VR与3D、物理仿真系统的区别以及性价比优势
VR与3D、物理仿真系统的区别以及性价比优势
概述
VR（虚拟现实）：指的是通过创造一个三维的虚拟世界，向使用者提供完全的沉浸感（视觉、听觉、触觉等感官的模拟），如同身临其境一样。使用者进入VR世界后可以实时地观察空间内的事物，并与整个虚拟空间进行互动。
3D，通常表示图形成像技术或视觉观看技术。3D图像指的是通过计算机建模技术，将物体以三维形式展示，通过对3D模型的旋转，可以不同视角看到不同的每个面。3D视觉观看，就是常见的3D电影，在制作过程中针对左右眼摄制不同的画面，在播放时通过偏振眼镜使左右眼同时看到两个画面，在人脑成像时产生画面重叠，从而造成一定的立体感。
物理仿真系统：将固定环境或实物模型的外在表现形式以1：1的形式作出实体模型，通过视频或投影等方式将可变环境在模型周围展现。使用者与实物进行交互，产生的反馈可以在实物模型或可变环境中展现出来。
实际上3D只是一种数字图形编辑手段和视觉呈现方式。不论是VR还是物理仿真系统，都可以选择是否使用3D技术，只是视觉呈现上的效果区别。下面针对VR解决方案和物理仿真系统进行对比。
对比
基于FSM的物理信息系统建模与仿真
基于FSM的物理信息系统建模与仿真 王云1，刘东1，宗明2 1电力传输与功率变换控制教育部重点实验室，上海交通大学电气工程系 2国网上海市电力公司 Email:oliver_8610@https://www.360docs.net/doc/ee2747433.html, 摘要：物理信息系统（CPS）连接了物理实体与信息传递、处理环节。应用有限状态机（FSM）对物理信息系统建模，并应用于对物理设备的控制中，有利于更全面利用物理过程产生的信息量，并优化物理设备及控制环节的运行，本文研究了基于FSM的电力CPS建模与仿真，提出了建模方法及流程，并以光伏储能单元为例验证了所提方法的有效性。 关键词：物理信息系统；电力系统建模；仿真；控制 Modeling and Simulation of Cyber-Physical System Based on FSM Wang Yun1,Liu Dong1,Zhong Ming2 1Key Laboratory of Control of Power Transmission and Conversion,Ministry of Education,Dept.of Electrical Engineering,Shanghai Jiao Tong University,Minhang District,Shanghai200240,China 2.State Grid Shanghai Municipal Electric Power Company,Shanghai200122,China Email:oliver_8610@https://www.360docs.net/doc/ee2747433.html, Abstract:Cyber-physical system connects the physical entity and information transportation and processing. Modeling the CPS with Finite-State machine,and using this kind of model into control,will be good for utilizing the information and data of physical process more comprehensive,and will optimize the operation of physical device and control link.This kind of modeling method is suitable for power system.This paper research the modeling method and simulation of power CPS based on FSM,proposing the method and procedure by an example of Photovoltaic-Battery system,and verifying the effectiveness. Keywords:Cyber-Physical System;Power System Modeling;Simulation;Control; 1引言 现代电力技术的发展，使得在电力系统网络中接入并调度大量分布式能源成为可能；同时，储能、电动汽车等非传统负荷在不确定时空灵活并网，以及负荷与供电端围绕经济用电策略而进行实时互动管理[1]。在这些应用与变革中，产生了许多新的测量数据、控制信息，形成了复杂庞大的数据信息流及海量存储。因此，传统电网逐渐从简单能量传输网络向信息及能量联合多向传递发展[2]。 物理信息系统（CPS）最早由美国国家基金委员会(NSF,National Science Foundation)于2006年提出[3]。CPS依托现实世界丰富的传感监测设备，以及完善可靠的通信网络，实现物理过程与其所涉及的内部数据、外部数据等信息量的集成融合、相互使用，更好地描述了现实对象，并能对物理过程进行更加精确有效的控制。CPS技术无论在工程应用还是实验研究中都将有广泛的应用。 CPS是新一代智能系统，属于较新研究领域，国内外正积极对其进行研究。文献[4]提出了面向服务的CPS架构，可以较为灵活地接入模型对象及服务。文献[5]介绍了CPS设计所涉及的挑战，包括从现实世界中抽象出合理的物理并建立信息模型，强调并行计算及同时性问题对设计产生的影响。应用方面，文献[6]通过实时调度算法，对系统负荷及其它可控对象进行即时操作，能够实现预测并消除由于时间差带来的延后。文献[7]充分运用电网运行信息，结合系统模型，在电力系统、计算系统、通讯网络系统三者间建立联系，对受扰网络即时施加调整，消除扰动造成的越限及系统失稳。 电力网络的工作特点决定了物理信息融合研究对优化电网运行的重要性。将CPS应用于电力工程实例， 资助信息：国家高技术研究发展计划（863计划）项目（2 012AA050803）
