計算機仿真技術(shù)總復習課件

計算機仿真技術(shù)主講教師：張春燕xiangyutianji@163.com手機綱緒論系統(tǒng)模型建立的方法論連續(xù)系統(tǒng)數(shù)值積分離散事件系統(tǒng)仿真基于MATLAB/Simulink的建模與仿真用adams進行仿真方法的簡介用adams&matlab聯(lián)合仿真方法的簡介緒論什么叫系統(tǒng)？系統(tǒng)具有哪些特點？系統(tǒng)性能好壞的評價指標有哪些？系統(tǒng)模型的定義、類型及特征？計算機仿真的定義、類型、作用？簡述計算機仿真的總體流程圖？系統(tǒng)仿真的定義？上次課重點內(nèi)容回顧系統(tǒng)：為實現(xiàn)規(guī)定功能以達到某一目標而構(gòu)成的相互關(guān)聯(lián)的一個集合體或裝置(部件)。例如：數(shù)控機床伺服系統(tǒng)等。什么叫系統(tǒng)？試舉例說明。系統(tǒng)具有以下四個特點：①系統(tǒng)是由部件組成的，部件處于運動狀態(tài)；②部件之間存在著聯(lián)系；③系統(tǒng)行為的輸出也就是對目標的貢獻，系統(tǒng)各主量和的貢獻大于各主量貢獻之和，即系統(tǒng)的觀點1+1>2；④系統(tǒng)的狀態(tài)是可以轉(zhuǎn)換的，在某些情況下系統(tǒng)有輸入和輸出，系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是可以控制的。系統(tǒng)具有哪些特點？判斷一個系統(tǒng)的好壞可以由以下四點觀察：目標明確。每個系統(tǒng)（部件）均為一個目標而運動。系統(tǒng)的好壞要看它運行后對目標的貢獻。因而目標明確是評價系統(tǒng)的第一指標。結(jié)構(gòu)合理。子系統(tǒng)的聯(lián)接方式組成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。聯(lián)接清晰，路徑通暢，冗余少等，以達到合理實現(xiàn)系統(tǒng)目標的目的。接口清楚。子系統(tǒng)之間有接口，系統(tǒng)和外部的聯(lián)接也有接口，好的接口其定義應十分清楚。能觀能控。通過接口，外界可以輸入信息，控制系統(tǒng)的行為，可以通過輸出觀測系統(tǒng)的行為。只有系統(tǒng)能觀能控，系統(tǒng)才會有用，才會對目標作出貢獻。系統(tǒng)性能好壞的評價指標有哪些？系統(tǒng)模型的定義：是指以某種確定的形式（如文字、符號、圖表、實物、數(shù)學公式等），對系統(tǒng)某一方面本質(zhì)屬性的描述。

系統(tǒng)模型的特征：（1）它是現(xiàn)實系統(tǒng)的抽象或模仿；（2）它是由反映系統(tǒng)本質(zhì)或特征的主要因素構(gòu)成的；（3）它集中體現(xiàn)了這些主要因素之間的關(guān)系。

系統(tǒng)模型的分類：物理模型、數(shù)學模型

簡述系統(tǒng)模型的定義、類型及特征？簡述計算機仿真的定義、類型、作用及總體流程圖？計算機仿真（ComputerSimulation

）定義：借助高速、大存儲量數(shù)字計算機及相關(guān)技術(shù)，對復雜真實系統(tǒng)的運行過程或狀態(tài)進行數(shù)字化模擬的技術(shù)。

