CS_0計(jì)算機(jī)仿真導(dǎo)論

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性科研工作的基本方法基本方法學(xué)習(xí)本課程的目的與方法目的與方法相似原理相似原理及其應(yīng)用模型模型及其建立科研工作的科研工作的基本方法基本方法解析法解析法： 運(yùn)用已掌握的理論知識(shí)，對(duì)所研究的對(duì)象進(jìn)行理論方面的分析、計(jì)算及綜合。最佳路徑問題龐得里亞金極大值原理工程最優(yōu)問題科研工作的科研工作的基本方法基本方法解析法解析法：工程動(dòng)力學(xué)問題 F=ma一階倒立擺科研工作的科研工作的基本方法基本方法解析法解析法：Routh判據(jù)英國(guó)E.J.Routh建立（Routh-Hurwitz Stability Criteria）（1875年） 科研工作的科研工作的基本方法基本方法2

2、實(shí)驗(yàn)法：實(shí)驗(yàn)法：在所建立的實(shí)際系統(tǒng)（或模型）上，利用各種儀器儀表，通過施加一定類型的激勵(lì)信號(hào)，測(cè)取系統(tǒng)響應(yīng)來確定系統(tǒng)的性能。幾個(gè)弊端科研工作的科研工作的基本方法基本方法2實(shí)驗(yàn)法：實(shí)驗(yàn)法：實(shí)際系統(tǒng)科研工作的科研工作的基本方法基本方法2實(shí)驗(yàn)法：實(shí)驗(yàn)法：系統(tǒng)模型+ +- -+ +- -dUdIMndnuFxFxM路面+ + +- - -( )U t( )i tLR( )cU tC1hhq1qty22( )d xdxabcxy tdtdtcuuxyxhq科研工作的科研工作的基本方法基本方法3仿真實(shí)驗(yàn)法：仿真實(shí)驗(yàn)法：在模型上（物理的/數(shù)學(xué)的）所進(jìn)行的系統(tǒng)性能分析與研究的方法。遵循的基本原則是相似原理。科

3、研工作的科研工作的基本方法基本方法3仿真實(shí)驗(yàn)法：仿真實(shí)驗(yàn)法：數(shù)學(xué)模型3112321311223222233333112332323322()sinsin1()cossincos(sin)1(2sin)xfDxfxxxMxfDxxxxfx xgxxmMMxxfDxfxxxxx xgxxMmx 吊車擺動(dòng)科研工作的科研工作的基本方法基本方法3仿真實(shí)驗(yàn)法：仿真實(shí)驗(yàn)法：虛擬模型科研工作的科研工作的基本方法基本方法3仿真實(shí)驗(yàn)法：仿真實(shí)驗(yàn)法：實(shí)物模型科研工作的科研工作的基本方法基本方法3仿真實(shí)驗(yàn)法：仿真實(shí)驗(yàn)法：仿真實(shí)驗(yàn)性能比較：數(shù)學(xué)模型虛擬模型實(shí)物模型實(shí)物原型仿真精度低高科研工作的科研工作的基本方法基本方法

4、3仿真實(shí)驗(yàn)法：仿真實(shí)驗(yàn)法：工程應(yīng)用：飛行器設(shè)計(jì)的三級(jí)仿真體系科研工作的科研工作的基本方法基本方法4混合法：混合法： 解析法+實(shí)驗(yàn)法工程實(shí)例：水輪發(fā)電機(jī)組科研工作的科研工作的基本方法基本方法4混合法：混合法：gtMMdtdIttQHM流體力學(xué)：層流/紊流000000PaPHPQQaQHQPPPPPHQeeHe QHQQQQQHPeeHePHP我們要確定的“六系數(shù)”（偏導(dǎo)數(shù)）工程實(shí)例：水輪發(fā)電機(jī)組科研工作的科研工作的基本方法基本方法4 混合法：混合法：工程實(shí)例：水輪發(fā)電機(jī)組科研工作的科研工作的基本方法基本方法5猜想法：猜想法：又稱為“假想法”，通過人們對(duì)所研究問題的“直覺”，提出“可能的”結(jié)果/結(jié)

