系统仿真的技术
系统仿真技术在工业领域中的应用
系统仿真技术在工业领域中的应用随着科技的不断进步和工业领域的不断发展，越来越多的企业开始意识到，将仿真技术应用到生产中，可以大大提高生产效率和质量，降低生产成本，进而提升整个企业的竞争力。
其中，系统仿真技术就是一种非常有效的工具。
系统仿真，简单来说，就是使用计算机技术对一个系统进行模拟，从而研究该系统的性能、缺陷和优化方案。
在工业领域中，系统仿真技术被广泛应用于产品设计、工艺分析、生产调度等多个环节。
产品设计是工业领域中最常见的应用场景之一。
在使用系统仿真技术进行产品设计时，我们可以通过建立产品虚拟模型，对其进行性能测试、工艺分析等，从而找出设计缺陷和优化方案。
例如，在汽车设计中，可以通过建立汽车的虚拟模型，对其进行碰撞测试、制动测试等，从而提高汽车的安全性和性能。
另一个广泛应用系统仿真技术的场景是工艺分析。
在工厂的生产线上，每一个工序都是相互关联、相互制约的。
一旦有一个工序出现了问题，就可能会影响整个生产线的效率。
使用系统仿真技术，我们可以建立一个生产线的虚拟模型，从而对每一个工序的效率、产能进行仿真分析，找出瓶颈和优化方案。
生产调度也是系统仿真技术广泛应用的领域之一。
在一家重工企业中，产品种类多、生产线较长，如何合理地安排生产调度，保证产品的准时交付，同时又不浪费物料和人力资源，是一个非常重要的问题。
使用系统仿真技术，我们可以对整个生产过程进行仿真模拟，优化调度方案，从而实现生产效率和质量的最优化。
当然，在应用系统仿真技术时，也需要注意一些问题。
首先，模型建立的准确性和真实性是关键因素。
只有建立出准确、真实的模型，才能得出可靠性高的仿真结果。
其次，仿真结果需要和实际生产数据进行对比和验证。
只有经过验证，才能确定其可信度。
最后，仿真结果只是提供了一种分析工具，最终的决策还需要考虑实际情况、成本和效益等多个因素。
总之，系统仿真技术在工业领域中的应用是非常广泛和重要的。
它可以帮助企业提高生产效率和质量，降低生产成本，进而提升竞争力。
系统仿真技术在工程设计中的应用
系统仿真技术在工程设计中的应用近年来，随着科技的不断进步和工程设计的复杂性不断增加，系统仿真技术在工程设计中的应用变得越来越重要。
系统仿真技术通过模拟真实系统的运行过程，帮助工程师预测和评估设计方案的效果，从而提高设计的准确性和效率。
本文将探讨系统仿真技术在工程设计中的应用，并分析其优势和挑战。
首先，系统仿真技术在工程设计中的应用可以帮助工程师评估设计方案的可行性和效果。
在设计一个复杂的系统时，很难通过纸面计算和实验来准确预测系统的性能和行为。
而通过系统仿真技术，工程师可以建立一个虚拟的系统模型，模拟系统的运行过程，并根据模拟结果来评估设计方案的可行性。
例如，在建筑设计中，工程师可以使用系统仿真技术来模拟建筑物的结构和材料的应力分布，从而评估设计方案的安全性和可靠性。
其次，系统仿真技术在工程设计中的应用可以帮助工程师优化设计方案。
通过系统仿真技术，工程师可以比较不同设计方案的性能差异，并找到最优的设计方案。
例如，在汽车设计中，工程师可以使用系统仿真技术来模拟车辆的动力系统和悬挂系统，从而优化车辆的燃油效率和行驶稳定性。
这种基于仿真的优化设计方法不仅可以提高产品的性能，还可以降低成本和时间成本。
此外，系统仿真技术在工程设计中的应用还可以帮助工程师解决设计中的难题和风险。
在设计一个新型产品或解决一个复杂的技术问题时，工程师往往面临着很多不确定性和风险。
而通过系统仿真技术，工程师可以在虚拟环境中模拟不同的设计方案，预测可能出现的问题，并采取相应的措施来降低风险。