計算機仿真的分類：①根據(jù)計算機分類模擬計算機仿真、數(shù)字計算機仿真、模擬數(shù)字混合計算機仿真②根據(jù)仿真時鐘與實際時鐘的比例關(guān)系實時仿真、欠實時仿真、超實時仿真③根據(jù)系統(tǒng)模型的特性連續(xù)系統(tǒng)仿真、離散事件系統(tǒng)仿真簡述計算機仿真的定義、類型、作用及總體流程圖？簡述計算機仿真的定義、類型、作用及總體流程圖？仿真技術(shù)物理試驗理論研究可能性只要能建立系統(tǒng)模型，就能進行系統(tǒng)尚未建立，則不可能；有的自然系統(tǒng)實驗周期太長，也不可能有的系統(tǒng)無法建立解析模型，因此，不可能利用解析方法安全性無危險有危險（人身、設備）無危險經(jīng)濟性花費不多費用很大花費少耗時性中等長短準確性可以做到很準確十分準確要做較多假設，有較大誤差方便性可以做到十分方便受現(xiàn)場限制，不方便方便簡述計算機仿真的定義、類型、作用及總體流程圖？結(jié)果分析分析對象/系統(tǒng)建立物理模型建立數(shù)學模型建立計算機仿真模型設置邊界條件等仿真結(jié)束滿意不滿意軟件：建模：CATIA、Pro/E、UG、CAXA實體設計等；仿真：Matlab、Adams、Absqus、DELMIA等。什么叫系統(tǒng)仿真？系統(tǒng)仿真（SystemSimulation）定義：是以相似原理、系統(tǒng)技術(shù)、信息技術(shù)及其應用領域有關(guān)專業(yè)技術(shù)為基礎，以計算機、仿真軟件、仿真器和各種專用物理效應設備為工具，利用系統(tǒng)模型對真實的或設想的系統(tǒng)進行動態(tài)研究的一門多學科的綜合性技術(shù)。數(shù)學模型的定義是什么？什么叫數(shù)學建模？建立系統(tǒng)模型的依據(jù)有哪些？系統(tǒng)建模的途徑有哪幾種？建立簡單系統(tǒng)的數(shù)學模型。連續(xù)系統(tǒng)數(shù)值積分是利用數(shù)學語言（符號、式子與圖象）模擬現(xiàn)實的模型。把現(xiàn)實世界中的實際問題加以提煉，抽象為數(shù)學模型，求出模型的解，驗證模型的合理性，并用該數(shù)學模型所提供的解答來解釋現(xiàn)實問題，我們把數(shù)學知識的這一應用過程稱為數(shù)學建模。1、數(shù)學模型的定義是什么？2、什么叫數(shù)學建模？