基于MATLAB的物理光学实验仿真平台构建
毕业设计(论文)开题报告题目：基于Matlab的物理光学实验仿真平台构建 院（系）光电工程学院 专业光信息科学与技术 班级120110 姓名闫武娟 学号120110127 导师刘王云 年月日
开题报告填写要求 1．开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。 此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成。2．开题报告内容必须按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）填写并打印（禁止打印在其它纸上后剪贴），完成后应及时交给指导教师审阅。3．开题报告字数应在1500字以上，参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册，其中外文文献至少3篇），文中引用参考文献处应标出文献序号，“参考文献”应按附件中《参考文献“注释格式”》的要求书写。 4．年、月、日的日期一律用阿拉伯数字书写，例：“2005年11月26日”。
这些仿真平台的使用不仅方便了教学，而且也使学生更容易理解物理光实验的基本原理，加深对理论知识的理解与记忆。 2.课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法 2.1课题研究的主要内容 (1). 在光的干涉基本理论基础上，实现两束平面波、球面波的干涉实验，杨氏双缝和杨氏双孔干涉实验，平行平板的等倾干涉实验，楔形平板的等厚干涉实验，牛顿环干涉实验，迈克尔逊干涉实验以及平行平板的多光束干涉实验。 (2). 在菲涅尔衍射及夫琅和费衍射基本理论基础上，实现矩孔、单缝、圆孔、双缝、多缝、平面光栅及闪耀光栅的衍射实验。 2.2 研究方法及方案 物理光学实验可分为两大类：干涉与衍射。光的干涉有光源、干涉装置和干涉图形三个基本要素；衍射分为菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射。光学领域的大部分图像及曲线分布都可以用MATLAB 软件加以计算和实现[16]， 以杨氏双缝干涉为例，简述实验方案 杨氏双缝干涉模型是典型的分波面干涉，其干涉装置图如图所示，用一个单缝与一个双缝，从同一波面上分出两个同相位的单色光，进而获得相干光源并观察分析干涉图样。 图1.1杨氏双缝干涉实验装置图 2.2.1数学建模 根据干涉的基本原理，点光源S 发出的光波经双缝分解为次波源S 1、S 2，这两个次波源发出的光波在空间相干叠加，继而在其后的接收屏形成一系列明暗相间的干涉条纹。 设入射光波波长为λ，两个次波源的强度相同，且间距为d （1）位相差的计算: 221)2 (y d x r ++ =222)2 - (y d x r +=（2.1） )(*12r r n -=?（2.2）
配电系统物理仿真平台--北京丹华昊博电力科技有限公司
配电系统物理仿真平台 一、概述 由于电力系统暂态及稳态的复杂性，在进行理论研究的同时也必须进行试验研究，二者缺一不可。电力系统的试验可以在原型上进行，也可以在模型上进行，电力系统的物理模拟试验是电力系统研究的重要方法。目前配网自动化全面建设，无论是理论还是实际运行，都存在许多问题，各种配网自动化设备都需要试验、检测，配电系统物理仿真平台就是解决这些问题的重要方法。 北京丹华昊博电力科技有限公司结合杨以涵教授30年小电流接地选线研究心得，率先与华北电力大学合作，建成国家重点试验室——“1:1 10kV高压物理模拟试验室”，又与中国电力科学研究院合作，建成配电系统物理仿真平台——动模测试系统（原型测试系统PRS）。目前两套系统在配电系统物理仿真平台建设和配电网接地故障模拟试验领域，均处于领先水平。 二、配电系统物理仿真平台 配电系统物理仿真平台能够真实再现电力系统的各种运行工况、能够真实模拟电力系统设备和线路的运行情况，为电力用户提供全方位的培训、仿真、研发平台，为配网自动化设备的检测提供了全新的解决方案。 配电系统物理仿真平台具备的功能主要包括：配电系统参数模拟、配电系统运行数据模拟、配电系统故障模拟、配网自动化设备测试、状态监视、数据采集、图形显示、事件告警、数据统计、录波分析等。 目前，仿真平台主要有3类，分别为380V配电系统物理仿真平台、10kV配电系统物理仿真平台和RTDS数字仿真平台，三种平台的对比如表 1所示。 表 1仿真平台对比表
三、380V配电系统物理仿真平台 1.系统规模 1)实验室要求：长10m，宽4m,面积40m2； 2)实验室分配：独立使用； 3)模拟35kV/10kV变电站1座、主变1台、10kV线路6条，系统如图 1所示； 4)户内柜体式，配置6面柜体，配置后台监控系统，按变电站规范设计，所有操作分远 方和就地，设备布置如图 2所示。 图 1380V配电系统物理仿真平台系统图 2.系统参数 1)系统供电电源：三相、380V、100A、50Hz； 2)系统电压：380V； 3)系统满负荷工作电流：10A； 4)线路短路电流（多匝线圈）：800、1600A；
多物理场仿真软件技术参数