5、論，利用“反演/推理/證明”的方法進(jìn)行“創(chuàng)造性”的研究和發(fā)現(xiàn)?？蒲泄ぷ鞯目蒲泄ぷ鞯幕痉椒ɑ痉椒?猜想法：猜想法：哥德巴赫猜想相對(duì)論假說電磁波設(shè)想科研工作的科研工作的基本方法基本方法5猜想法：猜想法：宇宙大爆炸理論主要內(nèi)容主要內(nèi)容仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性科研工作的基本方法基本方法學(xué)習(xí)本課程的目的與方法目的與方法相似原理相似原理及其應(yīng)用模型模型及其建立相似性原理相似性原理及應(yīng)用及應(yīng)用仿真實(shí)驗(yàn)所遵循的基本原則仿真實(shí)驗(yàn)所遵循的基本原則原理原理科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用的橋梁科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用的橋梁1、幾何相似 2、環(huán)境相似 3、性能相似 4、思維相似 5、生理相似相似性原理相似性原理及應(yīng)用及應(yīng)用1、幾何

6、相似、幾何相似船舶實(shí)物仿真相似性原理相似性原理及應(yīng)用及應(yīng)用2、環(huán)境相似、環(huán)境相似船舶駕駛培訓(xùn)仿真系統(tǒng)相似性原理相似性原理及應(yīng)用及應(yīng)用3、性能相似、性能相似+ +- -+ +- -dUdIMndnuFxFxM路面+ + +- - -( )U t( )i tLR( )cU tC1hhq1qty22( )d xdxabcxy tdtdtcuuxyxhqRLC電路二階系統(tǒng)汽車減震系統(tǒng)水箱液位控制系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)相似性原理相似性原理及應(yīng)用及應(yīng)用相似定理：相似定理：相似第一定理：相似第一定理：彼此相似的現(xiàn)象必定具有數(shù)值相同的相似準(zhǔn)則。第一定理:第二定理:第三定理:例：粘性不可壓縮流體的穩(wěn)定等溫流

7、動(dòng)問題；22wlPglww常數(shù)常數(shù)常數(shù)主要內(nèi)容主要內(nèi)容仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性科研工作的基本方法基本方法學(xué)習(xí)本課程的目的與方法目的與方法相似原理相似原理及其應(yīng)用模型模型及其建立模型模型及其建立及其建立模型的重要性模型的重要性勾股定理模型模型及其建立及其建立模型的重要性模型的重要性電磁場(chǎng)理論渦旋磁場(chǎng)位移電流赫茲模型模型及其建立及其建立模型的重要性模型的重要性1、把世間的現(xiàn)象/問題上升到“數(shù)學(xué)抽象/數(shù)學(xué)模型”的理論高度是現(xiàn)代科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)。2、“實(shí)驗(yàn)、歸納、推演”是建立系統(tǒng)“數(shù)學(xué)模型”的重要手段/方法/途徑。3、“數(shù)學(xué)模型”是人們對(duì)自然世界的一種抽象理解，它與自然世界/現(xiàn)象/問題具有“

8、性能相似”的特點(diǎn)。模型模型及其建立及其建立建模三要素：目的，方法，驗(yàn)證建模三要素：目的，方法，驗(yàn)證1.目的要明確飛行器目的2飛行器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度目的1飛行器的動(dòng)態(tài)性能流體力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)方法1方法2模型模型及其建立及其建立建模三要素：目的，方法，驗(yàn)證建模三要素：目的，方法，驗(yàn)證2.方法要恰當(dāng)（1）邏輯推理方法：歸納、推演、類比、移植（2）機(jī)理建模法: 白箱問題（3）實(shí)驗(yàn)建模法：黑箱問題（4）綜合建模法：機(jī)理+實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍Ｐ图捌浣⒓捌浣⒔Ｈ兀耗康模椒?，?yàn)證建模三要素：目的，方法，驗(yàn)證3.結(jié)果要驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型必要條件實(shí)物模型充要條件實(shí)際應(yīng)用結(jié)果檢驗(yàn)?zāi)Ｐ湍Ｐ图捌浣⒓捌浣⒔＿^程建模過程主要內(nèi)容主