建模的目的：建立系統(tǒng)模型的目的是建模過程的主要信息來源之一；

先驗知識；

實驗數(shù)據(jù)。3、建立系統(tǒng)模型的依據(jù)有哪些？

演繹法：對于白盒系統(tǒng)，利用一些已知的基本定理，經(jīng)過分析和演繹導出系統(tǒng)模型（也叫理論建模）；

歸納法：黑盒或灰盒系統(tǒng)，如果允許直接進行實驗性觀測，可假設模型并通過實驗對假設的模型加以驗證和修正；如果是黑盒系統(tǒng)且又不允許直接實驗觀測的系統(tǒng)，可采用數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計歸納的方法來假設模型（也叫系統(tǒng)辨識建模）?；旌戏ǎ簩嶋H上采用單一的途徑建模很難獲得有效的結(jié)果，通常是采用混合的途徑。4、系統(tǒng)建模的途徑有哪幾種？作業(yè)：考慮下圖所示的簡單的小車系統(tǒng)運動，嘗試建立其數(shù)學模型（假設m=2，k=1，c=0.05）：系統(tǒng)模型建立的方法論連續(xù)系統(tǒng)數(shù)值積分的基本思想？數(shù)值積分方法有哪些？單步法與多步法、顯式法與隱式法、定步長與變步長的定義？歐拉法的遞推公式、特點及數(shù)值求解應用？二階龍格庫塔法的遞推公式、特點及數(shù)值求解應用？連續(xù)系統(tǒng)數(shù)值積分的基本思想？連續(xù)系統(tǒng)數(shù)值積分如果要求其解，必須首先（差分法）將其離散化，然后進行求解數(shù)值積分方法有哪些？歐拉法、梯度法、龍格一庫塔法、阿達姆斯法和吉爾法。單步法與多步法的定義？顯式法與隱式法的定義？單步法是指計算某時刻數(shù)值yk+1，只需前一時刻tk有關(guān)信息，它是一種能自啟動的算法。多步法是指計算某時刻數(shù)值yk+1需要tk，tk-1時刻有關(guān)信息，它是一種不能自啟動的算法。顯式是指計算yk+1時所需數(shù)據(jù)均已算出。隱式是指計算yk+1的算式中含有tk+1時刻的數(shù)據(jù)。因此在使用隱式公式中，需要用另一公式估計這里未知數(shù)據(jù)，然后用隱式公式進行迭代，這叫預估－校正法。顯然這種方法不能自啟動。定步長與變步長的定義？定步長為積分步長h在仿真運行過程中始終不變。而積分步長在仿真運行過程中自動修正改變?yōu)樽儾介L。歐拉法的遞推公式、特點及數(shù)值求解應用？特點：算法簡單，計算工作量小，且為單步顯式法，可自啟動，但精度較低。例1、設系統(tǒng)方程為，y(0)=1。試用Euler法求其數(shù)值解（取步長h=0.1，0≤t≤1）t=0:0.1:1t=00.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.80000.90001.0000Matlab程序及仿真結(jié)果：y=[11111111111]./[t+1]y=1.00000.90910.83330.76920.71430.66670.62500.58820.55560.52630.5000plot(t,y)應用euler法對下列一階微分方程進行離散化處理，并用matlab/simulink進行仿真，然后將結(jié)果與用matlab/simulink中現(xiàn)成函數(shù)求得的結(jié)果進行比較。例2、euler法進行離散化處理（取步長h=1,0≤t≤10）解：原方程為f(t,x)=sin(t)可以應用Euler遞推公式，得到xn+1=xn+h·f(t,n)=xn+sin(tn)從遞推公式中求得數(shù)值解如下表：t01234567xn00.84151.75081.89191.13510.1762-0.10320.5538t8910xn1.54321.95531.4113Simulink仿真結(jié)果：t=0:10;y=-cos(t)+1y=00.45971.41611.99001.65360.71630.03980.24611.14551.91111.8391plot(t,y)Matlab仿真結(jié)果：二階龍格庫塔法的遞推公式、特點及數(shù)值求解應用？特點：與歐拉法比較，算法較復雜，計算工作量較大，但精度較低。應用二階龍格－庫塔法求系統(tǒng)方程，y(0)=1（取步長h=0.1，0≤t≤1）離散事件系統(tǒng)的定義及特點？數(shù)值積分方法有哪些？單步法與多步法、顯式法與隱式法、定步長與變步長的定義？歐拉法的遞推公式、特點及數(shù)值求解應用？二階龍格庫塔法的遞推公式、特點及數(shù)值求解應用？離散事件系統(tǒng)仿真什么是Simulink？

Simulink是MATLAB提供的實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個軟件包，它讓用戶把精力從編程轉(zhuǎn)向模型的構(gòu)造。SIMILINK模塊庫按功能進行分類：連續(xù)模塊、離散模塊、查表模塊、數(shù)學模塊、非線性模塊、信號通路模塊、接收器模塊、輸入源模塊、其他常用方塊組及工具箱、特別模塊。MATLAB/SIMULINK主要用于工程領域的哪方面仿真？SIMULINK和MATLAB相比，各有什么優(yōu)缺點？SIMULINK模塊庫按功能分為哪幾類？信號通路中MUX和DEMUX的作用各是什么？根據(jù)下列系統(tǒng)的物理模型，建立其相應的數(shù)學模型，并應用SIMULINK建立下列系統(tǒng)的仿真模型，并對上面的數(shù)學模型求其傳遞函數(shù)，應用傳遞函數(shù)模型搭建對應的仿真模型。已知條件：假設系統(tǒng)處于零平衡位置，外力函數(shù)為幅值為1的階躍函數(shù)。明確ADAMS軟件和MATLAB軟件的區(qū)別與聯(lián)系；了解虛擬樣機技術(shù)與ADAMS軟件的關(guān)系，以及ADAMS軟件目前的應用情況；熟悉ADAMS的功能及在工程領域應用的現(xiàn)狀及前景；能進行ADAMS軟件的安裝、卸載，熟悉該軟件的界面；掌握應用ADAMS軟件進行仿真的步驟，并能應用該軟件對簡單的系統(tǒng)模型進行仿真；掌握ADAMS軟件的自身建模外，能將借用其他CAD軟件（如：CATIA、UG、PRO/E等）建立的模型導入ADAMS進行仿真。

