数字化仿真技术
实验六数字化仿真技术
一、实验目的
1.掌握COSMOSWorks静态应力分析的方法和步骤
2.掌握COSMOSWorks优化设计的方法和步骤
二、实验内容
1.完成托架零件的静态应力分析
2.完成悬臂支撑架的形状优化
三、实验步骤
（一）零件的静态应力分析
托架由合金钢制作，在两个孔处固定，并承受有7Mpa 的力载荷，如图所示。
1.打开零件
打开零件“static.SLDPRT”
2.从 SolidWorks 材料库中指派合金钢材料：
(1)单击菜单—>COSMOSWorks—>材料—>应用材料到所有，材质编辑器PropertyManager 出现。
(2)在材料下，执行如下操作：
a.从下拉菜单中选择SolidWorks 材料。
b.单击钢后面的加号，然后选择合金钢。
c.合金钢的机械属性出现在物理属性框中。
(3)单击确定。
指派的材料名称显示在 FeatureManager 树中。
3.生成静态研究
(1)单击 COSMOSWorks 管理器标签。
(2)单击 COSMOSWorks 主工具栏上研究。
(3)在 PropertyManager 的名称下面：
a.键入“静态-1”。
b.在网格类型中选择“实体网格”。
(4)在类型下，单击静态。
(5)单击确定。
COSMOSWorks 将在 COSMOSWorks 管理器树中生成研究。注意，实体图标上的复选标记表示您已指派了材料。
4.固定两个孔：
(1)单击 COSMOSWorks 载荷工具栏上的约束。约束 PropertyManager 出现。
(2)在类型下，选择“不可移动（无平移）”。
(3)在图形区域中，单击两个孔的面（如图显示）。
面<1> 和面<2> 会出现在约束的面、边线、顶点框内。
要更改约束符号的颜色，单击“符号设定”下的“编辑颜色”。颜色调色板打开。选择所需的颜色，然后单击确定。
(4)单击确定。
COSMOSWorks 固定两个孔的面，在 COSMOSWorks 管理器树中的载荷/约束文件夹内生成名称为“约束-1”的图标。
5.应用压力：
(1)单击 COSMOSWorks 载荷工具栏上的约束。压力 PropertyManager 出现。
(2)在“压力类型”下，单击“垂直于所选面”。
(3)在图形区域中，选择圆柱体的前面（如图显示）。面<1> 出现在“压力的面”框
内。
(4)在“压力值”下，设定单位为“SI”，然后在“压力值”框内键入7e6。
如果您通过键入新值改变了单位，COSMOSWorks 会将值转换成新的单位。单击确定。
COSMOSWorks 应用7MPa 压力，并在 COSMOSWorks 管理器树中的载荷/约束文件夹内生成名称为压力-1 的图标。
6.将零件网格化并运行静态研究
(1)单击 COSMOSWorks 主工具栏上网格。
网格 PropertyManager 出现，显示默认的“整体大小”和“公差”值。
(2)单击确定。
网格化开始，“网格化进程”窗口出现。网格化结束之后，COSMOSWorks 显示网格化的模型。
(3)单击 COSMOSWorks 主工具栏上运行。
完成分析之后，在 COSMOSWorks 管理器树中将生成默认的图解。
7.显示网格信息：
(1)在 COSMOSWorks 管理器树中，用右键单击“网格”，然后选择“细节”。COSMOSWorks
显示网格信息：
(2)关闭网格细节列表框。
(3)要隐藏或显示网格：
单击 COSMOSWorks 结果工具工具栏上的显示/隐藏网格。COSMOSWorks 切换网格的
显示状态。
8.观阅结果
在成功的运行静态分析之后，COSMOSWorks 将在管理器树中生成应力、位移、应变、变形和设计检查文件夹。这些文件夹包含静态分析的默认图解。
9.绘制应力图解：
(1)在 COSMOSWorks 管理器树中，单击应力文件夹旁边的加号。图解1 出现。
(2)双击图解1。显示应力图解。
要在不同的单位系统下观阅应力图解，请右键单击图解图标，然后单击“编辑定义”。在显示框内，设定“单位”为所需单位系统，然后单击确定。
10.绘制合力位移图解：
(1)在 COSMOSWorks 管理器树中，单击位移文件夹旁边的加号。图解1 出现。
(2)双击“图解1”。显示合力位移图解。
11.绘制对等要素应变图解：
(1)在 COSMOSWorks 管理器树中，单击应变文件夹旁边的加号。
图解1 出现。
(2)双击图解1。
显示以下对等应变图解：
12.查看模型的安全系数分布：
(1)单击设计检查文件夹旁边的加号。
图解1 图标出现。