多物理场仿真软件技术参数 一、技术规格要求（*必须满足） 1. 软件的功能需求 1.1 使用有限元算法。 1.2 具有多物理场（三个及以上）一次性同时求解的直接耦合功能。 1.3 图形化用户界面，预置前处理、求解器，以及后处理功能。 1.4 具有App 开发器。 1.5 具有热传递仿真功能。 1.6 具有结构力学仿真功能。 1.7 具有CFD 仿真功能。 1.8 具有与Excel 的双向调用功能。 1.9 具有几何建模功能。 1.10 具有半导体仿真功能。 1.11 具有波动光学仿真功能。 1.12 具有材料库功能。 1.13 具有案例模型。 2. 基本功能 2.1 所有数值计算均基于有限元方法。 2.2 任意指定多物理场耦合，并且可以一次性同时求解的直接耦合功能。 2.3 提供前处理器、求解器和后处理器。 2.4 提供图形化自定义偏微分方程接口（系数型、广义型、弱解型），不需要用户编写程序就可以求解自己的方程，并可以与预置的物理场接口耦合。 2.5 可以导入/导出数组文件、表格、文件等。 2.6 自带网格剖分功能，可以智能或者手动剖分网格，创建结构化和非结构化网 格。 3. 半导体仿真功能 3.1 可以仿真分析双极晶体管、金属半导体场效应晶体管 (MESFET)、金属氧化物半导 体场效应晶体管 (MOSFET)、绝缘栅双极晶体管 (IGBT)、肖特基二极管和 P-N 结等。 3.2 可以分析包含光跃迁来模拟诸如太阳能电池、发光二极管(LED) 以及光电二 极管等一系列器件。 3.3 可以求解电子和空穴的浓度以及伏安特性曲线。 4. 波动光学仿真功能 4.1 提供专用的工具来模拟线性和非线性光学介质中的电磁波传播，实现精确的元件仿 真和光学设计优化。 4.2 可以在光学结构中进行频域或时域的高频电磁波仿真。 4.3 可以进行特征频率模式分析、频域和时域电磁仿真。例如计算传输和反射系数。 5. 材料库功能 5.1 材料库中包含 2500 种材料的数据，包括化学元素、矿物、金属合金、热绝缘材料、半导体和压电材料等。 5.2 不仅可以绘制和检查这些函数的定义，而且还可以进行添加或更改。也可以在其他 依赖材料属性函数的物理场耦合中调用这些函数。 6. 几何建模功能 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
信息物理系统共性技术测试床
AII测试床申请模板信息物理系统共性技术测试床信息物理系统共性技术测试床 引言 信息物理系统共性技术测试床由中国信息通信研究院牵头，联合海尔、中兴、树根互联、欧姆龙、西北工业大学等产学研单位共同建设。重点围绕离散行业生产模拟环境，开展机床、机器人、检测设备、物流设备等数据采集、数字化建模、双胞胎构建等，实现生产制造过程的三维可视化监测，探索开展基于数字双胞胎、大数据算法的优化，以及北京、上海的网络化协同。 一、关键词 基于北京实验室和上海实验室，开展哑设备数据采集、信息物理系统数字双胞胎、柔性产线重构、数据智能、网络化协同等共性关键技术的测试验证。 哑设备改造、数字双胞胎、网络化协同 二、测试床项目概述 1. 概述及该测试床目标 信息物理系统是目前工业互联网研究的前沿领域，是驱动传统行业智能化转型的核心技术集群和战略聚焦点，工业4.0、先进制造战略的内在驱动均是信息物理系统。 当前，工业生产面临诸多问题：设备数据、生产数据采集集成问题；产线、流程、工艺固化问题；海量产品数据的分析问题等。现有的技术处理起来有较大难度，例如：底层设备数据不开放，导致数据采集无法实现；系统异构性明显，导致系统集成效果不佳；产线编排灵活性低，新产品换线需要多次调试；工业数据技术应用有限，缺少结合工业机理的算法模型；网络可靠性低，系统间数据存储管理的统一标准缺失，导致网络协同应用水平较浅等。 YYYY-MM-DD Version 0.1
信息物理系统的应用将为上述问题提供一条有效的解决途径：通过数字双胞胎技术，叠加各类传感器、板卡，采集哑设备运转各类数据，并形成设备运行、诊断模型；通过产线柔性可重构技术，实现异构系统集成，并采用柔性连接和软件配置的方式实现产线布局快速调整，流程和工艺快速切换等。信息物理系统共性技术测试床选取离散行业机加工流程，配置常见的工业设备和信息系统，搭建工业网络环境，开展信息物理系统各项技术的测试验证。 信息物理系统共性技术测试床根据工业领域对信息物理系统共性技术、关键产品、解决方案试验验证需求的考虑，拟在北京与上海两地同步建设，一方面，可以结合本地的特色产业，扩大本平台的辐射范围，提高影响力和知名度；另一方面，异地环境能够更好的模拟网络化协同制造的实际需求，提高本平台的试验验证的准确性和真实性。 2. 目标 打造信息物理系统关键技术创新与解决方案孵化的开放创新平台，为工业企业开展信息物理系统共性关键技术和新模式研究提供一个通用的试验环境，降低企业采用新技术的风险，推进不同企业解决方案的适配测试，加快新技术、新模式跨地域、跨行业的推广，形成一批切实可行的信息物理系统解决方案，并促进企业间的交流、合作，提升我国信息物理系统研究水平和应用能力。 构建2条各具特色的离散行业生产模拟线，开发不少于5种以上设备的三维数字化模型并实现数据驱动模型，形成不少于包括机床、机器人在内的两类设备与系统数据采集方案（哑设备改造），建设1个异地协同信息物理系统监控平台，实现数字双胞胎、设备智能优化、纳米级产品检测、异地网络化协同的应用新模式。 三、测试床项目解决方案
物理仿真实验报告1
物理仿真实验报告1
物理仿真实验报告 受迫振动 班级应物01 姓名赵锦文 学号10093020
一、实验简介 在本实验中，我们将研究弹簧重物振动系统的运动。在这里，振动中系统除受弹性力和阻尼力作用外，另外还受到一个作正弦变化的力的作用。这种运动是一类广泛的实际运动，即一个振动着的力学体系还受到一个作周期变化的力的作用时的运动的一种简化模型。如我们将会看到的，可以使这个体系按照与施加力相同的频率振动，共振幅既取决于力的大小也取决于力的频率。当力的频率接近体系的固有振动频率时，“受迫振动”的振幅可以变得非常大，这种现象称为共振。共振现象是重要的，它普遍地存在于自然界，工程技术和物理学各领域中．共振概念具有广泛的应用，根据具体问题中共振是“利”还是“害”，再相应地进行趋利避害的处理。 两个相互耦合的简谐振子称为耦合振子，耦合振子乃是晶体中原子在其平衡位置附近振动的理想模型。 本实验目的在于研究阻尼振动和受迫振动的特性,要求学生测量弹簧重物振动系统的阻尼常数，共振频率。 二、实验原理 1．受迫振动 砝码和挂钩 弹簧 弹簧 振荡器 图13.1 受迫振动 质量M 的重物按图1放置在两个弹簧中间。静止平衡时，重物收到的合外力为0。当重物被偏离平衡位置时，系统开始振动。由于阻尼衰减(例如摩擦力)，最终系统会停止振动。振动频率较低时，可以近似认为阻力与振动频率成线性关系。作用在重物上的合力： x M x Kx x x k x k F 21=--=---=ββ 其中k1, k2是弹簧的倔强系数。