例如，在航空航天领域，工程师可以使用系统仿真技术来模拟飞行器的飞行过程，评估设计方案的安全性和可靠性，从而减少事故的发生概率。
然而，尽管系统仿真技术在工程设计中有很多优势，但也面临一些挑战。
首先，系统仿真技术需要大量的计算资源和时间。
建立一个准确的系统模型和进行大规模的仿真计算需要强大的计算机和算法支持。
此外，系统仿真技术还需要工程师具备专业的仿真技能和经验，才能正确地建立和分析系统模型。
系统仿真技术的研究与应用
系统仿真技术的研究与应用随着科技的不断发展，系统仿真技术已成为了一种重要的工具和手段。
它能够模拟真实世界中的系统，并在虚拟环境中对其进行测试、分析和优化。
因此，系统仿真技术在很多领域都有着广泛的应用和研究。
一、系统仿真技术的研究在系统仿真技术的研究过程中，最重要的是建模。
建模的目的是将真实世界中的系统抽象出来，转化为计算机程序能够理解和处理的形式。
建模需要针对不同的系统进行不同的处理方式，其中最重要的一步就是确定系统的关键因素和变量，以及它们之间的相互关系。
除了建模，系统仿真技术还需要针对不同的应用领域进行专门研究。
例如，在军事仿真领域中，需要针对各种不同的战争场景进行研究，并探究如何通过仿真技术来提高实战中的战术和作战效果。
在工业制造领域中，需要研究如何通过仿真来优化生产流程，提高产品质量和生产效率。
在航空航天领域中，需要研究如何通过仿真来优化飞行器的设计和控制系统，提高飞行器的安全性和性能。
二、系统仿真技术的应用系统仿真技术的应用领域非常广泛，下面就几个典型的应用领域进行简要介绍：1.军事仿真在军事仿真领域中，系统仿真技术是一种非常重要的手段。
它可以帮助军方进行各种战术和战争场景的模拟，提高作战效果。
例如，在实战中，往往需要进行复杂的战略决策和调度，如果能够通过仿真技术来进行虚拟演练和测试，就能够更好地评估各种战术和作战方案的优劣，从而更好地指导实战。
2.工业制造在工业制造领域中，系统仿真技术可以帮助企业优化生产流程，提高产品质量和生产效率。
例如，在生产汽车零部件时，可以通过仿真来模拟零部件的生产流程，找出其中的瓶颈和优化点，从而提高整个生产线的效率和质量。
3.航空航天在航空航天领域中，系统仿真技术可以帮助专家优化飞行器的设计和控制系统，提高飞行器的安全性和性能。
例如，在设计新型飞机时，可以通过仿真来模拟飞机的飞行特性和控制系统，找出其中的问题和优化点，从而提高整个飞机的性能。
三、系统仿真技术的挑战与未来虽然系统仿真技术在很多领域都有着广泛的应用和研究，但是它也面临着一些挑战。
交通系统仿真技术
交通系统仿真技术交通系统仿真技术是一种常用于分析交通系统运行情况的工具，它通过模拟交通场景，分析交通流量、路况、车辆行驶等情况，从而提供决策支持和优化方案。
本文将从交通系统仿真技术的基础、应用、优势和不足四个方面进行论述，以期对该技术的认知有更全面的了解。
一、交通系统仿真技术的基础交通系统仿真技术主要包括以下基本元素：1. 地图：地图是交通场景的基本支撑，它包括道路、交叉口、车流、行人、建筑等要素;2. 车辆模型：车辆模型是交通场景中最基本的元素，它包括车辆的转向、加速度、制动力等参数，用于描述车辆的行驶特征;3. 驾驶行为：驾驶行为是指车辆驾驶员的行为模式，包括车辆与车辆之间的跟驰、并线、减速、加速等过程;4. 交通控制：交通控制是指交通信号灯、标志、标线等设施，用于管理和控制车辆行驶。
二、交通系统仿真技术的应用交通系统仿真技术广泛应用于城市交通规划、道路设计、交通流量控制、交通事故预防、公共交通优化等方面。
