，计算机仿真大致经历了四个发展阶段：（１）模型试验。最原始的仿真思想，其模型试验是基于物理模型进行的，缺乏柔性和精度。（２）数字化仿真。采用计算机进行分析计算，但是计算结果表达局限于记录文件和图表上，缺乏直观形象。（３）图像化仿真。大量采用丰富的图形图像技术来表达仿真结果，如三维图形。（４）虚拟现实技术。不光采用三维图形技术表达计算结果，而且采用特殊装置，如戴上三维数据头盔，触摸仪器等，使人有身临其境的效果。２．２计算机仿真的步骤及技术核心一般计算机仿真的步骤为：（１）建立数据模型。建立数据模型主要是通过演绎法、归纳法、综合集成法等分析方法，建立一个特定对象的有限边界的数学模型。要建立好数学模型，通常要考虑到特定对象仿真研究的预定目标和边界、先验知识（包括已被验证的定理、定律、理论和模型）、观测数据、特定领域专家的经验等因素。（２）数学模型的实现，也称的数据模型的程序化。数学模型的实现包括两个方面的内容，即设计仿真算法及编制仿真程序。传统的模型程序化活动是一个十分繁琐和复杂的工作。由于大量算法的研究成果及软件技术的进步，目前对于某些特定领域，已能提供面向对象、可交互操作、具有自动编程能力和算法库的商品化产品，如：ＣＳＳＬ、ＣＳＭＰ、ＡＣＳＬ、ＳＬＭＣＲＩＰＴ、ＧＰＳＳ、ＳＩＭＵＬＡ、ＳＬＡＭ、ＧＡＳＰ、ＤＹＮＡＭＯ等。（３）仿真实验。仿真实验（包括分析）是系统仿真另一个十分重要的活动，它主要是按照预先设置的实验方案来运行仿真模型，得到一系列的仿真结果。目前，计算机仿真计算的关键技术主要包括：（１）面向对象的仿真［４］（ｏｂｊｅｃｔ－ＯｒｉｅｎｔｅｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ－ＯＯＳ）。其主要是将整个系统的功能设计和实现归属为对对象的操作及对象信息的彼此综合利用来实现，对象间信息的传送引起了系统的活动。（２）分布交互仿真（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＩｎｔｅｒａｃｔｉｖｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ－ＤＩＳ）。主要是通过计算机网络将分散在各地的仿真设备互连，构成时间与空间互相耦合的虚拟仿真环境。（３）智能仿真（ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ－ＩＳ）。主要是以知识为核心和人类思维行为作背景的智能技术，引入整个建模与仿真过程，构造各处基本知识的开发途径。是人工智能（如专家系统、知识工程、模式识别、神经网络等）与仿真技术（如仿真模型、仿真算法、仿真语言、仿真软件等）的集成化。（下转第２３８页）收稿日期：２００７－０９－１０作者简介：张峰（１９６８－），男，甘肃省庆阳市人，上海铁道学院，工程师，研究方向：计算机应用。计算机仿真技术及其应用张锋（烟台市芝罘区经济信息中心，山东烟台２６４０００）摘要：近年来，随着控制理论、计算技术、计算机科学与技术的发展，系统科学研究的深入，计算机仿真技术已经发展成为一门新的学科。信息处理技术的突飞猛进，更使得仿真技术得到了迅速发展。计算机仿真技术是分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法。本文主要在介绍计算机仿真技术的发展、计算机仿真的仿真步骤以及仿真的核心技术的基础上谈谈计算机仿真技术的应用。关键词：计算机仿真技术；仿真步骤；仿真应用中图分类号：ＴＰ３９１文献标识码：Ａ文章编号：１００９－３０４４（２００７）１９－４０２３３－０１ＣｏｍｐｕｔｅｒＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＺＨＡＮＧＦｅｎｇ（ＹａｎｔａｉＺｈｉｆｕＥｃｏｎｏｍｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒ，Ｙａｎｔａｉ２６４０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃｏｍｐｕｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｆｉｎ－ｄｅｐｔｈｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅｓｅａｒｃｈ，ｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｂｅｃｏｍｅａｎｅｗｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅ．Ｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｂｕｔａｌｓｏｍａｋｅｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｆａｓｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍ＇ｓｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｒｅｖｅａｌｅｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓａｎｄａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｍｅａｎｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐ－ｍｅｎｔｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｅｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｐｐｌｉｃａ－ｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣｏｍｐｕｔｅｒＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｔｅｐｓ；ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ２３３