(2)双击图解1。
显示以下图解：
13.绘制零件的关键区域图解：
(1)单击 COSMOSWorks 结果工具工具栏上设计检查向导。设计检查
PropertyManager 出现。
(2)在步骤 1（共 3 步）框中，执行以下操作：
a.设定准则为最大 von Mises 应力。出现对应于所选准则的设计目标。
b.单击下一步。
(3)在步骤 2（共 3 步）框中，执行以下操作：
a.选择应力极限下面的到屈服强度。
注意，这里列出了零件材料的弹性属性以及最大 von Mises 应力。
b.单击下一步。
(4)在步骤 4（共 5 步）框内，单击安全系数以下的区域并确保值框内出现 1。
列表框中列出了根据选定准则的模型最小安全系数。
(5)单击确定,关闭设计检查 PropertyManager。
安全系数低于 1 的区域（不安全区域）显示为红色。安全系数较大的区域（安全区域）显示为蓝色。
要更好的观阅模型关键区域，您可能需要隐藏约束和压力符号。用右键单击载荷/约束，然后选择隐藏所有。双击设计检查下的图解2再次显示安全系数图解。
（二）形状优化
悬臂托架按如图方式进行支撑和施加载荷。根据功能要求，托架的外部尺寸不能变化。中心切除大小由 D11@Sketch1、D12@Sketch1 和 D13@Sketch1 控制。这些尺寸可以在一定的范围内变化。
通过以下条件减小悬臂托架的体积：
(1)von Mises 应力不得超过特定值。
(2)最大位移不得超过特定值。
1.打开零件“Optimization.SLDPRT”
2.生成名称为初始研究实体网格静态研究
3.指派材料和应用约束和载荷
(1)从 COSMOS 材料库中为零件指派合金钢材料。
(2)对托架的竖直面应用固定约束。
(3)对托架的水平面沿垂直方向施加均匀 5e6 牛顿/米2压力。
4.网格化模型和运行初始静态研究
要将零件网格化并运行初始静态研究：
(1)在 COSMOSWorks 管理器树中，用右键单击网格图标，然后单击生成。网格
PropertyManager 出现。
(2)单击选项。The 选项对话框出现，并且网格标签打开。
(3)执行下列操作：
a.选择：高、标准、4 点和光滑表面。
b.消除：自动过渡和为实体激活自动成环。
c.单击确定。
(4)选中网格化后运行分析。
(5)单击确定以接受默认整体大小和公差。
5.观阅初始设计的 von Mises 应力和合力位移
要观阅 von Mises 应力：
(1)在 COSMOSWorks 管理器树中，单击应力文件夹旁边的加号。图解1 图标出现。用
右键单击图解1图标并选择显示。
von Mises 应力图解显示在图形区域。
(2)用右键单击图解1，然后选择编辑定义。应力图解 PropertyManager 出现。
(3)在显示框内，设定单位为牛顿/米^2。
(4)清除变形形状复选框。
(5)单击确定。显示以下的 von Mises 应力图解。
欲观阅合力位移：
(1)在 COSMOSWorks 管理器树中，单击位移文件夹旁边的加号。图解1 图标出现。
(2)用右键单击图解1图标并选择显示。合力位移图解显示在图形区域中。
(3)用右键单击图解1，然后选择编辑定义。位移图解 PropertyManager 出现。
(4)在显示框内，设定单位为毫米。清除变形形状复选框。
(5)单击确定。显示合力位移图解。
6.生成优化研究
接下来，将生成优化研究。
要生成优化研究：
(1)在 COSMOSWorks 管理器树中，用右键单击悬臂托架，然后选择研究。
(2)在 PropertyManager 中的名称下输入MinVolume。
(3)在类型下，单击优化，然后单击确定。优化研究使用在目标功能约束定义中
引用研究的网格。
(4)用右键单击MinVolume研究，然后选择属性。
(5)在对话框中，在品质下单击高。
(6)单击确定。
7.定义目标
该优化研究的目标是减小零件的体积。
要定义目标:
(1)单击 COSMOSWorks 优化工具栏上目标。
(2)在 PropertyManager 的目标下：
a.选择最小化。
b.在品质类型中选择体积。
(3)单击确定.在优化研究的目标图标上出现复选符号。
8.定义设计变量
您可以定义可变化的尺寸。
要定义设计变量：
(1)单击 COSMOSWorks 优化工具栏上设计变量。
(2)在图形区域中，选择尺寸D11@Sketch1。
(3)在 PropertyManager 的接线下：
a.设定下界为10。
b.设定上界为25。
c.单击确定.