这里举几个典型的应用场景：1. 交通规划：仿真技术可以提供城市交通开发规划、路网优化等方案，预测各项指标的变化情况，提升交通系统的效率和安全性;2. 道路设计：仿真技术可以通过道路宽度、车道数量、弯道半径等参数调整，设计出更合适的道路，降低交通压力，提高道路通行能力;3. 交通流量控制：仿真技术可以通过对城市道路交通瓶颈、高峰时段、道路拥堵等情况模拟，预测未来交通流量变化，从而及时采取交通管制措施，优化交通流量;4. 交通事故预防：仿真技术可以模拟预测交通事故发生的概率，提供安全行车建议，针对潜在的交通事故危险进行预防;5. 公共交通优化：仿真技术可以通过优化公共交通车网、改善公交车站等方式，优化公共交通系统的出行速度，提高乘客的出行感受。
三、交通系统仿真技术的优势交通系统仿真技术具有以下优点：1. 安全：交通仿真技术可以对交通运行情况进行模拟分析，模拟出各种可能的交通事故，从而提前采取应对措施，降低事故发生风险，提高交通安全性;2. 节约成本：交通仿真技术可以减少现场实验和试验极端情况的成本和工作量，并进行低成本的试验，不会影响实际道路交通;3. 高效：交通仿真技术能够快速构建交通场景和模型，并进行快速评估，加快决策流程，并提高各种工作效率;4. 可视化：交通仿真技术可以将模拟结果以可视化形式展示出来，对于决策者和公众来说更加直观、易于理解。
系统仿真技术简介【最新】
何为仿真？1定义仿真技术是利用计算机并通过建立模型进行科学实验的一门多学科综合性技术。
它是它具有经济、可靠、实用、安全、可多次重用的优点。
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。
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。
2发展历程仿真是一种特别有效的研究手段。
20世纪初仿真技术已得到应用。
例如在实验室中建立水利模型，进行水利学方面的研究。
40～50年代航空、航天和原子能技术的发展推动了仿真技术的进步。
60年代计算机技术的突飞猛进，为仿真技术提供了先进的工具，加速了仿真技术的发展。
利用计算机实现对于系统的仿真研究不仅方便、灵活，而且也是经济的。
因此计算机仿真在仿真技术中占有重要地位。
50年代初，连续系统的仿真研究绝大多数是在模拟计算机上进行的。
50年代中期，人们开始利用数字计算机实现数字仿真。
计算机仿真技术遂向模拟计算机仿真和数字计算机仿真两个方向发展。
在模拟计算机仿真中增加逻辑控制和模拟存储功能之后，又出现了混合模拟计算机仿真，以及把混合模拟计算机和数字计算机联合在一起的混合计算机仿真。
系统仿真技术的介绍(第一章)NEW
系统仿真技术的介绍（第一章）（一）什么是系统仿真系统仿真技术在国内还是一个新事物,大家不难发现,在5年或者10年前,很少会有人谈到仿真技术,学校也没有这门课程,在网络上搜索,相关的资料也是很少。
可是近2~3年,仿真逐步在国内高校内发展起来,也逐渐在一些世界级的大企业、国家重点单位得到了应用，出现了一部分基于仿真的咨询机构，并且一度海外风险投资基金也欲介入这个潜在的市场。
现在国内在物流、供应链、工业工程等相关的网站、论坛上都能找到系统仿真的踪迹，并且也出现了一些比较有名的仿真论坛，主要有itpub的供应链仿真论坛，道于仿真论坛，还有各大仿真软件公司或者代理开设的专门的讨论区，技术支持区，人气也相当火。
姑且不论我们国内论坛的人气旺盛和实际上仿真技术应用比较低靡的巨大反差，至少也可以说这是一个良好的开端。
系统仿真是工业工程中系统工程的一个小分支,在国外已经有50多年的历史[1955，K.D. Tocher]。