计算机仿真技术的发展概述及认识

计算机仿真技术的发展概述及认识摘要：随着经济的发展和社会的进步，计算机技术高速发展，使人类社会进入了信息时代，计算机作为后期新秀渗入到人们生活中的每一个领域，给人们的生活带来了前所未有的变化。作为新兴的技术，计算机技术在人类研究的各个领域起到了只管至关重要的作用，帮助人类解决了许多技术难题。在科研领域，计算机技术与仿真技术相结合，形成了计算机仿真技术，作为人们科学研究的一种新型方法，被人们应用到各个领域，用来解决人们用纯数学方法或者现实实验无法解决的问题，对科研领域技术成果的形成有着积极地促进作用。本文在计算机仿真技术的理论思想基础上，分析了计算机仿真技术产生的基本原因，也就是人们用计算机模拟解决问题的优点所在，讨论了模拟、仿真、实验、计算机仿真之间的联系和区别，介绍了计算机仿真技术的发展历程，并查阅相关资料介绍了计算机仿真技术在不同领域的应用，分析并预测了计算机仿真的未来发展趋势。经过查阅大量数据资料并加以分析对比，这对于初步认识计算机仿真技术具有重要意义。关键词：计算机仿真；模拟；仿真技术；发展一、引言计算机仿真技术是以多种学科和理论为基础，以计算机及其相应的软件为工具，通过虚拟试验的方法来分析和解决问题的一门综合性技术。计算机仿真（模拟）早期称为蒙特卡罗方法，是一门利用随机数实验求解随机问题的方法。其原理可追溯到1773年法国自然学家G.L.L.Buffon为估计圆周率值所进行的物理实验。根据仿真过程中所采用计算机类型的不同，计算机仿真大致经历了模拟机仿真、模拟－数字混合机仿真和数字机仿真三个大的阶段。20世纪50年代计算机仿真主要采用模拟机；60年代后串行处理数字机逐渐应用到仿真之中，但难以满足航天、化工等大规模复杂系统对仿真时限的要求；到了70年代模拟－数字混合机曾一度应用于飞行仿真、卫星仿真和核反应堆仿真等众多高技术研究领域；80年代后由于并行处理技术的发展，数字机才最终成为计算机仿真的主流。现在，计算机仿真技术已经在机械制造、航空航天、交通运输、船舶工程、经济管理、工程建设、军事模拟以及医疗卫生等领域得到了广泛的应用。二、基本概念模拟：（Simulation）应用模型和计算机开展地理过程数值和非数值分析。不是去求系统方程的解析解，而是从系统某初始状态出发，去计算短暂时间之后接着发生的状态，再以此为初始状态不断的重复，就能展示系统的行为模式。模拟是对真实事物或者过程的虚拟。模拟要表现出选定的物理系统或抽象系统的关键特性。模拟的关键问题包括有效信息的获取、关键特性和表现的选定、近似简化和假设的应用，以及模拟的重现度和有效性。可以认为仿真是一种重现系统外在表现的特殊的模拟。仿真：（Emulation）利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统，又称模拟。即使用项目模型将特定于某一具体层次的不确定性转化为它们对目标的影响，该影响是在项目仿真项目

现代仿真技术的应用及其发展

东华理工大学信息工程学院课程论文课程：计算机仿真技术基础题目：仿真技术的应用与发展学生姓名：学号：班级：10204102 专业：计算机科学与技术指导教师：谢小林二零一三年六月四日

摘要作为信息技术核心的计算机技术自其诞生之日起经历了60多年的发展，已广泛应用于国民经济和社会生活中。并与仿真技术相结合，形成了计算机仿真技术这一新的研究方法。计算机仿真作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法, 随着系统科学研究的深入、控制理论、计算技术、计算机科学与技术的发展而形成的一门新兴学科。近年来, 随着信息处理技术的突飞猛进, 使仿真技术得到迅速发展。本文系统全面地介绍了计算机仿真技术，阐述了计算机仿真技术的概念、原理、优点，简要介绍了计算机仿真技术的发展历程，文章最后重点探讨了现代仿真技术的研究热点，即计算机仿真技术在社会各个领域中的应用：面向对象仿真、定性仿真、智能仿真、分布交互仿真、可视化仿真、多媒体仿真、虚拟现实仿真等。关键词：计算机仿真、发展、应用、模拟