K = k1+ k2是系统的等效倔强系数。 x 是重物偏离平衡位置的距离, β 是阻尼系数。 因此重物的运动方程可表示为： 22 0=++x x x ωγ 其中 γβ=M and ω02 =K M 。 在欠阻尼状态时(ωγ0>),方程解为： ) cos(22 0 φγωγ+-=-t Ae x t A, φ 由系统初始态决定。方程的解是一个幅度衰减的谐振动，如图2所示。 T 图13.2 衰减振动 振动频率是： f T = =-11202 2π ωγ (13.1) 如果重物下面的弹簧1k 由一个幅度为a 的振荡器驱动，那么这个弹簧作用于重物的力是) cos (1x t a k -ω。此时重物的运动方程为： M t a k x x x cos 212 0ωωγ= ++ . 方程的稳态解为： ) cos(4)(2 2 2 22 1θωω γωω-+-= t M a k x (13.2) 其中 )2(tan 2 201 ωωγω θ-=-。图13.3显示振动的幅度与频率的关系。
控制系统中各环节的物理实现及其PROTEUS仿真
控制系统中各环节的物理实现及其PROTEUS仿真 摘要：对PID控制系统中的各个环节，包括比例环节，微分环节，积分环节，加法和减法环节等在PROTEUS中进行电路图绘制并进行仿真，并用虚拟的电压表和示波器测得相应的数值和波形，得出与理论值相近的结论。 关键词：PROTEUS 电路仿真PID Abstract: PID control system at various points of the proportion of links, link differential, integral aspect of links, such as addition and subtraction in the circuit in PROTEUS mapping and simulation, and virtual oscilloscope voltage meter and the measured values and the corresponding waveform drawn with the theoretical value is similar to the conclusions 1.引言 Proteus的ISIS是一款电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。 该软件全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS一232动态仿真、1 C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大，可仿真51、AVR、PIC。 2.实验过程 2.1比例环节 比例环节的线路连接如图1.1 图1.1 由虚短和虚断的概念可以计算U1A的输出 Vout1=-Vin*R2/R1 由图3.1可以看出，输入电压5V经由U1A组成的比例电路输出为-0.498712V，再经由U1B组成的反向电路输出为0.50088V，近似等于理论值电压0.5V. 2.2. 微分环节 微分环节的线路连接如图1.2
信息物理系统下的耦合映射跟驰模型
Computer Engineering and Applications 计算机工程与应用 2017，53（12）1引言经济的飞速发展，小轿车进入千家万户。车辆的大众化普及带来交通拥堵与交通事故问题日趋严重，交通物理与交通信息的紧耦合研究实现越发显得重要且紧迫。2006年2月，基于美国国会评估美国的技术竞争力和维持提高这种竞争力的要求，美国科学院发布的《美国竞争力计划》将CPS 列为重要的研究项目[1]。信息物理系统是通过集成计算，通信与控制技术，将信息基元与物理技术融为一体，并基于信息系统与物理系统之间的相互作用与反馈，进而实现对物理系统的精确认知和有效控制的前沿技术[2]。CPS 的出现将改变人与世界的交互方式[3]。现代交通系统是个典型的信息物理系统[4]。国内外已有多种关于交通本质现象的研究从优化 速度模型的提出，到车辆之间的耦合，耦合映射跟驰模型不断演进[5-10]。跟车模型能很好地解释交通现象，但却很少有从交通物理与交通信息融合的角度来宏观提出随着车辆越来越多路况越来越复杂的交通系统中抑制交通拥堵的方法，很少有考虑响应延迟时间这一不可忽略的变量在行驶过程中，对交通流状态的影响。信息物理系统（Cyber Physical System ，CPS ）技术的发展，为研究降低跟车模型中信息响应延迟时间提供了基础。CPS 要让控制建立于对不同信息的收集与处理之上，实现物理世界的信息化与网络化，通过信息系统与物理世界的融合，才能达到对物理世界安全、可靠、信息物理系统下的耦合映射跟驰模型 曹张保，安吉尧，黄仲，周兴 CAO Zhangbao,AN Jiyao,HUANG Zhong,ZHOU Xing 湖南大学信息科学与工程学院，长沙410082 College of Information Science and Engineering,Hunan University,Changsha 410082,China CAO Zhangbao,AN Jiyao,HUANG Zhong,et al.Coupled map car following model under cyber physical https://www.360docs.net/doc/ee2747433.html,puter Engineering and Applications,2017,53（12）：158-165. Abstract ：In view of the delay time of the car following model which leads to the traffic congestion.The paper redefines the coupled map car