第一章仿真技术概述.ppt
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1、系统建模与仿真 仿真技术概述,李哲 教授 /博士生导师 E-mail:,主要内容,仿真技术及其重要性,科研工作的基本方法,学习本课程的目的与方法,相似原理及其应用,模型及其建立,第一章 概述,科研工作的基本方法,解析法:,运用已掌握的理论知识,对所研究的对象进行理论方面的分析、计算及综合。,最佳路径问题,庞得里亚金极大值原理,工程最优问题,科研工作的基本方法,解析法:,工程动力学问题 F=ma,一阶倒立摆,科研工作的基本方法,解析法:,Routh判据,英国E.J.Routh建立 (Routh-Hurwitz Stability Criteria)(1875年),科研工作的基本方法,2实验法:,
2、在所建立的实际系统(或模型)上,利用各种仪器仪表,通过施加一定类型的激励信号,测取系统响应来确定系统的性能。,科研工作的基本方法,2实验法:,系统模型,科研工作的基本方法,2实验法:,实际系统,科研工作的基本方法,3仿真实验法:,在模型上(物理的/数学的)所进行的系统性能分析与研究方法。,科研工作的基本方法,3仿真实验法:,数学模型,科研工作的基本方法,3仿真实验法:,虚拟模型,科研工作的基本方法,3仿真实验法:,实物模型,科研工作的基本方法,3仿真实验法:,仿真实验性能比较:,数学模型,虚拟模型,实物模型,实物原型,仿真精度,低,高,科研工作的基本方法,3仿真实验法:,工程应用: 飞行器设计
3、的三级仿真体系,科研工作的基本方法,4混合法:,解析法+实验法,工程实例: 水轮发电机组,科研工作的基本方法,4混合法:,流体力学:层流/紊流,我们要确定的“六系数”(偏导数),工程实例: 水轮发电机组,科研工作的基本方法,4 混合法:,工程实例: 水轮发电机组,科研工作的基本方法,5猜想法:,又称为“假想法”,通过人们对所研究问题的“直觉”,提出“可能的”结果/结论,利用“反演/推理/证明”的方法进行“创造性”的研究和发现。,科研工作的基本方法,5猜想法:,哥德巴赫猜想,相对论假说,电磁波设想,科研工作的基本方法,5猜想法:,宇宙大爆炸理论,科研工作的基本方法,5猜想法:,布丰投针原理,主要
4、内容,仿真技术及其重要性,科研工作的基本方法,学习本课程的目的与方法,相似原理及其应用,模型及其建立,相似性原理及应用,仿真实验所遵循的基本原则; 科学技术创新与应用的桥梁;,1、几何相似 2、环境相似 3、性能相似 4、思维相似 5、生理相似,相似性原理及应用,1、几何相似,相似性原理及应用,2、环境相似,相似性原理及应用,3、性能相似,相似性原理及应用,相似定理:,相似第一定理: 彼此相似的现象必定具有数值相同的相似准则。 例:比例环节,减速箱、放大器:n2=i*n1,相似第二定理: (相似逆定理) 现象的数值相同必定彼此相似。 条件:1、方程组相同,2、初值相同,3数值相等,相似第三定理
5、:(H定理) 描述某现象的各种量之间的关系,可表示成相似准则的函数关系:F(H1,H2 Hn)=0 这种关系式称为准则关系式或准则方程式。,主要内容,仿真技术及其重要性,科研工作的基本方法,学习本课程的目的与方法,相似原理及其应用,模型及其建立,模型及其建立,模型的重要性,勾股定理,模型及其建立,模型的重要性,电磁场理论,涡旋磁场,位移电流,赫兹,模型及其建立,模型的重要性,1、把世间的现象/问题上升到“数学抽象/数学模型”的理论高度是现代科学发现与技术创新的基础。 2、“实验、归纳、推演”是建立系统“数学模型”的重要手段/方法/途径。 3、“数学模型”是人们对自然世界的一种抽象理解,它与自然
6、世界/现象/问题具有“性能相似”的特点。,模型及其建立,建模三要素:目的,方法,验证,1.目的要明确,飞行器,目的2 飞行器的结构强度,目的1 飞行器的动态性能,流体力学,结构力学,方法1,方法2,模型及其建立,建模三要素:目的,方法,验证,2.方法要恰当 (1)逻辑推理方法:归纳、推演、类比、移植 (2)机理建模法: 白箱问题 (3)实验建模法:黑箱问题 (4)综合建模法:机理+实验,模型及其建立,建模三要素:目的,方法,验证,3.结果要验证,数学模型必要条件 实物模型充要条件 实际应用结果检验,模型及其建立,建模过程,主要内容,仿真技术及其重要性,科研工作的基本方法,学习本课程的目的与方法
7、,相似原理及其应用,模型及其建立,仿真技术及其重要性,仿真技术的应用,仿真系统,仿真技术及其重要性,仿真系统应用,固有特性分析,仿真技术及其重要性,仿真系统应用,闭环控制性能分析,仿真技术及其重要性,仿真系统应用,闭环控制性能分析,仿真技术及其重要性,仿真系统应用,球棒系统,仿真技术及其重要性,仿真技术的应用,虚拟现实(VR),1仿真实验的高级形式 2可视化/真实性 3有助于人们的创造与想象力的发挥,仿真技术及其重要性,仿真技术的应用,虚拟现实(VR) 虚拟现实系统:,仿真技术及其重要性,仿真技术的应用,虚拟现实(VR),感知设备:,仿真技术及其重要性,仿真技术的应用,虚拟现实(VR),表现装
8、置:,仿真技术及其重要性,仿真技术的应用,虚拟现实(VR),三大特征:,仿真技术及其重要性,仿真技术的应用,虚拟现实仿真技术,虚拟样机 虚拟制造 虚拟环境,仿真技术及其重要性,仿真技术的应用,虚拟现实仿真技术:,虚拟样机,仿真技术及其重要性,仿真技术的应用,虚拟现实仿真技术:,虚拟制造,仿真技术及其重要性,仿真技术的应用,虚拟现实仿真技术:,虚拟环境,仿真技术及其重要性,仿真技术的应用,虚拟样机,仿真技术及其重要性,仿真技术的应用,工程应用:,1 车辆肇事仿真 2飞行器设计 3 联合仿真 4 军事工程,仿真技术及其重要性,仿真技术的应用,工程应用:,1车辆肇事仿真,仿真技术及其重要性,仿真技术
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