目录摘要 (2) 第一章前言 (4) 第二章计算机仿真技术概述 (4) 2.1计算机仿真技术简介 (4) 2.2计算机仿真技术原理 (5) 2.2.1模型的建立 (6) 2.2.2模型的转换 (6) 2.2.3模型的仿真实验 (6) 第三章计算机仿真技术发展 (6) 3.1发展趋势 (7) 3.2 现代仿真技术 (8) 3.3计算机仿真技术发展方向 (10) 3.3.1．网络化仿真 (10) 3.3.2．虚拟制造技术 (10) 第四章计算机仿真技术的应用 (11) 4.1.交通领域 (11) 4.2.制造领域 (11) 4.3.教育领域 (12) 结语 (13) 参考文献 (14)

定性仿真综述解析

定性仿真综述 1 定性仿真的产生与理论现状定性仿真(Qualitative Simulation)是以非数字手段处理信息输入、建模、行为分析和结果输出等仿真环节，通过定性模型推导系统的定性行为描述。定性仿真是系统仿真的一个分支，是系统仿真与人工智能理论交叉产生的新领域。相对于传统的数字仿真，定性仿真有其独到之处：这种仿真能处理多种形式的信息，有推理能力和学习能力，能初步模仿人类思维方式，人机界面更符合人的思维习惯，所得结果更容易理解。定性仿真的研究中，美国学者起步较早。70年代后期，美国XEROX实验室的John de Kleer 和Seely Brown 在设计一个电路教学系统时发现，以常规的数学模型和仿真方法难以使学生很快明白电路的工作过程，而在实际教学中，老师并不是先给出数学公式，而是先讲解电路的工作原理，采用定性的描述方法，那么是否可以用计算机来模拟这一方法呢？同样在许多的实际工作中，人们更多的是依靠这种对系统原理性的理解，而这种理解的基础就是定性知识。很多专家学者开始探索如何在数字仿真中引入定性知识。1983年，John de Kleer 和Seely Brown发表了有关定性仿真的第一篇论文A Qualitative Physics Based On Confluence?[1]，产生了巨大反响，揭开了定性仿真研究热潮的序幕。美国麻省理工学院的Kenneth D. Forbus则对定性仿真理论作了全面的总结[2]；1986年美国德州大学的Benjamin Kuipers在 Qualitative Simulation”一文中提出了动态仿真算法QSIM[3]，使定性仿真接近于实用。1984年人工智能杂志第一次出版了关于定性问题的专集。此后定性问题的研究成为人工智能和系统建模与仿真领域的一个热点，许多学者加入到这一研究领域中，产生了大量的研究成果。1991年，人工智能杂志又出版了有关定性推理的第二本专集，标志着该领域理论研究逐渐成熟并且向应用领域扩展。90年代以来，该领域的研究情况可谓方兴未艾，在IEEE的相关杂志上和撊斯ぶ悄軘等国际刊物上经常可以看到定性仿真方面的研究成果。国内该领域的研究起步较晚，目前从事定性理论研究的仅限于少数院校的少数研究者。定性仿真产生之后，在理论上出现了百家争鸣的局面，研究者们根据自己的见解提出了各自的建模和仿真理论。目前，基本可分为三个理论派别，即模糊仿真方法、基于归纳学习的方法和朴素物理学方法。模糊数学方法可以解决模型信息与测量数据的不确定性，所以在定性理论中一般用来作为一种描述手段。最初，系统的定性值是采用区间模糊数的行为来描述的，英国的Qiang Shen进一步将其发展到用凸模糊数来描述定性值[4]，在数据表示上前进了一大步。此后，又有人在其基础上引入了概率论，来度量生成的多个行为的可信度。当前的模糊定性理论，在模糊数表示方面都存在一大弱点，那就是系统真实值与模糊量空间的映射问题，即如何确定描述系统的模糊量。归纳推理法是定性仿真的一个新方向，它起源于通用系统理论，主要利用其中的通用系统问题求解（General System Problem Solve）技术。输入尽可能多的行为，通过归纳学习的方式，构造系统的定性模型，进行仿真研究。归纳推理法最突出的优势在于它完全不需要对象系统的结构信息，不需要预先提供任何模型。但是，这种方法需要采集大量的数据并处理和维护；而且，由于现实条件的限制，不能保证归纳的完备性。朴素物理方法在理论和应用上发展得最为成熟，它兴起于一些人工智能专家对朴素物理系统的定性推理研究。根据建立系统定性模型的方法，又可分为很多派别，比较有影响的有：Seely Brown和John de Kleer提出的基于摿鲾的概念的理论，K. D. Forbus 的定性过程理论，B.J.Kuipers基于约束的用定性微分方程描述的定性仿真理论等。 2 定性仿真的应用现在，定性仿真技术与物理、化工、生态、生物、社会等学科相互渗透、结合，在系统监测、故障诊断、系统行为分析、解释以及预测等方面发挥着越来越大的作用。国外文献报导较多而且应用取得成效比较明显的应用领域主要有：工程和工业过程；电子电路分析和故障诊断；医药和医疗诊断；社会经济领域。下面有选择地按照应用领域介绍其中比较典型的项目。