所选的尺寸出现在设计变量文件夹内。
(4)重复步骤 1-3 以将尺寸 D12@Sketch1 添加到设计变量列表。使用与 D11@Sketch1
相同的上下界。
(5)重复步骤 1-3 以将尺寸 D13@Sketch1 添加到设计变量列表。分别输入 20 和 50
作为下界和上界。
设计变量文件夹列出三个设计变量。
9.定义 von Mises 应力约束
最大 von Mises 应力不应超过 3x108牛顿/米2。
要定义 von Mises 应力约束：
(1)单击 COSMOSWorks 优化工具栏上约束。
(2)在 PropertyManager 中的反应下，选择：
?分析类型为静态。
?设定结果类型为节应力。
?设定VON：von Mises 应力为零部件。
(3)在界限下：
a.选择牛顿/米^2作为单位。
b.输入0作为下界。
c.输入3e8作为上界。
(4)单击确定。
von Mises 应力约束出现在约束文件夹内。
10.定义位移约束
最大合力位移不得超过 0.21 毫米。
要定义位移约束：
(1)用右键单击约束文件夹，然后选择添加。
(2)在 PropertyManager 中的反应下，选择：
a.分析类型为静态。
b.设定位移作为结果类型。
c.设定 URES:合力位移作为零部件。
(3)在界限下：
a.选择毫米作为单位。
b.输入0作为下界。
c.输入0.21作为上界。
(4)单击确定。
位移约束出现在约束文件夹内。
11.运行优化研究
要运行优化研究：
在 COSMOSWorks 管理器树中，用右键单击MinVolume研究图标，并选择运行。
分析开始。完成第一个循环之后，程序更改尺寸并再次运行。经过几个循环之后，出现优化成功消息窗口。单击确定关闭消息窗口。
12.观阅最终设计
要观阅最终设计：
(1)重新使用初始设计。
(2)在 COSMOSWorks 管理器树中，单击设计周期结果文件夹旁边的加号。
(3)双击最终设计。托架的最终设计出现。
(4)要确定 COSMOSWorks 获得优化结果所需的迭代数，右击最终设计并单击细节。设
计周期结果细节列表框出现。对应于最终设计的迭代数为 15。
(5)单击关闭。
13.观阅特定设计周期内的设计
要观阅第四个设计周期内的设计：
(1)单击 COSMOSWorks 优化工具栏上设计周期结果。设计周期结果对话框出现。
(2)设定迭代数为4。
(3)单击确定。显示第四个设计周期内的设计。
14.设计历史图表
要绘制设计变量的历史图表：
(1)单击 COSMOSWorks 优化工具栏上设计历史图表。出现设计历史图表对话框。
15.设定图表参数为设计变量。
(1)选中与初始值正规化。
(2)单击。所有在可用的数据框内列出的设计变量都被移动到图解数据列表框内。
(3)单击确定。显示三个设计变量的图解。
(4)单击以关闭图表窗口。注意程序在设计历史图表文件夹中生成名称为图解2的图标。
16.设计当地趋向图表
要绘制目标与设计变量关系图表：
(1)单击 COSMOSWorks 优化工具栏上设计当地趋向图表。出现设计当地趋向图表对
话框。
(2)在X-轴下，设定设计变量为DV2，对应于D12@Sketch1。
(3)在Y-轴下，单击目标，并验证体积出现在菜单中。
(4)选中与初始值正规化。
(5)单击确定。绘制出目标功能与设计变量 2 关系图解。
17.对最终尺寸进行四舍五入
基于零件制造目的，设计变量应四舍五入到最接近的整数，以便在制造工艺的精度内可以测量。
对于最终的图纸，需要对设计变量进行四舍五入，重建模型，网格化和运行静态研究。
四、思考题
1.有限元分析软件的基本结构包含哪几个部分，以实验中零件的静态应力分析为例，说明
每部分包含的内容。
软件系统简介
发电厂运行仿真分析系统软件系统简介 软件网站：https://www.360docs.net/doc/2419231596.html, 主要邮箱：szy@https://www.360docs.net/doc/2419231596.html, 附属邮箱：emrun@https://www.360docs.net/doc/2419231596.html,
目录 1. 软件版本简介 (1) 1.1 原理版功能 (1) 1.2 定制版功能 (1) 1.3 单机版功能 (1) 1.4 网络版功能 (1) 2. 软件功能简介 (2) 2.1 节能分析功能 (2) 2.2 运行仿真操作 (2) 2.3 故障事故分析 (2) 2.4 试验优化分析 (3) 2.5 设计优化分析 (3) 2.6 运行优化分析 (3) 3. 软件支撑系统 (1) 4. 软件操作简介 (3) 4.1 工况选择／保存功能 (3) 4.2 冻结／解冻/加速 (3) 4.3 外部参数设置功能 (4) 4.4 回退功能 (4) 4.5 事件及报警记录 (4) 4.6 重演功能 (5)
4.7 快存功能 (5) 4.8 故障设置功能 (5) 4.9 各类操作画面示例 (6) 4.10 测试版说明 (10)
1. 软件版本简介 1.1 原理版功能： 原理版软件只对通用类型的电厂生产原理过程进行仿真，在仿真范围及控制室表盘配置及DCS画面上进行简化，适合于现场运行管理人员和节能分析人员对运行过程进行理论分析，主要包括：故障运行分析、经济指标分析和典型技术分析，适用于对电厂机组的初步理论指导和经济核算指导。原理版软件也适合于大专院校热动、热自及电气专业的学生的课程学习。 1.2 定制版功能： 定制版软件只对某一具体电厂的生产过程进行仿真，满足电厂控制室DCS系统的完整操作画面及相关表盘的虚拟配置，建立的各系统数学模型能够真实再现这个电厂生产过程的各种运行工况，在功能、模拟范围和模型逼真上较高，对电厂设计论证、技术改造、经济评定、节能分析及对实际运行数据的跟踪比较程度水平较高。定制版软件主要适用于运行人员岗前培训、运行人员实时数据优化指导。 3. 单机版功能： 单机版软件的所有运行操作及节能分析功能都集成在单台计算机软件内，在独立的该计算机上能够完成仿真及运行的所有操作功能，包括运行操作分析、故障处理分析、经济指标分析等操作功能。 4. 网络版功能： 网络版软件按照不同的运行操作功能对仿真分析系统进行平台设置，可以在同一局域网内将不同的网络节点计算机设置成不同功能的操作员站：如汽机操作员台、锅炉操作员台、电气操作员台、故障设置及经济指标统计平台等。