尤其在美国,仿真研究已经广泛应用于企业应用，主要被应用于通讯、制造、服务、卫生、物流和军事等，为这些行业的发展提供了巨大的推动作用。
仿真和虚拟现实，有本质的区别，我们经常听到仿真枪，仿真玩具，还有比如工程仿真软件，这些都是和虚拟现实相关的可视化的设计而已。
美国的仿真著名学者Jerry Banks对系统仿真的定义是：“仿真就是实时地对现实世界的流程和系统的运作进行模拟,仿真包含人为地产生系统的“历史”，并通过观察这些“历史”数据来获得它所代表的现实系统的运作的推断。
仿真是解决很多现实世界问题不可获缺的解决工具。
仿真被用来描述和分析系统的行为，提出关于现实系统的what-if的问题，并帮助现实系统的设计。
现存的系统和概念中的系统都可以用仿真来模拟。
”采用系统仿真的方法和传统方法的区别在于仿真属于预测性技术，在不影响实际系统的情况下通过有目的的选取研究的对象，确定研究范围，抽象系统的本质进行一系列策略和参数的模拟。
系统仿真技术在工程领域中的应用
系统仿真技术在工程领域中的应用随着科技的不断发展，系统仿真技术在工程领域中发挥着越来越重要的作用。
系统仿真技术是通过电脑模拟现实世界，以便更好地理解和优化系统的运行。
这种技术被广泛应用于诸多领域，包括军事、工程、医疗等。
工程领域是系统仿真技术发挥的一个重要领域。
利用系统仿真技术，可以更好地了解和优化各种工程系统的运行。
比如在建筑领域中，可以通过系统仿真技术来模拟建筑物的结构，以便更好地评估其安全性和强度。
在工业生产领域中，可以通过系统仿真技术来模拟生产流程，以优化生产效率和降低成本。
在机械工程领域中，系统仿真技术也扮演着重要的角色。
通过建立物理模型和数学模型，可以精确地模拟机械系统的运行。
比如，在设计飞机时，可以使用系统仿真技术来模拟飞机各个部分的运动情况，以便更好地评估其稳定性和性能。
在汽车工程领域中，系统仿真技术也同样重要。
汽车是一个高度集成的系统，包括发动机、传动系统、制动系统等。
通过系统仿真技术，可以模拟各个部分的运行情况，并测试其性能和可靠性。
这有助于设计更加高效的汽车系统，提高汽车的性能和安全性。
除了以上这些应用领域，系统仿真技术还广泛应用于故障诊断、预测分析、性能优化等方面。
通过模拟各种可能的情况，可以更好地了解系统的运行特性，并在需要时进行调整和优化。
这有助于提高系统的可靠性和性能，降低维护成本。
需要指出的是，系统仿真技术虽然非常有用，但其应用也有一定的限制和风险。
首先，系统仿真技术的准确性和可靠性取决于模型的精度和数据的准确性。
如果模型不够精确，或数据不够准确，那么所得到的结果就会有误差。
另外，系统仿真技术也需要强大的计算设备和算法支持，否则会影响其效率和精度。
总之，系统仿真技术在工程领域中的应用是非常广泛的。
通过模拟各种可能的情况，可以更好地了解系统的运行情况，并在需要时进行优化和调整。
这有助于提高系统的可靠性和性能，降低维护成本。
当然，我们也需要认识到系统仿真技术的局限性和风险，以便更好地利用此技术，服务于我们的设计和生产。
系统仿真技术教学大纲+考试大纲