9、要內(nèi)容仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性科研工作的基本方法基本方法學(xué)習(xí)本課程的目的與方法目的與方法相似原理相似原理及其應(yīng)用模型模型及其建立仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用 控制系統(tǒng)CAD 機(jī)械系統(tǒng)CAD仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)CAD固有特性分析Bode DiagramFrequency (rad/sec)Magnitude (dB)-50-40-30-20-1001010-1100101102T (S)2T (S)1L=1.1mL=1.0mL=0.9mT (S)1T (S)1L=1.0mRoot LocusReal AxisImag Axis

10、-6-5-4-3-2-10-3-2-10123Root Locus-10-50510-2.5-2-1.5-1-0.500.5Real AxisImag Axis仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)CAD閉環(huán)控制性能分析直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)CAD閉環(huán)控制性能分析00.140.280.420.560.7-4-20246ASR輸出/V00.140.280.420.560.70400800120016002000t/s轉(zhuǎn)速n/r/minASR輸 出轉(zhuǎn) 速00.140.280.420.560.7-10-26142230電動(dòng)機(jī)電流

11、/A00.140.280.420.560.70400800120016002000t/s轉(zhuǎn)速n/r/min電 動(dòng) 機(jī) 電 流轉(zhuǎn) 速=5.3%=21.3%-10-4281420電動(dòng)機(jī)電流Id/A0123450 400 800 120016002000t/s轉(zhuǎn)速n/r/min1A13A轉(zhuǎn) 速電 動(dòng) 機(jī) 電 流仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)CAD球棒系統(tǒng)仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）虛擬樣機(jī)：1仿真實(shí)驗(yàn)的高級(jí)形式2可視化/真實(shí)性3有助于人們的創(chuàng)造與想象力的發(fā)揮仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用虛擬現(xiàn)

12、實(shí)（VR）虛擬樣機(jī)：仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）感知設(shè)備：表現(xiàn)裝置：三大特征：仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）感知設(shè)備：仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）表現(xiàn)裝置：仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）三大特征：仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用虛擬樣機(jī)：虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)虛擬制造虛擬環(huán)境仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用虛擬樣機(jī)：虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)仿真

13、技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用虛擬樣機(jī)：虛擬制造仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用虛擬樣機(jī)：虛擬環(huán)境勇氣號(hào)火星車仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用虛擬環(huán)境仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用虛擬樣機(jī)仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用工程應(yīng)用：1 車輛肇事仿真 2飛行器設(shè)計(jì) 3 聯(lián)合仿真 4 軍事工程仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用工程應(yīng)用：1車輛肇事仿真仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用

14、工程應(yīng)用：2飛行器設(shè)計(jì)仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用工程應(yīng)用：3聯(lián)合仿真仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用工程應(yīng)用：4軍事工程仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用常用的工具軟件ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)1 美國(guó)MDI/MSC公司2 50市場(chǎng)份額3 運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)/機(jī)電一體化4 網(wǎng)址： 。仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用常用的工具軟件PSPICE（模擬電路CAD軟件）1電子電路仿真軟件2

15、ORCAD公司的商業(yè)化EDA軟件 3直流/交流電路、瞬態(tài)特性優(yōu)化設(shè)計(jì)、數(shù)字模擬混合電路、電路繪圖仿真一體化4網(wǎng)址：。仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用常用的工具軟件SABER（電氣、模擬、混合信號(hào)仿真軟件）1圖形化界面2穩(wěn)態(tài)、時(shí)域、頻域、可靠性3應(yīng)用于電源、電力電子、電氣、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)4網(wǎng)址：www.jialing- Gibon提出了“虛擬現(xiàn)實(shí)”的概念，為仿真技術(shù)的應(yīng)用指出了新的發(fā)展方向；10、1985年，美國(guó)推出性能更加強(qiáng)大AD100數(shù)字/模擬混合計(jì)算機(jī)（可用于洲際導(dǎo)彈/多目標(biāo)飛行器實(shí)時(shí)仿真）；11、1989年，美國(guó)評(píng)出了科技領(lǐng)域近25年間最杰出的十項(xiàng)技術(shù)成果