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）１９－４０２３３－０１ ＣｏｍｐｕｔｅｒＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ＺＨＡＮＧＦｅｎｇ （ＹａｎｔａｉＺｈｉｆｕＥｃｏｎｏｍｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒ，Ｙａｎｔａｉ２６４０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃｏｍｐｕｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｆｉｎ－ｄｅｐｔｈｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅｓｅａｒｃｈ，ｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｂｅｃｏｍｅａｎｅｗｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅ．Ｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｂｕｔａｌｓｏｍａｋｅｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｆａｓｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍ＇ｓｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｒｅｖｅａｌｅｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓａｎｄａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｍｅａｎｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐ－ｍｅｎｔｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｅｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｐｐｌｉｃａ－ｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣｏｍｐｕｔｅｒＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｔｅｐｓ；ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ２３３
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)
控制系统仿真
5.2设222(x,y,z)4y z f x x y z =+++，求函数f 在(0.5,0.5,0.5)附近的最小值。 解： >> fun=inline('x(1)+x(2)^2/(4*x(1))+x(3)^2/x(2)+2/x(3)','x'); >> x0=[0.5,0.5,0.5]; >> [x fval]=fminsearch(fun,x0) x = 0.5000 1.0000 1.0000 fval = 4.0000 → 函数f 在(0.5,0.5,0.5)附近的最小值为：4.0000 6.8求方程组1221x y z x y z x y z ++=??-+=??--=? 的解。 解： >> A=[1 1 1;1 -1 1;2 -1 -1]; >> b=[1;2;1]; >> B=[A,b]; >> rank(A),rank(B) ans = 3 ans = 3 >> X=A\b X = 0.6667 -0.5000 0.8333 → 方程组的解为：0.6667x =，=-0.5000y ，=0.8333z 6.11求函数3()sin t f t e t -=的拉普拉斯变换。 解： >> syms t; >> ft=exp(-3*t)*sin(t); >> Fs=laplace(ft) Fs = 1/((s + 3)^2 + 1) → 函数3()sin t f t e t -=的拉普拉斯变换为：21(s 3)1 ++
7.11单位负反馈系统的开环传递函数为 1000(s)(0.1s 1)(0.001s 1) G s =++ 应用Simulink 仿真系统构建其阶跃响应曲线。 解： 模型仿真图 1 单位阶跃响应曲线图 1 7.7用S 函数创建二阶系统0.20.40.2(t)y y y u =+=，0y y ==，()u t 为单位阶跃信号，使用Simulink 创建和仿真系统的模型。 解： function [sys,x0,str,ts] = sfun1(t,x,u,flag) switch flag, case 0 [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes; case 3 sys=mdlOutputs(t,x,u); case {1,2,4,9} sys=[]; end function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes() sizes=simsizes;