系统仿真技术教学大纲一、课程简介1.1 课程名称：系统仿真技术1.2 学分：3学分1.3 先修课程：无1.4 课程类型：必修课二、教学目标2.1 理论目标：- 了解系统仿真技术的基本概念和原理- 掌握系统仿真建模的方法与技巧- 熟悉系统仿真软件的使用2.2 技能目标：- 能够应用系统仿真技术解决实际问题- 具备系统仿真实验的设计和分析能力- 能够进行系统仿真结果的可视化展示和报告撰写三、教学内容3.1 系统仿真技术概述- 系统仿真技术的发展背景和应用领域- 系统仿真技术的定义和分类- 系统仿真技术在工程领域中的重要性和作用3.2 系统建模与仿真- 系统建模的基本原理和方法- 离散事件仿真和连续仿真的比较与选择- 系统建模中常用的数学模型和统计方法3.3 系统仿真软件- 常用的系统仿真软件介绍和比较- 系统仿真软件的基本操作和功能- 使用系统仿真软件进行实际案例分析3.4 系统仿真实验设计与分析- 系统仿真实验的目标和方法- 系统仿真实验的设计和参数设置- 分析系统仿真实验结果和优化方法四、教学方法4.1 理论课程- 教师讲授课程中的基本概念、原理和方法- 学生通过阅读相关教材和文献进行自学和讨论 - 教师指导学生进行系统仿真建模和实验设计4.2 实践课程- 学生使用系统仿真软件进行实际仿真操作- 学生独立完成系统仿真实验和结果分析- 学生进行实验结果的报告撰写和展示五、教材与参考书目5.1 教材：- 《系统仿真技术导论》作者：张三，出版社：XX出版社5.2 参考书目：- 《系统仿真理论与技术》作者：李四，出版社：XX出版社 - 《系统仿真软件与应用》作者：王五，出版社：XX出版社六、考核方式6.1 平时成绩：包括课堂讨论和实验报告等6.2 期末考核：闭卷考试，占课程总成绩的70%6.3 实验成绩：学生使用系统仿真软件进行的实验和实验报告，占课程总成绩的30%七、教学进度安排7.1 第1周：系统仿真技术概述7.2 第2周：系统建模与仿真7.3 第3周：系统仿真软件介绍7.4 第4周：系统仿真实验设计与分析7.5 第5周：复习与总结八、其他事项8.1 学生应自觉遵守学术道德和实验室安全规定8.2 学生可根据自身兴趣和实际需求，选择具体的系统仿真案例进行研究和实验8.3 学生对系统仿真技术及其应用领域进行深入了解和研究，可作为研究课题或未来的就业方向考试大纲一、考试形式1.1 闭卷考试1.2 考试时间：120分钟二、蓝本内容2.1 系统仿真技术概述- 系统仿真技术的基本概念和应用领域（20分）- 系统仿真技术在工程领域中的作用和意义（30分）2.2 系统建模与仿真- 系统建模的基本原理和方法（20分）- 离散事件仿真和连续仿真的比较与选择（30分）2.3 系统仿真软件- 系统仿真软件的基本操作和功能（30分）- 使用系统仿真软件进行实际案例分析（20分）2.4 系统仿真实验设计与分析- 系统仿真实验的设计和参数设置（20分）- 分析系统仿真实验结果和优化方法（30分）三、参考书目- 《系统仿真技术导论》- 《系统仿真理论与技术》- 《系统仿真软件与应用》四、注意事项4.1 考试过程中禁止交流和抄袭4.2 考试结束后，将试卷和答案整齐放在桌面上，离开考场时禁止携带任何试卷或草稿纸等物品以上为系统仿真技术教学大纲和考试大纲的详细内容，希望能够为学生提供系统学习系统仿真技术的指导和评估依据。
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( ux ) ( u y ) ( uz ) 三个方向流入流出的差 ( )dxdydz x y z
微元内的累积量
整理的：
dxdydz t
( ux ) ( u y ) ( uz ) 0 t x y z
第三节 数值求解 —— 仿真（模拟）过程
注意计算效率
B ln P A T C
饱和蒸汽压方程
多元回归 —— 黑箱子
y1 f1 (u1, u2 , un )
y2 f 2 (u1 , u2 , un ) ym f m (u1 , u2 , un )
多元线性回归：
保证精度： 分段拟合
y1 a0 a1u1 a2 u2 an un