傳統(tǒng)CAD/CAE/CAM技術(shù)和虛擬樣機技術(shù)的主要區(qū)別是什么？簡述應用catia軟件建立模型導入到adams進行動力學仿真的過程/步驟（以視頻凸輪機構(gòu)為例）；虛擬樣機技術(shù)的英文簡稱和定義？虛擬樣機技術(shù)與傳統(tǒng)的CAD／CAE／CAM技術(shù)最大的差別是什么？產(chǎn)品全生命周期包括哪些環(huán)節(jié)？什么是虛擬樣機的杰出代表？ADAMS的中、英文簡稱分別是什么？ADAMS軟件有哪些特點？ADAMS軟件分析仿真的基本步驟？ADAMS的建模方式有哪兩種？簡述應用catia軟件建立模型導入到adams進行動力學仿真的過程/步驟？

虛擬樣機（VirtualPrototyping簡稱VP）技術(shù)又稱為機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)，是國際上20世紀80年代，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項計算機輔助工程（CAE）技術(shù)。

工程師在計算機上建立樣機模型，對模型進行各種動態(tài)性能分析，然后改進樣機設計方案，用數(shù)字化形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實物樣機實驗。

虛擬樣機技術(shù)的英文簡稱和定義？

前者是面向系統(tǒng)的設計／分析／制造，以提高產(chǎn)品整體質(zhì)量和性能并降低開發(fā)與制造成本為目的；而后者是面向產(chǎn)品零部件的設計／分析／制造，以提高零、部件的質(zhì)量和性能為目的。虛擬樣機技術(shù)與傳統(tǒng)的CAD／CAE／CAM技術(shù)最大的差別是什么？

產(chǎn)品全生命周期包括哪些環(huán)節(jié)？什么是虛擬樣機的杰出代表？

產(chǎn)品全生命周期：指從產(chǎn)品研究、產(chǎn)品規(guī)劃、產(chǎn)品設計、產(chǎn)品試驗、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品銷售、產(chǎn)品使用到產(chǎn)品最終報廢的整個環(huán)節(jié)。ADAMS是虛擬樣機技術(shù)的杰出代表，它全稱是AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem，即機械系統(tǒng)自動動力學分析系統(tǒng)。（1）快捷方便的圖形界面－A／View。（2）強大的建模和分析功能（3）開放式結(jié)構(gòu)。

ADAMS軟件有哪些特點？樣機建模創(chuàng)建構(gòu)件施加約束施加載荷仿真分析測量特性仿真輸出動畫播放樣機驗證輸入測試數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)曲線比較與試驗結(jié)果一致？完善模型否增加摩擦力，改進載荷函數(shù)；定義柔性物體和連接；定義控制重復仿真添加模塊參數(shù)定義設計變量優(yōu)化分析進行設計敏感度研究進行試驗設計研究進行優(yōu)化設計研究設計自動化創(chuàng)建自定義菜單創(chuàng)建自定義對話框創(chuàng)建建模操作宏是

ADAMS軟件仿真分析的基本步驟？

ADAMS的建模方式有哪兩種？簡述應用catia軟件建立模型導入到adams進行動力學仿真的過程/步驟？建