计算机模拟仿真技术在航空航天中的应用
计算机模拟仿真技术在航空航天中的应用 在本文开篇，我先粗略介绍一下计算机仿真模拟技术。 计算机仿真是应用电子计算机对系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的人的思维过程和行为进行动态性比较逼真的模仿。它是一种描述性技术，是一种定量分析方法。通过建立某一过程和某一系统的模式，来描述该过程或该系统，然后用一系列有目的、有条件的计算机仿真实验来刻画系统的特征，从而得出数量指标，为决策者提供有关这一过程或系统得定量分析结果，作为决策的理论依据。（选自百度百科计算机仿真摘要） 仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿。人们利用这样的模型进行试验，从中得到所需的信息，然后帮助人们对现实世界的某一层次的问题做出决策。仿真是一个相对概念，任何逼真的仿真都只能是对真实系统某些属性的逼近。仿真是有层次的，既要针对所欲处理的客观系统的问题，又要针对提出处理者的需求层次，否则很难评价一个仿真系统的优劣。（选自百度百科） 计算机仿真模拟的原理是依靠计算机的迭代运算， 所以这是一门依靠计算机技术所衍生的一门有着实际意 义的学科，它与我们的生活息息相关。计算机仿真模拟技 术在科学技术、军事、国民经济、汽车、电子行业、体育、 交通运输、金融、管理、航空航天方面都有广泛的应用。 它的研究范围小到原子，大到宇宙，可以说在现实生活中 应用极为广泛。 传统的仿真方法是一个迭代过程，即针对实际系 统某一层次的特性（过程），抽象出一个模型，然后假 设态势（输入），进行试验，由试验者判读输出结果和 验证模型，根据判断的情况来修改模型和有关的参数。 如此迭代地进行，直到认为这个模型已满足试验者对 客观系统的某一层次的仿真目的为止。 模型对系统某一层次特性的抽象描述包括：系统的组成；各组成部分之间的静态、动态、逻辑关系；在某些输入条件下系统的输出响应等。根据系统模型状态变量变化的特征，又可把系统模型分为：连续系统模型——状态变量是连续变化的；离散（事件）系统模型——状态变化在离散时间点（一般是不确定的）上发生变化；混合型——上述两种的混合。 随着专门用于仿真的计算机——仿真机的出现，计算机仿真技术日趋成熟，现在已经趋于完善。随计算机技术的飞速发展，在仿真机中也出现了一批很有特色的仿真工作站、小巨机式的仿真机、巨型机式的仿真机。80年代初推出的一些仿真机，SYSTEM10和SYSTEM100就是这类仿真机的代表。 为了建立一个有效的仿真系统，一般都要经历建立模型、仿真实验、数据处理、分析验证等步骤。为了构成一个实用的较大规模的仿真系统，除仿真机外，还需配有控制和显示设备。 本文将主要从航空航天方面对计算机仿真模拟进行探讨。 航空技术是从上世纪60年代前苏联发射第一颗人造卫星开始，人类开始了对太空的探索。
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。
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
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
对汽车控制系统建模与仿真
对汽车控制系统建模与仿真 摘要：PID 控制是生产过程中广泛使用的一种最基本的控制方法，本文分别采用用简单的比例控制法和用PID控制来控制车速，并用MATLAB对系统进行了动态仿真，具有一定的通用性和实用性。 关键词：MATLAB 仿真；比例控制；PID 控制 1 MATLAB和PID概述 MATLAB是matrix和laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 2车辆行驶过程车速的数学模型 对行驶在斜坡上的汽车的车速进行动态研究，可以分析车辆的性能，指导车辆的设计。MATLAB软件下的SIMULILNK模块是功能强大的系统建模和动态仿真的软件，为车辆行驶过程车速控制分析提供了一种有效的手段。 汽车行驶如图7.4.1所示的斜坡上，通过受力分析可知在平行于斜面的方向上有三个力作用于汽车上：发动机的力、空气阻力和重力沿斜面的分量下滑力。
自动控制系统仿真教案
控制系统仿真技术实验指导书 实验课程 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 年月日
实验报告须知 实验的最后一个环节是实验总结与报告，即对实验数据进行整理，绘制波形和图表，分析实验现象，撰写实验报告。每次实验，都要独立完成实验报告。撰写实验报告应持严肃认真、实事求是的科学态度。实验结果与理论有较大出入时，不得随意修改实验数据结果，不得用凑数据的方法来向理论靠拢，而要重新进行一次实验，找出引起较大误差的原因，同时用理论知识来解释这种现象。并作如下具体要求： 1. 认真完成实验报告，报告要用攀枝花学院标准实验报告册，作图要用坐标纸。 2. 报告中的电路图、表格必须用直尺画。绘制电路图要工整、选取合适比例，元件参数标 注要准确、完整。 3. 应在理解的基础上简单扼要的书写实验原理，不提倡大段抄书。 4. 计算要有计算步骤、解题过程，要代具体数据进行计算，不能只写得数。 5. 绘制的曲线图要和实验数据吻合，坐标系要标明单位，各种特性曲线等要经过实验教师 检查，曲线图必须经剪裁大小合适，粘附在实验报告相应位置上。 6. 应结合具体的实验现象和问题进行讨论，不提倡纯理论的讨论，更不要从其它参考资料 中大量抄录。 7. 思考题要有自己理解实验原理后较为详尽的语言表述，可以发挥，有的要画图说明， 不能过于简单，不能照抄。 8. 实验报告的分数与报告的篇幅无关。 9. 实验报告页眉上项目如实验时间、实验台号、指导教师、同组学生等不要漏填。