常规模拟方法：有限差分方法、有限元法、数值积分方法…… 基本方法：
1）描述对象 —— 偏微分方程（物理对象数学建模） • 线性方程 —— 非线性方程
• 时间不相关 —— 稳态
2）求解格式的生成
时间相关 —— 动态
• 差分法 —— 微分； 有限元、数值积分 —— 积分 • 差分（组） ——微分； 微分方程（组） ——代数方程 差分方法：向前差分；向后差分；中心差分
系统仿真技术
崔国民
热工程研究所
仿真技术是二十一世纪最关键技术之一！
第一节 系统仿真的概念及其意义
1、系统仿。 * 不是实际系统 * 离不开系统
关系：物理系统、数学模型、仿真系统三者的关系
相似原理 物理仿真 建模 数学模型 仿真
仿真对象
自然的
人工的
存在的
未来的
2 仿真的意义
大型工业系统的实验研究 计划和设计的中间实验 不允许的 没有的
预测性： 超时空运行效应 特殊实验： 超极限，破坏性，事故
无法实现的
不可能的
节省原材料，节能，人力等 系统优化、改进
仿真软件形式，利于传播 发现规律或科学研究
Xin dy dx z dz
( u y ) ( u y ) u y dxdz u y dy dxdz dxdydz y y
Z方向：
x
uz dxdy uz
( uz ) ( uz ) dz dxdy dxdydz z z
F1 F2 ( F3 F4 F5 ) 0
in
水箱系统
能量、质量通用守恒方程：
Wi out W j 0 i 1, n t j 1,m t
代数方程组
动态建模
动态
守恒方程：
变化
dA dt
微分方程
dM F1 F2 F3 F4 F5 dt
M r H
dN NJ E1 E2 E3 dt
偏微分方程法
优点： 偏导数反映了空间特性——更全面的信息——分布参数模型； 稳态、动态系统均可描述。 方法：划分微元体 流入的流率—流出的流率=微元累计速度
X方向：
y Xout （x,y,z）
ux dydz ux
Y方向：
( ux ) ( ux ) dx dydz dxdydz x x
反应平衡
实现效果如何
工艺设计与控制的协调性
联锁保护或自动过程的可行性实验 DCS组态方案可行性 工艺、自控技术改造方案的可行性
动态仿真设计：采用 动态仿真技术进行设 计、可行性分析、实 验。
辅助生产
生产优化可行性实验 装置开、停车方案论证 复杂控制系统方案论证
调优公司
联锁开车功能、快门记忆
控制节能、控制调优
2）网格划分 —— 形状（当地坐标下的方便网格形状）；
（时间步长） 密度（物理量变化剧烈的区域）；
网格的排序及其连接关系。
3）迭代初值 —— 影响求解速度；
影响求解的稳定性； 根据基本推测和变量之间的粗略关系给出。
4）数学模型的程序实现
程序的编制效率 程序的运行效率
迭代求解
5）结果输出及后处理
文本式输出、表格式输出、图形式输出
直接微分法
原理：对稳态关系直接进行微分处理
近似为 动态变量关系 问题：罐内压力变化规律 稳态变量关系 F1
F2
P V T
F3
条件： 变量变化不是很剧烈 忽略次要因素 压力不是很高，温度不是很低
理想气体： 直接微分：
空压机出口缓冲罐
PV mRT
dP RT ( F1 F2 F3 ) dt V
2
dH 1 2 F1 F2 F3 F4 F5 dt r
能量、质量通用守恒方程：
dW dt i 1 t j 1 t
i
in W
outW j
2 系统建模的方法
稳态建模方法
初等几何法 对象
a
b
系统设备的面积或体积等几何量
S a b
ab S H 2
利于表明变量变化规律以及变量之间的关系
6）分析 —— 发现规律；发现问题；提出改进意见；得到结论…….