MATLAB仿真技术与应用

例2-1 已知一个系统的微分方程为： ???????-==1221 5x u dt dx x dt dx 其中，状态变量初始条件0)0()0(21==x x ，输入u 为阶跃函数，要求利用SIMULINK 对系统建立仿真模型，并绘制时域响应曲线。在利用SIMULINK 创建模型之前，先把微分方程进行拉普拉斯变换，得到每个微分方程的传递函数，即用传递函数的形式表示系统。 x1 x2 Step Scope 1s Integrator1 1 s Integrator 5Gain 连接信号之后的系统模型图 exam2_1 系统时域响应曲线

例7-9 一个控制系统由5个子系统组成，组成结构如下图 G 1(s) G 2(s) G 3(s)G 4(s) H(s) R(s) Y(s) 各子系统的传递函数分别为： 6 15215)(2 21++++=s s s s s G ，)20)(2() 6(4)(2+++=s s s s G ，1010)(3+=s s G ，631)(24+++=s s s s G ，1.0)(=s H 试在MATLAB 中分别用仿真模块建模和仿真命令编程两种方法进行仿真，并绘制系统的阶跃响应曲线图。首先在Simulink 环境下将所需要的仿真模块连接起来，并将各模块的参数设置好。 s+1 s +3s+62Transfer Fcn3 4s+24s +22s+402Transfer Fcn2 10s+10Transfer Fcn1 s+52s +15s+62Transfer Fcn Step Scope 0.1Add 系统的仿真模型图 exam7_9

计算机仿真技术作业一(转速反馈单闭环直流调速系统仿真)

计算机仿真技术作业一研究题目：转速反馈单闭环直流调速系统仿真 1、开环仿真：（一）实验要求：直流电机模型框图如下图所示，仿真参数为R =0.6，T l =0.00833，T m =0.045，Ce=0.1925。本次仿真采用算法为ode45，仿真时间5s 。 1/1+s T R l s T R m e C 10d u d I + --+n 图1 直流电机模型 ① 用simulink 实现上述直流电机模型，直流电压U d0取220V ， 0~2.5s ，电机空载，即I d =0； 2.5s~5s ，电机满载，即I d =55A 。 ② 画出转速n 的波形，根据仿真结果求出空载和负载时的转速n 以及静差率s 。改变仿真算法，观察效果（运算时间、精度等）。（二）实验内容： ① 按照上图把电机模型建立好，其中U d0设置为常数，并把其幅值设置为220，把其它相应的环节也设置好。把I d 设置为“阶跃信号”，且在0~2.5s 之间其幅值为0，而2.5~5s 之间其幅值为55，在对系统中其它参数进行设置。为了观察输出波形，在输出处接上一个示波器。 ② 对仿真模式进行设置，系统默认的仿真算法为ode45,只需要把仿真时间设置为5s 即可。 ③ 对系统进行仿真。（三）仿真结果：

上图即为电机转速的仿真结果图，上图分为两个阶段，第一个阶段（0~2.5s ）为空载转速，第二阶段（2.5~5s ）为满载转速。空载转速为1147r/min 。在2.5s 时加入了负载，通过仿真结果我们可以看出来，负载转速为976r/min 。可以看出在加入负载之后，电机的转速开始下降。静差率(转速变化率)是指电动机在一定转速下运行时，负载由理想空载变到满载时所产生的转速降落与理想空载转速之比值。静态率越小，稳定性越高。只有设法减小静态速降Δn 才能扩大调速范围，减小静差率，提高转速的稳定度。根据电机转差率的公式149.01147976114700=-=-=n n n s 。转差率还是比较小的，说明该电机效率比较高。关于仿真算法的区别： ode45是基于显式Rung-Kutla (4,5) 和Dormand- Prince 组合的算法，它是一种一步解法，即只要知道前一时间点的解y(tn-1)，就可以立即计算当前时间点的方程解y (tn)。对大多数仿真模型来说，首先使用ode45 来解算模型是最佳的选择，所以在SIMULINK 的算法选择中将ode45 设为默认的算法。 ode23 是基于显式Rung-Kutta (2 , 3) 、Bogacki 和Shampine 相结合的算法，它也是一种一步算法。在容许误差和计算略带刚性的问题方面，该算法比ode45 要好。更换算法后，静差率基本没有变化，但ode23与ode45比系统震荡变大，且ode23的计算精度不太高，所以ode23一般用于计算精度不太高的场合。 odel13是可变阶数的Adams-Bash forth-Moulton PECE 算法，在误差要求很严时，odel13 算法较ode45 更适合。odel13 是一种多步算法，也就是需要知道前几个时间点的值，才能计算出当前时间点的值。仿真结果大致和上面几种运算方法的结果一致。但运算时间比上述三种方法的运算时间都要长。且系统振荡频率过大，稳定性变差。 ode15s 是一种基于数字微分公式的解法器（NDFs ），它相对BDFs 算法较好。它是一种多步算法，适用于刚性系统，当用户估计要解决的问题是比较困难的，或者不能使用ode45，或者即使使用效果也不好，就可以用ode15s 。由于它是一种多步解法器，所以运算时间相对长一点，