following model under CPS （Cyber Physical System ）.In the process of the interaction between the physical end which delay causes congestion and the network terminal embedded the computation function,the concept of the equilibrium distance is proposed.On this basis,the response delay time is quantified.Thus,it can increase the vehicle distance,lengthen the operating time line indirectly,and provide a predictive function to the driving system.The feedback control of the front and rear cars is considered,and different feedback coefficients are selected.Simulation results show that the model of the coupled map car following under CPS can suppress traffic congestion significantly. Key words ：cyber physical system;coupled map car following model;response delay time;feedback control;suppress traffic congestion 摘要：针对车辆跟驰模型中信息响应延迟时间导致交通拥堵，通过信息物理系统对耦合映射跟驰模型重新定义，在嵌入计算功能的网络端与延迟导致拥堵的物理端相互作用下，提出均衡车头距的概念，在此基础上量化跟驰过程中的响应延迟时间，从而间接增大了车头距，拉长可操作时间线，给驾驶系统提供预估功能。考虑前车、后车对己车的反馈控制，并选取不同的反馈系数，仿真结果表明CPS 定义下的耦合映射跟驰模型，对交通拥堵具有明显的抑制效果。关键词：信息物理系统；耦合映射跟驰模型；信息响应延迟；反馈控制；拥堵抑制 文献标志码：A 中图分类号：TP 391.9doi ：10.3778/j.issn.1002-8331.1601-0144 基金项目：国家自然科学基金（No.61370097）。 作者简介：曹张保（1990—），男，硕士研究生，主要研究领域为信息物理系统；安吉尧（1972—），男，博士，副教授，CCF 高级会员， 主要研究领域为信息物理系统，智能控制，智能车辆，E-mail ：jt_anbob@https://www.360docs.net/doc/ee2747433.html, 。 收稿日期：2016-01-11修回日期：2016-04-18文章编号：1002-8331（2017）12-0158-08 CNKI 网络优先出版：2016-06-17,https://www.360docs.net/doc/ee2747433.html,/kcms/detail/11.2127.TP.20160617.1547.008.html 158万方数据
西安交大物理仿真实验
西安交大物理仿真实验 大学物理仿真实验 ——《受迫振动》 电气12 高加西 2110401039 一、实验简介 在本实验中，我们将研究弹簧重物振动系统的运动。在这里，振动中系统除受弹性力和阻尼力作用外，另外还受到一个作正弦变化的力的作用。这种运动是一类广泛的实际运动，即一个振动着的力学体系还受到一个作周期变化的力的作用时的运动的一种简化模型。如我们将会看到的，可以使这个体系按照与施加力相同的频率振动，共振幅既取决于力的大小也取决于力的频率。当力的频率接近体系的固有振动频率时，“受迫振动”的振幅可以变得非常大，这种现象称为共振。共振现象是重要的，它普遍地存在于自然界，工程技术和物理学各领域中(共振概念具有广泛的应用，根据具体问题中共振是“利”还是“害”，再相应地进行趋利避害的处理。二、实验目的 研究阻尼振动和受迫振动的特性,要求学生测量弹簧重物振动系统的阻尼常数，共振频率。 三、实验原理 1.受迫振动
图1 受迫振动 质量M的重物按图1放置在两个弹簧中间。静止平衡时，重物收到的合外力为0。当重物被偏离平衡位置时，系统开始振动。由于阻尼衰减(例如摩擦力)，最终系统会停止振动。振动频率较低时，可以近似认为阻力与振动频率成线性关系。作用在重物上的合力: 其中 k, k 是弹簧的倔强系数。 12 K = k+ k 是系统的等效倔强系数。 12 x 是重物偏离平衡位置的距离, , 是阻尼系数。 因此重物的运动方程可表示为: 其中 and 。 在欠阻尼状态时() ,方程解为:
由系统初始态决定。方程的解是一幅度衰减的谐振动，如图2所示。 A,, 图2 衰减振动 振动频率是: (1) 如果重物下面的弹簧由一个幅度为a 的振荡器驱动，那么这个弹簧作用于重物的力 是。此时重物的运动方程为: 方程的稳态解为: (2) 其中。图3显示振动的幅度与频率的关系。 图3 衰减振动幅度与振动频率关系
电子信息系统仿真
XX航空工业管理学院 《电子信息系统仿真》课程设计 级专业班级 题目一阶动态电路特性分析与仿真 姓名学号 指导教师 二О一年月日
内容摘要 在电子学课程学习中，大学生往往会碰到比较复杂的数学公式。各种定律、定理的推导也往往是通过求解微分方程等复杂的过程得出的，许多结论性的东西也难以用比较直观的图像来表达出来，因此学生们在理解相关知识时比较困难。对电路暂态过程的分析也是如此。由于学生很难描绘出各种电流、电压的变化过程曲线，形成不了一个比较形象的各变量变化过程的概念，因此常常难以准确理解和记忆个物理量的变化。 Matlab语言，自1984年问世以来，至今已成为科学计算领域最优秀的科技应用软件，在数学计算、数值分析、数学型号处理、自动控制论等领域得到了广泛的应用，其数据处理的可视化、易于使用和理解等特点受到广大科学工作者的欢迎。本文将通过几个实例，介绍Matlab在电路暂态过程分析中的应用。 运用Matlab进行电路暂态过程分析，编程简便，方法易学，可将用复杂函数表达的推导、计算结果一直观、形象的图像表示出来，便于学生理解和掌握。改方法可推广到电子学其他课程的教学中。