目录 目录 实验一：MATLAB语言的基本命令实验二：控制系统模型与转换 实验三：Simulink 仿真应用 实验四：控制系统工具箱的使用实验五：磁盘驱动系统综合分析实验六：单级倒立摆控制仿真设计
仿真技术的应用
仿真技术的应用 仿真技术作为一门新兴的应用技术在许多重要领域中发挥了作用。灭火作战指挥仿真培训和用仿真技术研究、分析、制定灭火作战预案，对于培训具有现代化灭火作战素质的指战员，提高灭火效率具有极为重要的意义。目前，适合消防领域的仿真系统在世界范围内还是空白，我国应结合国情集中相应的人力、物力和财力，开展此类研究。 超薄型消火栓箱与旋转型室内消火栓 随着建筑物结构墙体越做越薄，安装在墙体上的消火栓箱也应随之减薄，而目前市场上的消火栓箱箱体普遍较厚，已不能满足设计、安装需要，也与现代室内装饰不协调，有碍观瞻。《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称《高规》)GB50045中7.4.6.4条规定：“消火栓栓口离地面高度宜为1.1m，栓口出水方向宜向下或与设置消火栓的墙面相垂直。”按照这一规定，消火栓一般有两种安装方式：侧进口安装和底进口安装。在侧进口与底进口两种安装方式中，消火栓在箱体内安装高度不一样，侧进口安装消火栓中心距箱体底板距离不能小于350mm(见国家建筑标准设计图集99S202《室内消火栓安装》部分)，否则水带易产生死褶，影响水流正常通过。若要符合《高规》“消火栓栓口离地面高度宜为1.1m，”这个要求，只有改变箱体的安装高度。在同一建筑物内，消火栓箱高低参差不齐，比较凌乱。由于栓口出水方向向下，连接水带不方便，水带易脱落。《高规》GB50045的条文说明7.4.6条规定：“消火栓的出水方向应便于操作，并创造较好的水力条件，故规定消火栓出水方向宜与设置消火栓的墙面成90度角。”从操作方便，减小水流阻力这两方面看，《高规》还是希望消火栓安装采用底进口方式。 消火栓箱的厚度主要决定于消火栓的安装，消火栓与管路连接，一般采用螺纹连接，管路与箱体后背板之间要留有足够的间隙，便于消火栓回转安装，从进水管中心到箱体背板距离，一般要100mm左右。如果采用侧进口安装，进水管中心到箱门的距离，与消火栓手轮半径相等就可以了，如果采用底进口安装，因消火栓出水口凸出栓体，比消火栓手轮半径尺寸要大，所以箱体还要厚些。 由以上分析可知，如果实现消火栓箱厚度减薄，又要保证消火栓便于安装使用，只有使消火栓具有旋转功能。 旋转型消火栓，是消火栓的连接底座可以相对栓体转动，也就是说消火栓底座相当于一个活接头，在安装消火栓时，只需旋转底座，而不必使消火栓体在箱内旋转，减少了消火栓与箱背面之间的距离。不用时可将消火栓出水口转向侧面，使用时消火栓出水口向外转动，方便水带连接，或随水带牵引方向转动，避免水带产生死褶，水流顺畅通过。这样消火栓箱体可以减薄至140～160mm，大大减小了箱体厚度。由于消火栓出水口可以在水平360°任意转动，箱体可以做成前后开门，在墙面的任意一侧都能方便地连接水带，消火栓辐射面积扩大，减少栓箱的设置数量。 对于旋转型消火栓，旋转部位的密封性和转动部位防锈处理是产品可靠性的关键，北京海淀普惠机电技术开发公司已将这些问题圆满解决。根据消火栓常年处于关闭待用状态，只有在灭火或做周期性例行检查时才打开的特点，把旋转部位设计在阀座外侧，并设有可靠的密封装置。平时消火栓关闭时，与普通消火栓一样，阀瓣与阀座闭合将水流阻断，旋转部位与水流不接触，避免旋转部位的密封装置受到高压水挤迫，产生变形而引起泄漏，延长了消火栓使用寿命。在消火栓打开，栓体内充满水的时候，其旋转部位的密封装置将水隔离，保证旋转部位不会有水渗入。因此无论消火栓打开与关闭，其旋转部位都是与水隔绝的。为了使栓体转动灵活，减小转动力矩，在旋转部位增加了滑动机构，该机构安装在密封装置后端，不会接触到水，在较高的水压作用下，也能轻松转动。旋转消火栓的旋转部位全部采用不锈钢材料，有效保证该产品常年不用情况下不会产生锈蚀。 北京海淀普惠机电技术开发公司已研制出旋转型室内减压稳压消火栓和旋转型室内消火
哈工大 计算机仿真技术实验报告 仿真实验四基于Simulink控制系统仿真与综合设计
基于Simulink 控制系统仿真与综合设计 一、实验目的 (1) 熟悉Simulink 的工作环境及其功能模块库； (2) 掌握Simulink 的系统建模和仿真方法； (3) 掌握Simulink 仿真数据的输出方法与数据处理； (4) 掌握利用Simulink 进行控制系统的时域仿真分析与综合设计方法； (5) 掌握利用 Simulink 对控制系统的时域与频域性能指标分析方法。 二、实验内容 图2.1为单位负反馈系统。分别求出当输入信号为阶跃函数信号)(1)(t t r =、斜坡函数信号t t r =)(和抛物线函数信号2/)(2t t r =时，系统输出响应)(t y 及误差信号)(t e 曲线。若要求系统动态性能指标满足如下条件：a) 动态过程响应时间s t s 5.2≤；b) 动态过程响应上升时间s t p 1≤；c) 系统最大超调量%10≤p σ。按图1.2所示系统设计PID 调节器参数。 图2.1 单位反馈控制系统框图