计算机仿真技术在各行业的应用

计算机仿真技术在各行业的应用计算机仿真技术的应用范围涵盖社会的诸多方面，并为不同行业的发展均起到了不同程度的推动作用，为不同行业的发展注入了新的动力。其应用领域主要包括以下几个方面： 1计算机仿真在教育领域的应用计算机模拟实验又称计算机仿真实验或计算机虚拟实验，是近几年在计算机多媒体教学中开辟的新领域。它通过计算机把实验设备、教学内容、教师指导和学生的操作有机地融合为一体，形成了一部活的、可操作的物理实验教科书和根据需要在瞬间建立的模拟实验室。近几年来，学校越来越重视学生的时间操作能力，计算机模拟实验则成为学生学习与考核的重要手段。计算机模拟实验的产生打破了教师与学生、理论与实践的限制，他尤为突出教学过程中的实验设计思想和实验思路，更突出学生学习的主动性。学生利用计算机模拟实验，可以提升学生对学习兴趣，对教学内容、试验方法、教学设备的结构和原理进行深入理解，进而锻炼时间操作技能。 2计算机仿真技术在交通运输领域的应用交通是由人、车、路和环境构成的一个复杂人机系统，事故的诱发因素是多方面因素的综合。交通安全的评价，应该充分考虑人、车、路和环境诸方面因素的作用和影响。本交通安全仿真是基于虚拟现实技术的方法。该评价体系是通过建立虚拟环境，并在这个虚拟环境中设计各种事故诱发因素，并对某区域和某路段的交通安全水平进行全过程(设计后，施工中，运营后)的跟踪和评价。计算机仿真是交通安全仿真系统的中心组成部分。该仿真系统与一般意义的数据仿真有着很大的不同。对某区域的交通安全评估上，交通安全仿真系统不仅仅使用绝对数法和事故率法来评估，它还蒋该区域人们的交通一世与行为因素也整合其中。在模拟的交通路段中，可以选择任意交通工具，设计任意的路段环境，以旁观者的视角来进行交通事故实验与分析，进而对交通路段做出相对准确的安全评估，为交通事故评估提供了一种可靠的方法。 3 计算机仿真技术在制造领域的应用计算机仿真技术介入汽车制造业，可以有效缓解许多难度高，投资成本大的相关问题。例如计算机仿真的多缸柴油机发动机，其仿真数据与发动机实际数据高度重合，应用与多功能发动机的模拟。在汽车流场方面，计算机仿真技术可以成功的模拟出气流分离的状态，构建了空气动力学的汽车模型。在汽车碰撞方面，计算机仿真技术可依据实际的汽车碰撞事故状况与人员损伤之间的数据，构建汽车碰撞的。本文来源于：元计算官网

国内外军用仿真技术发展现状概述

国内外军用仿真技术发展现状概述一、概述仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一种综合性技术。它综合集成了计算机、网络技术、图形图像技术、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的知识。随着仿真技术在科技进步和社会发展中的作用愈来愈显重要，特别是军事科学，随着高、精尖武器系统的研制和发展，对军用仿真技术的应用和研究提出了更高的要求。世界各军事强国竟相在新一代武器系统的研制过程中不断完善仿真方法，改进仿真手段，以提高研制工作的综合效益。军用仿真技术在武器系统战技指标论证、方案选择、研制、试验、鉴定、改进提高以及部队维护保养和训练中的应用，已得到研制方和使用部队的承认和重视。它对提高新一代武器系统综合性能，减少系统实物试验次数、缩短研制周期，节省研制经费，提高维护水平，延长寿命周期，强化部队训练等方面都可大有作为。二、国内外军用仿真技术发展现状1．国外军用仿真技术发展现状态美国国防部高度重视仿真技术的发展，近十多年来，美国一直将建模与仿真列为重要的国防关键技术。1992年公布了国防建模与仿真倡议，并成立了国防建模与仿真办公室，负责倡议的实施：1992年7月美国防部公布了国防科学技术战略，综合仿真环境被列为保持美国军事优势的七大推动技术之一；1995年10月，美国防部公布了建模与仿真主计划，提出了美国防部建模与仿真的六个主目标；1997年度的美国国防技术领域计划，将建模与仿真列为有助于能极大提高军事能力的四大支柱（战备、现代化、部队结构、持续能力）的一项重要技术，并计划从1996年至2001年投资5.4亿美元、年均投资0.9亿美元。同时美国国防科学局（Defense Science Board）认为建立集成的综合仿真环境和仿真系统，必须解决五个层次的使能技术，（enabling technologies ）（即应能解决实现的技术）第一层次基础技术。包括：光纤通讯、集成电路、软件工具、人的行为模型、环境模型等。第二层次元、部件级技术