关键字 MATLAB；测试和仿真；图形处理；一阶动态电路特性 一、设计目的及任务 1.1设计目的 利用matlab强大的图形处理功能，符号运算功能和数值计算功能，实现一阶动态电路时域特性的仿真波形。 1.2 设计任务 1、以RC串联电路为例绘出u C (t),u R (t),i(t),p C (t),p R (t)波形,以RL 并联电路的零输入响应为例汇出i L(t),i R(t),u(t),p L(t),p R(t)的波形； 2、以RC串联电路的直流激励的零状态响应为例绘出 u C(t),u R(t),i(t),p C(t),p R(t)，p us(t)波形； 3、以RC串联电路的直流激励的全响应为例绘出u C(t),u R(t),i(t)波形，RL并联电路的i L(t),i R(t),u(t)波形； 4、以RC串联电路的正弦激励的零状态响应为例绘出 u C(t),u R(t),i(t),u s(t)波形，RL并联的i L(t),i R(t),u(t),i S(t)波形； 5、以RC串联电路的冲激响应为例绘出u C(t), i(t)波形，RL并联电路的i L(t), u(t)波形； 6、撰写MATLAB课程设计说明书。
大学物理仿真实验(Online版)部署手册
大学物理仿真实验（Online版）部署手册 一、系统环境要求： 1.服务器 ●操作系统 Windows Server 2003 中文版企业版 ●数据库服务器 Microsoft SQL server 2005 中文版 ●.net framework .net framework 3.5 sp1中文版 ●其他 Internet信息服务（IIS）6.0 Microsoft Word 2007中文版, Excel 2007中文版 2.用户机 ●操作系统 Microsoft Windows XP中文版 ●浏览器 Internet Explore 6.0及以上 ●.net framework .net framework 3.5 sp1中文版 二、大学物理仿真实验（Online版）部署方法 1.大学物理仿真实验（Online版）安装 在确保服务器的推荐软件环境后，运行本公司提供的安装程序。安装过程中的相关设置如下： 1)在用户信息输入界面，客户需要输入自己学校完整名称，例如“中国科 学技术大学”，完成后点击“下一步”按钮。
2)在数据库服务器设置页面，用户需要在“数据库服务器”输入框内输入 数据库服务器的IP地址，并选择登陆模式，输入登陆用户名和密码。完成后点击“下一步”按钮。 3)在目标文件夹选择界面，保证上一步输入正确的情况下，用户可选择文 件的存放位置。选择完成后点击“下一步”按钮。
4)其他操作根据程序提示进行，即可完成系统安装。 2.大学物理仿真实验（Online版）服务器Web服务配置 在运行完安装程序后，用户还需要对IIS进行一些设置，并在程序中写入服务器的IP地址。 1)IIS设置： 右键点击我的电脑/管理/服务和应用程序/Internet信息服务，找到由安 装程序建立的站点ExamSystem，右击该站点点击属性。 选择http头，在mine类型中增加： 扩展名：.xaml MIME类型：application/xaml+xml和.xap 扩展名：.xap MIME类型：application/x-silverlight-app
跨学科物理系统建模和仿真工具Simscape.
——跨学科物理系统建模和仿真工具 Simscape 是在 Simulink 基础上的扩展工具模块,用来建立多种不同类型物理系统的建模并进行仿真,例如由机械传动,机构,液压和电气元件构成的系统。Simscape 可以广泛应用于汽车业,航空业,国防和工业装备制造业。 Simscape 同SimMechanics , SimDriveline , SimHydraulics 和 SimPowerSystems 一起,可以支持复杂的不同类型(多学科物理系统混合 建模和仿真。 ?使用统一环境实现多种类型物理系统建模和仿真, 包括机械, 电气和液压系统; ?使用基本物理建模单元构造模型, 并提供了建模所需的模块库和相关简单数学运算单元; ?用户可自己指定参数和变量的单位,模块内部自动实行单位转换和匹配; ?具有连接不同类型物理系统的桥接模块; ?具备扩展产品所建模型的全权仿真和受限编辑功能, 单独运行仿真时无需SimMechannics , SimDriveline 和 SimHydraulics 的产品使用许可。强大功能
在 Simscape 的环境中,用户的建模过程如同装配真实的物理系统。 Simscape 采用物理拓扑网络方式构建模型:每一个建模模块都对应一个实际的物理元器件,例如油泵、马达或者运算放大器;模块之间的连接线代表元件之间装配和能量传递关系。这种建模方式直观的表现出物理系统的组成结构, 而不是用晦涩的数学方程。Simscape 根据模型所表达的系统组成关系, 自动构造出可以计算系统动态特性的数学方程。这些方程可同其他 Simulink 模型一起结合运算。 Simscape 的建模库提供超过 24个电气建模单元, 15个液压建模单元, 23个机械建模单元;这些单元之间可以互相连接,联合建模。这些基本的单元也可以组合起来,构造更加复杂的器件模型。 Simscape 模型中的 Sensor 模块用来测量机械量(力 /力矩,速度,液压量 (压力,流量或电气量(电压,电流,测量输出的信号量可以输出给标准的 Simulink 模块处理。 而 Source 模块能够将标准的 Simulink 信号转换成同等量值的上述物理信号。Sensor 和 Source 模块的使用将 Simulink 控制算法模型同 Simscape 物理网络拓扑模型有机的结合起来, 可实现闭环控制算法开发。 Simscape 的基础建模单元库支持从基本的建模单元组合定制模型元件。?机械系统建模
