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電氣工程仿真與輔助設(shè)計(jì)電氣工程仿真與輔助設(shè)計(jì)1
第1章概述內(nèi)容:?系統(tǒng)仿真概述?MATLAB簡介第1章概述內(nèi)容:21.1系統(tǒng)仿真概述第1章利用仿真模型代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與研究的方法。實(shí)現(xiàn)對實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和演化規(guī)律的綜合評估與預(yù)測。1、系統(tǒng)仿真基本概念對所研究的對象某些方面進(jìn)行抽象概括的裝置仿真:仿真模型:仿真原則:相似性原則1.1系統(tǒng)仿真概述第1章利用仿真模型代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與3仿真分類:物理仿真、數(shù)學(xué)仿真獲得數(shù)學(xué)模型的途徑:通過已知的物理定律及數(shù)學(xué)推導(dǎo)獲得模型仿真分類:物理仿真、數(shù)學(xué)仿真獲得數(shù)學(xué)模型的途徑:通過已知的物4仿真要素:系統(tǒng)——研究的對象模型——系統(tǒng)的抽象計(jì)算機(jī)——工具與手段系統(tǒng)模型計(jì)算機(jī)建立數(shù)學(xué)模型建立仿真模型仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析仿真要素:系統(tǒng)——研究的對象系統(tǒng)模型計(jì)算機(jī)建立數(shù)學(xué)模型建立仿5數(shù)學(xué)仿真過程:辨識實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立仿真模型編制仿真程序仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是否正確是否返回?cái)?shù)學(xué)仿真過程:辨識實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立仿真模型編制仿真程序62、仿真軟件的發(fā)展模型化圖形組態(tài)階段:符合設(shè)計(jì)人員對基于模型圖形化的描述程序編程階段:所有問題(如:微分方程求解、矩陣運(yùn)算、繪圖等)都是用高級算法語言(如C、FORTRAN等)來編寫。程序軟件包階段:出現(xiàn)了“應(yīng)用子程序庫”。交互式語言階段(仿真語言):仿真語言可用一條指令實(shí)現(xiàn)某種功能,如“對矩陣求逆”,使用人員不必考慮什么算法,以及如何實(shí)現(xiàn)等低級問題。2、仿真軟件的發(fā)展模型化圖形組態(tài)階段:符合設(shè)計(jì)人員對基于模型71)仿真技術(shù)的應(yīng)用航空與航天工業(yè):飛行員及宇航員訓(xùn)練用飛行仿真模擬器電力工業(yè):電力系統(tǒng)動態(tài)模型實(shí)驗(yàn)原子能工業(yè):模擬核反應(yīng)堆石油、化工及冶金工業(yè)非工程領(lǐng)域:醫(yī)學(xué)、社會學(xué)、宏觀經(jīng)濟(jì)與商業(yè)策略的研究3、仿真技術(shù)的應(yīng)用1)仿真技術(shù)的應(yīng)用航空與航天工業(yè):飛行員及宇航員訓(xùn)練用飛8MATLAB:1.美國MathWorks公司2.數(shù)值分析、工程繪圖、系統(tǒng)仿真2)常用仿真軟件MATLAB:2)常用仿真軟件9ANSYS:(結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁和聲學(xué)運(yùn)用有限元分析軟件)1求解“熱—結(jié)構(gòu)耦合”、“磁—結(jié)構(gòu)耦合”以及“電—磁—流體—熱耦合”等問題2多種物理介質(zhì)相互作用下的“動態(tài)性能”ANSYS:(結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁和聲學(xué)運(yùn)用有限元分析軟件)10ADAMS:1
美國MDI/MSC公司2