仿真技术及其应用

仿真技术及其应用第一章仿真技术概述仿真技术的泛化定义：是一门多学科的综合性技术，它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验。电力系统仿真是通过建立适当的数学模型来模拟实际系统的一种研究方法。为了保证电力系统安全、优质、经济的运行，在规划、分析和研究电力系统时必须确切完整地考察实际电力系统的特性。由于电力系统仿真不受原有系统规模和结构复杂性的限制，现已成为分析、研究电力系统必不可少的工具。为了对电力系统仿真工具有一个系统的了解，下面以电力系统应用比较广泛的几个仿真工具为例，介绍其历史、主要功能以及各自特点。 1.1仿真工具介绍 1.1.1离线仿真软件电力系统离线仿真是指在数字计算机上为电力系统的物理过程建立数学模型，用数学方法求解，以进行仿真过程研究，其仿真速度与实际系统的动态过程不同。电力系统的离线仿真分析，主要有电磁暂态过程仿真、机电暂态过程仿真，中长期动态过程仿真及发电机组的轴系扭振等。当今比较流行的电力系统仿真软件¨。有：加拿大H．W．Dommel教授创立的电力系统电磁暂态计算程序(EMTP)、德国西门子公司开发的NETOMAC软件、美国电力技术公司(PTI)开发的由西门子公司收购了的PSS／E、Mathworks公司开发的MATLAB中所包含的(PSB)工具箱、中国电力科学研究院开发的电力系统分析综合程序(PSASP)等。 2，1 EM rP／ATP EMTP(Electromagnetic Transients Program)是加拿大H．W．Dommel教授首创的电磁暂态分析软件，具有分析功能多、元件模型全等优点。对于电网的稳态和暂态都可作仿真分析，它的典型应用是预测电力系统在某个扰动(如开关投切或故障)之后感兴趣的变量随时间变化的规律，将EMTP的稳态分析和暂态分析相结合，可以作为电力系统谐波分析的有力工具。EMTP是世界范围内通用的电力系统仿真软件，其计算速度快、结果准确度高、功能强大，几乎可以为任意复杂电力网络进行模拟，ATP(The AhemativeTransients Program)是EMTP的免费独立版本，是目前世界上电磁暂态分析程序最广泛使用的一个版本，它可以模拟复杂网络和任意结构的控制系统，数学模型广泛，除用于暂态计算，还有许多其它重要的特性。ATP 程序正式诞生于1984年，主要由Drs．W．ScottMeyer和Tsu—huei Liu完成的。ATP还配备有灵活、功能强的通用描述语言MODELS及图形输入程序ATP．Draw。获得ATP，表面上不要费用，但必须买他们的使用手册及相关资料并要写保证书(不做商业目的)，才能给你口令，从网上下载。主要功能：雷电过电压研究；操作过电压和故障；系统过电压研究；接地等现象的快速暂态分析；设备建模；电机启动过程动态仿真；轴系扭振分析；铁磁共振现象的研究；电力电子设备的研究；STATCOM、SVC、UPFC、TCSC模型谐波分析等。 2．2 PSAPAC PSAPAC由美国EPRI开发，是一个全面分析电力系统静态和动态性能的软件工具。主要功能：网络化简与系统的动态等值，保留需要的节点；模拟静态负荷模型和动态负荷模型；快速计算电力潮流和各种负荷、事故及发电调度的输电线的传输极限；直接法稳定分析提供了计算稳定裕度的方法；时域仿真用来模拟大型电力系统受到扰动后的长期动态过程；评价大型复杂电力系统的电压稳定性，给出接近于电压不稳定的信息和不稳定机理；分析大型电力系统暂态和中期稳定性时域仿真；局部电厂模式振荡和站间模式振荡的分析等。2．3 EMTDC／PSCAD Dennis Woodford博士于1976年在加拿大曼尼托巴水电局开发完成了EMTDC的初版，是一种世界各国广泛使用的电力系统仿真软件，PSCAD是其用户界面，PSCAD的开发成功，使得用户能更方便地使用EMTDC进行电力系统分析，使电力系统复杂部分可视化成为可能，而且软件可以作为实时数字仿真器的前置端，可模拟任意大小的交直流系统。主要功能：研究系统中断路器操作、故障及雷击时出现的过电压；研究包含复杂非线性元件的大型电力系统进行三相的精确模拟；进行电力系统时域或频域计算仿真；电力系统谐波分