2018年高考仿真模拟物理试题新课标全国卷(一)
2018年高考仿真模拟物理试题新课标全国卷(一)
2018年高考仿真模拟试题(新课标全国卷) 物理(一) 第一部分选择题 一、选择题：共8小题，每题6分。在给出的四 个选项中，第1～5题只有一个符合题目要求，第6～8题有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 1．如图所示是研究光电效应的电路图，阴极K 和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，如果用频率、强度不同的光分别照射阴极K，则下列关于实验现象的说法正确的是 A．电子从金属表面逸出的过程中需要克服金属的逸出功 B．当入射光的频率和强度一定时，光电流大小与A、K之间的电压成正比 C．保持入射光的强度不变，改变入射光的频率，遏止电压不变
为P，发电厂的输出电压为 1 U，升压变压器原、副线圈的匝数比为k∶1，输电线的电阻为R，若在发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变的情况下输电，则下列说法正确的是 A．升压变压器副线圈的电压为 1 kU B．输电线上损失的功率为2 2 2 1 k P R U C．降压变压器副线圈的负载减少时，发电厂的输出功率增大 D．仅将升压变压器原、副线圈的匝数比变 为k n ，输电线上损失的功率将变为原来的 1 n 4．双星系统是存在于宇宙中的一种稳定的天体 运动形式。如图所示，质量为M的恒星和质量为m的行星在万有引力作用下绕二者连线上的C点做匀速圆周运动。已知行星的轨道半径为a，引力常量为G，不考虑恒星和行星的大小以及其他天体的影响，则
A．恒星与C点间的距离为M a m B．恒星的运行速度为m GM M m a C．若行星与恒星间的距离增大，则它们的 运行周期减小 D．行星和恒星轨道半径的三次方和运行周期的平方成反比 5．如图所示的电路中，电源电动势为2 V，内 阻r=0.5 Ω，电阻 R=1.5 Ω，电阻2R=2 Ω，电 1 阻 R=3 Ω，滑动变阻器4R接入电路的阻值为 3 2 Ω，电容器的电容C=1.0 μF，电阻 R与电 3容器间的导线记为d，单刀双掷开关S与触点1连接，下列说法正确的是 A．如果仅将 R的滑片向上滑动，1R消耗的功 4 率减少 B．如果仅将4R的滑片向上滑动，电源的输出功率增加 C．如果仅将4R的滑片向上滑动，电容器两极板间的电势差减小
(完整版)第一章系统仿真的基本概念与方法
第一章控制系统及仿真概述 控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算数学与计算机技术的综合性新型学科。这门学科的产生及发展差不多是与计算机的发明及发展同步进行的。它包含控制系统分析、综合、设计、检验等多方面的计算机处理。计算机仿真基于计算机的高速而精确的运算，以实现各种功能。 第一节控制系统仿真的基本概念 1．系统： 系统是物质世界中相互制约又相互联系着的、以期实现某种目的的一个运动整体，这个整体叫做系统。 “系统”是一个很大的概念，通常研究的系统有工程系统和非工程系统。 工程系统有：电力拖动自动控制系统、机械系统、水力、冶金、化工、热力学系统等。 非工程系统：宇宙、自然界、人类社会、经济系统、交通系统、管理系统、生态系统、人口系统等。 2．模型： 模型是对所要研究的系统在某些特定方面的抽象。通过模型对原型系统进行研究，将具有更深刻、更集中的特点。 模型分为物理模型和数学模型两种。数学模型可分为机理模型、统计模型与混合模型。 3．系统仿真： 系统仿真，就是通过对系统模型的实验，研究一个存在的或设计中的系统。更多的情况是指以系统数学模型为基础，以计算机为工具对系统进行实验研究的一种方法。 要对系统进行研究，首先要建立系统的数学模型。对于一个简单的数学模型，可以采用分析法或数学解析法进行研究，但对于复杂的系统，则需要借助于仿真的方法来研究。 那么，什么是系统仿真呢？顾名思义，系统仿真就是模仿真实的事物，也就是用一个模型（包括物理模型和数学模型）来模仿真实的系统，对其进行实验研究。用物理模型来进行仿真一般称为物理仿真，它主要是应用几何相似及环境条件相似来进行。而由数学模型在计算机上进行实验研究的仿真一般则称为数字仿真。我们这里讲的是后一种仿真。 数字仿真是指把系统的数学模型转化为仿真模型，并编成程序在计算机上投入运行、实验的全过程。通常把在计算机上进行的仿真实验称为数字仿真，又称计算机仿真。
大学物理仿真实验
虚拟仿真系统实验 虚拟实验技术起源于20世纪末，是依托“虚拟现实”（Virtual Reality，英文缩写VR）技术而产生和发展的一种实验模式。国内外一些远程教育机构曾采用过各种方法来解决实验的近距离性与教学手段的远距离性的矛盾。在当时使用的各种方法中，有的仅适合少数简单实验，有的由于与理论教学不相衔接而导致效果不佳。直至20世纪90年代，计算机硬件和虚拟实验技术的迅速发展才给远程实验教学带来了希望。 虚拟实验技术是利用软件和硬件的结合，取代传统的常规实验仪器设备，在计算机或计算机网络上进行模拟、仿真各种实验的技术。利用现代计算机和高速网络，物理实验可以实现虚拟化和远程化，从根本上解决现有的实验教学与远程教育模式不相适应的状况。本实验主要介绍由中国科技大学开发的《大学物理仿真实验2.0》系统的使用。 [实验目的] 1. 掌握大学物理仿真实验系统的操作和使用； 2. 了解大学物理分布式远程虚拟仿真实验教学系统所能实现的功能； 3. 在大学物理仿真实验系统中进行仿真实验。 [实验仪器] 1.计算机； 2. 大学物理仿真实验系统。 [实验原理] 虚拟实验系统由计算机（或计算机网络）、实验设备模块和实验软件三部分组成。为了能够保证实验软件的运行速度，运行虚拟实验系统的计算机对cpu处理器和内存有一定的要求。