非常规方法 —— DSMC 方法介绍
dP dm RT dt dt V
dm F1 F2 F3 dt
原理推导法
原理：根据系统内部关系进行推导
三传一反 三传：能量，动量，质量 一反：化学反应 问题：转速变化规律 动能：
dA E1 E2 E3 dt
1 A JN 2 2
燃气轮机发电装置
1 d(N 2) J E1 E 2 E3 2 dt
经济性 预见、研发 普及性 科研价值
3 仿真系统的实际应用
辅助训练、人员培训
大型仿真系统 仿真工厂
辅助设计
稳态仿真 动态仿真
稳态仿真
代数方程组
能不能实现
物性计算 质量守恒 能量守恒 两相平衡
各种物质物理化学性质计算 单元设备及系统物料衡算 单元设备及系统能量衡算 气液平衡计算 化学反应动力学计算 动态仿真 开车可行性实验 停车可行性实验 各种扰动下的整体适应性和稳定性 自控系统可行性分析及实验 微分方程组
善于合作 人马齐备
解决办法
面向实际
意志坚定
第二节 系统仿真建模
1 稳态与动态建模的原理
对 象
物理、化学 变化系统
质量 能量 动量 气液两相 成份 传递、扩散 传递、转换 传递 转化 反应
行 为
运动是绝对的 静止是相对的
稳态建模 稳态条件：进水=出水 H不变——动态平衡——稳态 H——静止
守恒方程：
常规控制
先进控制
优化控制
管控一体化
事故方案和紧急救灾方案实验——随机事故
辅助研究
计算流体力学(CFD) 分子仿真（MD）（DSMC）
4 系统仿真的实现
数学建模及求解
经验不足，对系统理解片面
基础理论
有些无法解决
实现难点
测试手段限制、数据源不全
数学方法不当、不稳定
建模和求解效率低
代数不收敛、微分振荡 形成的是过时技术
S 4r
S rL
2
4 3 V r 3 1 2 V r H
3
代数法
系统变量间的稳态关系
1、一元回归 2、初等函数法
3、多元回归 单变量关系 非线性关系
多变量关系
y f ( x)
y a0 a1 x a2 x 2 an x n
y a0 x (a1 x (a2 x (a3 a4 x )))
物理系统
仿真系统
分类
实现上
物理仿真 数学仿真 混合仿真 数字仿真
缩小的实物模型 仿真计算机
相似原理+模拟计算
电子计算机 功能强，精度高,
串行——难实时
模拟运算器 功能弱，精度低 并行——实时 电子计算机+模拟运算器， 兼具二者优点
算法上 模拟仿真
混合仿真
实时仿真
时效上 亚时仿真 超时仿真
同步 欠同步、落后 超前，时间缩短
动态建模方法
微分方程——变量变化率
a0 y (t ) a1 y
对象特征
( n)
( n1)
(t ) an y(t ) u(t ) (t ) an1 y
非线性的
线性的
移不变的
时变的
常微分方程 方程特征 偏微分方程
一元时间变化
集总参数模型
多元时空变化
分布参数模型
• 显示格式 隐式格式
3）求代数方程组
线性代数方程组
非线性代数方程组
线性：高斯消去法、逆矩阵法、单纯形法 … … 非线性：线性化方法 迭代法 松弛技术： 一般迭代法 牛顿迭代法 拟牛顿法 ………
计算效率； 收敛特性 程序实现：
1）区域分解 —— 几何形状（时间步长） 系统坐标
当地坐标； 精度要求 （不同区域要求的分辨精度不同）。