《计算机仿真技术》试题(含完整答案)

、数值计算，编程完成以下各题(共20分，每小题5 分) 1、脉冲宽度为d，周期为T的矩形脉冲的傅里叶级数如下式描述: d［i.^= sin(^d/T)cos(^：n.) T n」n rd /T 当n =150，d..「T =1；4，- 1/2 ：：：.：：： 1/2，绘制出函数f(.)的图形。解： syms n t; f=((si n(n *pi/4))/( n*pi/4))*cos(2*pi* n*t); s=symsum(f, n,1,150); y=(1+2*s)/4; x=-0.5:0.01:0.5; Y=subs(y,'t',x); plot(x,Y) 2 0 05x2 5 ■ 5 2、画出函数f (x)二(sin 5x) e .- 5x cos1.5x 1.5x 5.5 x 在区间［3, 5］的图形，求出该函数在区间［3, 5］中的最小值点X min和函数的最小值f min . 解：程序如下 x=3:0.05:5; y=(si n(5*x).A2).*exp(0.05*x.A2)-5*(x.A5).*cos(1.5*x)+1.5*abs(x+5.5)+x.A2.5; mix_where=fi nd(y==mi n(y)); xmin=x(mix_where); hold on; plot(x,y); plot(xmi n,min (y),'go','li newidth',5); str=strcat('(' ,nu m2str(xmi n),',' ,nu m2str(mi n(y)),')'); text(xmi n,min (y),str);

Ylabel('f(x)') 经过运行后得到的图像截图如下：运行后的最小值点X min =4.6 , f m in = -8337.8625 3、画出函数f (x) = cos2x「e^'x — 2.5 X在口，3]区间的图形, 解该非线并用编程求性方程 f (x) = 0的一个根，设初始点为X o = 2 . 解： x=1:0.02:3; x0=2; y=@(x)(cos(x).A2).*exp(-0.3*x)-2.5*abs(x); fplot(y,[1,3]); Xlabel('x') Ylabel('f(x)') X仁fzero('(cos(x).A2).*exp(-0.3*x)-2.5*abs(x)',x0) 运行后求得该方程的一个根为z=0.3256 。 4、已知非线性方程组如下，编程求方程组的解，设初始点为[1 0.5 -1].

计科0807章浪-计算机仿真技术

计算机仿真技术 1.引言作为信息技术核心的计算机技术自其诞生之日起经历了50多年的发展，以广泛应用于国民经济和社会生活中。而作为计算机技术重要组成部分的计算机三维视景仿真技术，因其有效性、经济性、安全性、直观性等特点而受到广泛的应用。它是在计算机图形学基础上发展起来的一种仿真应用技术。据最新统计资料表明，计算机仿真技术是当前应用最广泛的实用技术之一，虚拟现实(VR, Virtual Reality)是计算机世界最热门的一个词汇。视景仿真技术是计算机仿真技术的重要分支，是计算机技术、图形图像处理与生成技术、多媒体技术、信息合成技术、显示技术等诸多高新技术的综合运用。 2.计算机仿真概述计算机仿真又称计算机模拟或计算机实验。所谓计算机仿真就是建立系统模型的仿真模型进而在电子计算机上对该仿真模型进行模拟实验(仿真实验)研究的过程。计算机仿真方法即以计算机仿真为手段，通过仿真模型模拟实际系统的运动来认识其规律的一种研究方法。计算机仿真方法的产生是与电子计算机技术的发明和应用紧密相联的。上世纪70年代以来，随着数字计算机运算速度的大大提高以及相应的仿真软件的不断完善，数字计算机仿真得到很快发展，其应用范围也由各种工程领域扩展到非工程领域。进人上世纪90年代，计算机仿真技术又朝向智能化