图2.2 综合设计控制系统框图 三、实验要求 (1) 采用Simulink系统建模与系统仿真方法，完成仿真实验； (2) 利用Simulink中的Scope模块观察仿真结果，并从中分析系统时域性能指标（系统阶跃响应过渡过程时间，系统响应上升时间，系统响应振荡次数，系统最大超调量和系统稳态误差）； (3) 利用Simulink中Signal Constraint模块对图2.2系统的PID参数进行综合设计，以确定其参数； (4) 对系统综合设计前后的主要性能指标进行对比分析，并给出PID参数的改变对闭环系统性能指标的影响。 四、实验步骤与方法 4.1时域仿真分析实验步骤与方法 在Simulink仿真环境中，打开simulink库，找出相应的单元部件模型，并拖至打开的模型窗口中，构造自己需要的仿真模型。根据图2.1 所示的单位反馈控制系统框图建立其仿真模型，并对各个单元部件模型的参数进行设定。所做出的仿真电路图如图4.1.1所示。
运动仿真技术经验
精心整理 一SW 运动仿真 1.简介 二十世纪八十年代以来，设计工程中首次使用计算机辅助工程（CAE ）方法后，有限元分析（FEA ）就成了最先被广泛采用的模拟工具。多年来，该工具帮助设计者在研究新产品的结构性能时节约了大量时间。 由于机械产品日渐复杂，不断加剧的竞争加快了新设计方案投入市场的速度。设计者迫切感到必须使模拟超出FEA 的局限范围，除使用FEA 模拟结构性能外，还需要在构建物理原型之前确定新产品的运动学和动力学性能。 用。 2.装配当几何体发生改变时，可在几秒内更新所有结果。图4为急回机构中滑杆和驱动连杆之间的干涉。 图4急回机构中滑杆和驱动连杆之间的干涉 运动模拟可在短时间内对任何复杂程度的机构进行分析，可能包含刚性连接装置、弹簧、阻尼器和接触面组。如雪地车前悬架、健身器、CD 驱动器等的运动。 图5复杂机构的运动仿真 除机构分析外，设计者还可通过将运动轨迹转换成CAD 几何体，将运动模拟用于机构合成。例如，设计一个沿着导轨移动滑杆的凸轮，用运动仿真生成该凸轮的轮廓。首先将所需滑杆位置表达为时间和滑杆在旋转凸轮上移动轨迹的函数，然后将轨迹路径转换为CAD 几何体，以创建凸轮轮廓。 图6滑杆沿导轨移动的位移函数
图7滑杆沿旋转盘移动绘制的凸轮轮廓 设计者还可将运动轨迹用于很多用途，例如，验证工业机器人的运动、测试工具路径以获取选择机器人大小所需的信息，以及确定功率要求。 图8工业机器人在多个位置之间的移动 运动模拟的另外一项重要应用是模拟零部件之间的碰撞和接触，以研究零部件之间可能形成的缝隙，得出机构的精确结果。例如，通过模拟碰撞和接触，可以研究阀提升机构中凸轮和曲线仪（摇杆）之间可能形成的缝隙。 3.将运动仿真与FEA结合 想了解运动仿真和FEA在机构仿真中如何结合使用，首先要了解每种方法的基本假设。 FEA是一种用于结构分析的数字技术，已成为研究结构的主导CAE方法。它可以分析任何固定支撑的弹性物体的行为，此处弹性是指物体可变性。如图8所示托架，在静态载荷作用下会变形， 形。FEA FEA （1 点反作用力和惯性力。在此步骤中，所有机构连接装置均视为刚性实体。图13中的曲线为曲柄转动一周连杆上接点的反作用力。 图13曲柄转动一周连杆上接点的反作用力 （2）.找出与连杆接点上最大反作用力相对应的机构位置。因为施加最大载荷情况下进行的分析将得到连杆所承受的最大应力。如有必要，可选择多个位置进行分析。 图14与连杆上最大反作用力相对应的位置 （3）.将这些反作用力载荷以及惯性载荷从CAD装配体传输到连杆CAD零件模型。 （4）.作用于从装配体分离出来的连杆上的载荷包括接点反作用力和惯性力，如图15所示。
仿真技术在交通运输领域的应用
仿真技术在城市道路交通流上的应用 专业：交通运输091 姓名：张宇楠 学号： 091202026
仿真技术在城市道路交通流上的应用 摘要：道路交通系统仿真是应用系统仿真技术研究交通行为，对交通运动随时间和空间的变化进行跟踪描述的技术。它在道路运输系统及其各组成部分的分析和评价中发挥着重要的作用。针对交通流仿真的热点，构建城市道路微观交通仿真模型框架，阐述模型的建模方法。在此基础上，运用面向对象思想和技术、动态内存管理和实时视景仿真技术开发了城市道路微观交通流仿真原型系统。介绍了该原型系统软件的体系结构及关键技术。 关键词：微观交通流仿真；车辆行为模型；视景仿真 1系统仿真计算机 系统仿真计算机是系统仿真的主要工具和表现形式，其发展水平成为系统仿真能否实现的关键。仿真计算机的发展经历了模拟计算机仿真、混合计算机仿真、实时仿真数字机（通用计算机）、分布交互仿真阶段，其中最后两个阶段是随着信息技术特别是网络技术的发展而逐步发展的。 电子模拟计算机是利用具有各种数学特征的典型电路，组成各种典型的基本运算部件（如加法器、乘法器、积分器）；这些基本运算部件的输入和输出是电压，它们之间可以连接起来以完成更复杂的数学运算。因此用模拟计算机研究仿真一个系统，只要研究这个系统的数学模型即可。电子模拟计算机是一个并行运算的机器，也就是说其所有的运算同时进行，所以又称并行处理器。