運(yùn)動學(xué)/動力學(xué)/機(jī)電一體化ADAMS:11PSPICE:(模擬電路CAD軟件)1電子電路仿真軟件2ORCAD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PSPICE:(模擬電路CAD軟件)121.2MATLAB簡介第1章1、MATLAB軟件MATLAB是MATrixLABoratory(矩陣實(shí)驗(yàn)室)的縮寫。它是以矩陣為基礎(chǔ)的交互式程序計(jì)算語言。其功能強(qiáng)大,可方便地進(jìn)行科學(xué)與工程計(jì)算,大大地減少了計(jì)算工作量。MATLAB包含了眾多工程計(jì)算、仿真功能及龐大的工程系統(tǒng),是目前世界上最流行的仿真計(jì)算軟件之一。1.2MATLAB簡介第1章1、MATLAB軟件MATLA13之后,正值控制界的蓬勃發(fā)展,很快出現(xiàn)了MATLAB編寫的控制系統(tǒng)工具箱,成為控制界的計(jì)算機(jī)語言;2、MATLAB軟件的發(fā)展1980年前后,MATLAB(MATrixLABoratory,矩陣實(shí)驗(yàn)室)語言為數(shù)學(xué)問題的計(jì)算機(jī)求解;目前,大部分工具箱都是面向控制和相關(guān)學(xué)科,也在其他領(lǐng)域被使用。之后,正值控制界的蓬勃發(fā)展,很快出現(xiàn)了MATLAB編寫的控制143、MATLAB軟件的優(yōu)勢及特點(diǎn):1)友好的工作平臺和編程環(huán)境3、MATLAB軟件的優(yōu)勢及特點(diǎn):152)簡單易用的程序語言,支持二次開發(fā)>>m=1+2i;>>n=3+4i;>>s=add(m,n)2)簡單易用的程序語言,支持二次開發(fā)>>m=1+2i;163)強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算與數(shù)據(jù)處理能力MATLAB的解法:>>x=A\b矩陣左除算子C語言的解法:3)強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算與數(shù)據(jù)處理能力MATLAB的解法:矩陣左除173)強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算與數(shù)據(jù)處理能力MATLAB的解法:>>a=[1,1];fori=3:100,a(i)=a(i-1)+a(i-2);end;aC語言的解法:已知a1=1,a2=1,隨后的元素可以由ak=ak-1+ak-2,k=3,4...計(jì)算出來。試用計(jì)算機(jī)列出該數(shù)列的前100項(xiàng)。main(){inta1,a2,a3,i;a1=1;a2=1;printf("%d%d",a1,a2);for(i=3;i<=100;i++){a3=a1+a2;printf("%d",a3);a1=a2;a2=a3;}}容易發(fā)現(xiàn)用C語言編寫的程序,計(jì)算結(jié)果是錯(cuò)誤的。運(yùn)行到24項(xiàng)的結(jié)果出現(xiàn)負(fù)數(shù),之后結(jié)果有正有負(fù)。由于int表示的數(shù)值范圍(-32767,32767),超出此范圍結(jié)果錯(cuò)誤。即使用long型也不能解決問題。而MATLAB,即使超出范圍,會把結(jié)果保留相應(yīng)的有效數(shù)字,只是精度存在局限性。可使用符號運(yùn)算避免這類問題,a=sym([1,1])。3)強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算與數(shù)據(jù)處理能力MATLAB的解法:C語言的184)出色的圖形處理功能,支持符號計(jì)算4)出色的圖形處理功能,支持符號計(jì)算194)出色的圖形處理功能,支持符號計(jì)算基于Maple的SymbolicMathToolbox%符號矩陣>>G=sym(‘[cos(t),sin(t);-sin(t),cos(t)]’)G=[cos(t),sin(t)][-sin(t),cos(t)]%函數(shù)微分>>f=’sin(x)^2’;>>diff(f)ans=2*sin(t)*cos(t)4)出色的圖形處理功能,支持符號計(jì)算基于Maple的S205)應(yīng)用廣泛的模塊集和工具箱MatlabSimulationSignalProcessingPartialDifferentialEquationSplineStatisticsImageProcessingNeuralNetworkWavelet………5)應(yīng)用廣泛的模塊集和工具箱MatlabSimulation216)實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺、7)模塊化的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)級的仿真6)實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺224、MATLAB窗口環(huán)境
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