16、，將CAD/CAM技術(shù)列為第四項(xiàng)，被稱為“推動(dòng)了幾乎所有設(shè)計(jì)領(lǐng)域的革命”；12、1992年，美國(guó)政府提出的22項(xiàng)國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)中，仿真技術(shù)被列為第16項(xiàng)；在21項(xiàng)國(guó)防關(guān)鍵技術(shù)中，仿真技術(shù)被列為第6項(xiàng)；仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的發(fā)展仿真技術(shù)的發(fā)展發(fā)展歷程：13、1993年，中國(guó)“銀河仿真型機(jī)”研制成功；14、1996年，美國(guó)學(xué)者M(jìn)acredie系統(tǒng)闡述了虛擬現(xiàn)實(shí)、仿真環(huán)境、面向?qū)ο蟮慕C(jī)制等重要概念與理論，為虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)在環(huán)境模擬與人員培訓(xùn)方面的廣泛應(yīng)用推波助瀾；15、1999年，“銀河高性能分布仿真計(jì)算機(jī)”在長(zhǎng)沙誕生，這標(biāo)志著我國(guó)的仿真技術(shù)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；16、進(jìn)入

17、21世紀(jì)，“虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)”開始在影視藝術(shù)、工業(yè)設(shè)計(jì)、生活?yuàn)蕵返阮I(lǐng)域大量應(yīng)用；“仿真技術(shù)”已成為“現(xiàn)代工程技術(shù)人員應(yīng)該掌握的基本技能之一”仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)：1 在硬件上，基于多CPU的并行處理技術(shù)的全數(shù)字仿真技術(shù)將有效的改善仿真系統(tǒng)的“實(shí)時(shí)性”；2 基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的分布式數(shù)字仿真系統(tǒng)將廣泛應(yīng)用；3 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的“多媒體環(huán)境條件下的仿真技術(shù)”將推進(jìn)軍事、工業(yè)、生活、娛樂等領(lǐng)域的深層次應(yīng)用；4 “離散事件系統(tǒng)”的仿真問題將成為人們研究的另一熱點(diǎn)；5“仿真技術(shù)”將成為高等理工院校學(xué)生培養(yǎng)的重要技術(shù)。仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性及其重要性仿真

18、技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的重要性： 經(jīng)濟(jì) 安全 快捷主要內(nèi)容主要內(nèi)容仿真技術(shù)仿真技術(shù)及其重要性科研工作的基本方法基本方法學(xué)習(xí)本課程的目的與方法目的與方法相似原理相似原理及其應(yīng)用模型模型及其建立學(xué)習(xí)本課程的學(xué)習(xí)本課程的目的和方法目的和方法學(xué)習(xí)本課程的目的學(xué)習(xí)本課程的目的1了解仿真技術(shù)概況2 夯實(shí)所涉及的基本概念、理論與方法3 掌握仿真技術(shù)這一利器，并要認(rèn)識(shí)到“與時(shí)俱進(jìn)”4 培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)/研究的能力學(xué)習(xí)本課程的學(xué)習(xí)本課程的目的和方法目的和方法學(xué)習(xí)本課程的方法學(xué)習(xí)本課程的方法1、注重基礎(chǔ)（概念/原理）；孟子曰：“始條理者，智之事也；終條理者，圣之事也。”學(xué)習(xí)本課程的學(xué)習(xí)本課程的目的和方法目的和方法學(xué)習(xí)本課程的方法學(xué)習(xí)本課程的方法2、積極應(yīng)用（各類仿真工具）；孔子曰：“工欲善其事，必先利其器”學(xué)習(xí)本課程的