当在本地计算机上进行实验时，还要求配备有外部存储设备，例如硬盘等。 实验设备模块的功能主要靠软件来实现。通过编写程序，可以在计算机上实现多种仪器，例如示波器、信号发生器、数字万用表等，或是直接显示信号的强度、频率、波形等性质，并利用鼠标键盘等输入设备对仪器进行操作和调节。计算机上软件形式的虚拟设备具有很大的灵活性，实验者可以根据自己的需要进行设计、定义和扩充，使得这些虚拟设备更符合实际测量精度需要。利用各种虚拟仿真实验软件，不但能很好的完成传统实验室的工作，还可以实现一些在传统实验室中无法完成的事情。实验仿真软件是一个实验平台，它可以把要研究的对象用多媒体手段表现出来。 [实验内容与步骤] 1. 运行计算机桌面的“大学物理仿真实验”快捷方式图标，将弹出用户登录对话框，如图 1-1-1所示。 在此登录界面，学生可输入自己的姓名、密码、以及服务器IP地址和端口（服务器地址、端口请向教师获取）等参数，点击“确定”按钮后即可登录。如需要修改默认的服务器地址和端口，可以单击“修改服务器信息”选项，再填入正确的服务器地址和端口。若钩选了“修改密码”选项，那么用户在登录后可以对密码进行修改。 若选择了“修改密码”选项，则在登录后，出现对话框如图 1-1-2：
信息物理融合在交通中的应用
信息物理融合在交通中的应用 徐国智 Cyber-Physical Systems Applied in Transportation Guozhi Xu 摘要：信息物理融合系统(CPS)是一类集成了计算系统、通信网络、传感器网络、控制系统和物理系统的新型互联系统。将CPS有效应用于交通运输能够提高道路安全与效率。交通信息物理系统作为信息物理系统在交通领域的具体应用，是下一代智能交通系统(ITS)发展的关键技术，具备CPS信息世界与物理世界深度融合的特点，为ITS的发展提供了新的思路和方向，受到越来越多研究机构和学者的关注。本文首先简要介绍CPS系统的定义、构成，对CPS在交通领域的应用进行了介绍，并探讨了实现交通CPS所面临的关键技术挑战。 关键词：信息物理融合系统；智能交通系统；应用；关键技术 ABSTRACT:Cyber-physical system(CPS) is a new kind of interconnected system which integrates the computer system, communication network, sensor network, control system and physical system. Applying the CPS to transportation could effectively improving road safety and efficiency. Transportation Cyber-Physical System is one of the important sub-syste ms of Cyber-Physical System, which is used in the field of Intelligent Transportation System (ITS). It has the characteri stic of CPS that computation world and physical world are deeply integrated, which provides new ideas and directions f or the development of ITS, and has aroused more and more concern by institutions and scholars. This paper introduces the definition and architecture of the CPS, then the CPS applications in the field of traffic are presented. At last the ke -y technology to realize traffic CPS and the challenges will be faced are discussed. KEY WORDS：cyber-physical system; intelligent transportation system; application; key technology 0 引言 随着物联网、传感器网络、嵌入式系统和计算智能等技术的发展，信息世界和物理世界的交互、协同和融合在不断加强。人们对于各种复杂系统和计算设备的需求已不仅仅局限于系统功能的扩充，而是更关注系统中各种计算元素和物理元素之间的紧密结合，以及在动态不确定事件作用下的相互协调。系统资源的合理有效调配和运行时的实时、可靠、高效，内部实体间平等有效的通讯以及各实体自主感知、自主调节和高度自治，正在成为新的需求。在这种需求的引导下，信息物理融合系统(Cyber－physical systems，CPS)作为一种新型智能系统应运而生[1,2]。CPS的理念最早由美国国家科学基金会(NSF)在2005年提出。根据NSF的定义[3]，CPS是将计算与物理资源紧密结合所构成的系统。更具体地讲，CPS是集成了计算系统、大规模通信网络、大规模传感器网络、控制系统和物理系统的新型互联系统。CPS应具有对大规模互联物理系统进行实时监视、仿真、分析和控制的能力，最终目标是使未来的物理系统具有灵活性、自治性、高效率、高可靠性和高安全性[3,4]。CPS的概念一经提出便得到了广泛关注，各国学者和科研人员从CPS的理论方法、相关组件、运行环境、系统设计和实现等不同层面对CPS进行了探讨，并在并在计算机、通信、控制、生物、交通、物流、制造、能源、医疗、军事、基础设施建设等多个领域展开了相关的研究工作[5-7]。 目前，城市交通的发展，尤其在我国成爆炸式增长，由此引发了道路车辆拥挤、交通事故频发、交通环境不断恶化等问题，这些问题对交通系统的可靠性、安全性、经济性、舒适性及运行