一个典型的电子模拟计算机主要由运算部件、开关及无限网络、状态控制部件、排题版、系统设计部件、显示设备及电源组成。运算部件是以高增益、高频响、低噪声、低漂移、深度负反馈的高质量运算放大器为核心，配合不同的外围网络和控制组件，构成不同组建的运算器，包括加/减、乘/除、积分、函数等。 混合模拟计算机是在模拟计算机中加入大量的数字逻辑部件、模拟开关及模拟/数字混合式部件（如数控系数器、数控积分器、数控函数发生器等）的一种计算机。混合模拟机不仅能完成原有模拟机功能，而且具有迭代运算和描述混合系统模型的能力，其中混合模拟机的自动参数、曲线和统计寻优功能是系统研究、系统设计的有力工具。混合计算仿真是由模拟机/混合模拟机、数字机及其接口设备组成的多台大规模计算机系统，其中数字计算机用于执行存储、高精度运算等更高级的任务。 随着计算机技术与信息网络技术的发展，上述两种计算机系统不能适应系统仿真的需要，就产生了目前广泛使用的实时仿真数字机。 2微观交通流仿真 随着计算机科学的飞速发展，交通仿真被越来越多地应用于交通系统分析研究和决策支持中。交通仿真可分为宏观仿真、中观仿真和微观仿真三类。其中，微观交通仿真系统能在单车级上模拟“人-车-路-环境”的相互作用关系，反映交通基础设施、交通管理手段、交通流控制策略等对交通流的影响。因此，微观交通仿真建模和系统开发成为国内外的研究热点。本文在对微观交
控制系统仿真课程设计
控制系统仿真课程设计 （2014级） 题目控制系统仿真课程设计学院 专业 班级 学号 学生姓名 指导教师 完成日期
实验一 交流异步电机动态仿真 一．设计目的 1．了解交流异步电机的原理，组成及各主要单元部件的原理。 2. 设计交流异步电机动态结构系统； 3．掌握交流异步电机调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。 二．设计原理 异步电机工作在额定电压和额定频率下，仿真异步电机在空载启动和加载过程中的转速和电流变化过程。仿真电动机参数如下： 1.85, 2.658,0.2941,0.2898,0.2838s r s r m R R L H L H L H =Ω=Ω===， 2 0.1284Nm s ,2,380,50Hz p N N J n U V f =?===，此外，中间需要计算的参数如下：2 1m s r L L L σ=-， r r r L T R =，22 2 s r r m t r R L R L R L +=，10N m TL =?。αβ坐标系状态方程： 其中，状态变量： 输入变量： 电磁转矩： 2p m p s r s L r d ()d n L n i i T t JL J βααωψψβ=--r m r r s r r d 1d L i t T T ααβαψψωψ=--+r m r r s r r d 1d L i t T T ββαβψψωψ=-++22s s r r m m m s r r s s 2r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ααβαα σψωψ+=+-+22 s s r r m m m s r r s s 2 r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ββαββ σψωψ+=--+[ ] T r r s s X i i αβαβωψψ=[ ] T s s L U u u T αβ=() p m e s s s s r n L T i i L βααβ ψψ=-
系统仿真技术发展现状
系统仿真技术发展现状和趋势 工程系统的仿真，起源于自动控制技术领域。从最初的简单电子、机械系统，逐步发展到今天涵盖机、电、液、热、气、电、磁等各个专业领域，并且在控制器和执行机构两个方向上飞速发展。 控制器的仿真软件，在研究控制策略、控制算法、控制系统的品质方面提供了强大的支持。随着执行机构技术的发展，机、电、液、热、气、磁等驱动技术的进步，以高可靠性、高精度、高反应速度和稳定性为代表的先进特征，将工程系统的执行品质提升到了前所未有的水平。相对控制器本身的发展，凭借新的加工制造技术的支持，执行机构技术的发展更加富于创新和挑战，而对于设计、制造和维护高性能执行机构，以及构建一个包括控制器和执行机构的完整的自动化系统也提出了更高的要求。 AMESIM软件正是能够提供平台级仿真技术的工具。从根据用户需求，提供液压、机械、气动等设计分析到复杂系统的全系统分析，到引领协同仿真技术的发展方向，AMESIM的发展轨迹和方向代表了工程系统仿真技术的发展历程和趋势。 一、系统仿真技术发展的现状 工程系统仿真作为虚拟设计技术的一部分，与控制仿真、视景仿真、结构和流体计算仿真、多物理场以及虚拟布置和装配维修等技术一起，在贯穿产品的设计、制造和运行维护改进乃至退役的全寿命周期技术活动中，发挥着重要的作用，同时也在满足越来越高和越来越复杂的要求。因此，工程系统仿真技术也就迅速地发展到了协同仿真阶段。其主要特征表现为： 1、控制器和被控对象的联合仿真：MATLAB＋AMESIM，可以覆盖整个自动控制系统的全部要求。 2、被控对象的多学科、跨专业的联合仿真：AMESIM＋机构动力学＋CFD＋THERMAL ＋电磁分析 3、实时仿真技术 实时仿真技术是由仿真软件与仿真机等半实物仿真系统联合实现的，通过物理系统的实时模型来测试成型或者硬件控制器。 4、集成进设计平台 现代研发制造单位，尤其是设计研发和制造一体化的大型单位，引进PDM/PLM 系统已经成为信息化建设的潮流。在复杂的数据管理流程中，系统仿真作为CAE 工作的一部分，被要求嵌入流程，与上下游工具配合。 5、超越仿真技术本身 工程师不必是精通数值算法和仿真技术的专家，而只需要关注自己的专业对象，其他大量的模型建立、算法选择和数据前后处理等工作都交给软件自动完成。这一技术特点极大地提高了仿真的效率，降低了系统仿真技术的应用门槛，避免了因为不了解算法造成的仿真失败。 6、构建虚拟产品 在通过建立虚拟产品进行开发和优化过程中，关注以各种特征值为代表的系统性能，实现多方案的快速比较。 二、系统仿真技术的发展趋势 2．1、屏弃单专业的仿真