仿真(仿真技术与人工智能相结合)、分布式并行处理仿真、仿真支持系统等方向发展。目前，无论在科学研究还是技术开发和工业设计中，计算机仿真技术者唤示出强大的威力，已成为人们研究复杂系统时不可缺少的一种手段，其成效十分显著。然而，无论是什么样的仿真，都是以系统数学建模为基础，在一定假设条件下进行的信息处理过程，进而在仿真基础上进行实验研究。 3.仿真的发展进人20世纪90年代，计算机技术的各个方面都取得了异乎寻常的进展。微处理器性能的增长使得利用微型计算机和工作站进行复杂系统的仿真分析成为可能，当然像中长期天气预报这样模型复杂、数据繁多、实时性要求高的问题的计算仍离不开巨型机。在软件设计中广泛采用了面向对象的思想和方法，再加上计算机图形技术的进步，仿真过程中的人机交互越来越方便直观。根据国际标准化组织(ISO)标准中得《数据处理词汇》部分的名次解释，“模拟”（Simulation）与“仿真”（Emulation）两词含义分别为：“模拟”即选取一个物理的或抽象的系统的某些行为特征，用另一系统来表示它们的过程。“仿真”即用另一数据处理系统,主要是用硬件来全部或部分地模仿某一处理系统，以至于模仿的系统能象被模仿的系统一样接受同样的数据，执行同样的程序，获得

计算机仿真技术

The computer simulation technology Abstract: With the development of information processing technology and network technology, simulation technology has not only limited to the performance test product or system integration after production, but also can be applied to the whole process of product models developed, including demonstration program, tactical and technical indicators feasibility studies, design analysis, manufacturing, testing, maintenance, training and so on various stages. System simulation technology is also knowned as system simulation technology, computer simulation of so-called electronic communications system, it is used of computer systems for real electronic communications or digital models of physical model tests. To analyze and study the performance of such a model experiment and working conditions of a real system. When tested in the actual study of electronic communication systems is difficult or impossible to achieve, simulation technology has become an inevitable choice。 Keyword：message，network，simulation，communication，research 计算机仿真技术摘要：随着信息处理技术和网络技术的发展，仿真技术的应用已不仅仅限于产品或系统生产集成后的性能测试试验，更可应用于产品型号研制的全过程，包括方案论证、战术技术指标论证、设计分析、生产制造、试验、维护、训练等各个阶段。系统仿真技术也称为系统模拟技术,所谓电子通信系统的计算机仿真,就是利用计算机对实际电子通信系统物理模型或数字模型进行试验,通过这样模型实验来对一个实际系统的性能和工作状态进行分析和研究.当在实际电子通信系统中进行试验研究比较困难或者根本无法实现时,仿真技术就成为必然选择。关键字：信息，网络，仿真，通信，研究 1、什么是计算机仿真技术：仿真技术是伴随着计算机技术的发展而发展的。是一门多学科的综合性技术，它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验,其可以再现系统的状态﹑动态行为及性能特征，用于分析系统配置是否合理﹑性能是否满足要求，预测系统可能存在的缺陷，为系统设计提供决策支持和科学依据。 [1]它具有经济、可靠、实用、安全、灵活、可多次重复使用的优点, 已经成为对许多复杂系统( 工程的、非工程的) 进行分析、设计、试验、评估的必不可少的手段。它是以数学理论为基础, 以计算机和各种物理设施为设备工具, 利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验仿真研究的一门综合技术。在计算机问世以前，基于物理模型的实验一般称为“模拟”，它一般附属于其他相关学科。自从计算机特别是数字计算机出现以后，其高速计算能力和巨大的存储能力使得复杂的数值计算成为可能，计算机仿真技术得到了蓬勃的发展，从而使计算机仿真成为一门重要的学科。随着仿真应用的日益扩展，计算机仿真的外延也在延伸。如现代的各种仿真训练器：飞行器，船舶、轮机仿真训练器等，尽管在景观、声响、操纵和监控系统等方面大量地采用物理仿真，但其核心部分仍然是对系统及其各组成元件的实时计算机数学仿真。广义地．这些仿真也纳入了计算机仿真的范围。 2、现代仿真技术现代仿真技术的重要进展主要体现在: 2.1系统建模方面: 传统上,多通过实验辩识来建立系统模型。近十几年来, 系统辩识技术得到飞速发展。在辩识方法上有时域法、频域法、相关分析法、最小二乘法等;在技术手段上有系统辩识设计、系统模型结构辩识、系统模型参数辩识、系统模型检验等[2]。除此之外,近年来还提出了用仿真方法确定实际系统模型的方法;基于模型库的结构化建模方法:面向对象建模方法等。特别是对象建模,可在类库基础上实现模型的拼合与重用。