第1章系统建模与仿真技术

系统建模与仿真技术

第一章绪论

机械与汽车工程学院陈无畏几个例子1、加加林遇难新说

1968年3月27日加加林到莫斯科郊外的契卡洛夫斯基航天场进行米格-15歼击机的飞行训练，训练结束加加林请求返航时，地面塔台却失去了加加林的消息。接着加加林驾驶的飞机已经坠毁在了离航天场不远处的弗拉基米尔新村附近。“加加林驾驶的米格-15进入前面飞机产生的湍流区域而进行螺旋飞行状态”，“驾驶员做了5~6次摆脱操作，但缺少约2秒的时间”；“在250~300米高度出了问题”。

22、世贸大厦倒塌的结构问题33、电视机抗跌落分析为设计工程师提供结构改进及包装设计的理论依据4LS-DYNA的计算结果54、轿车悬架运动学仿真6什么是“系统建模与仿真技术”？以相似理论、模型理论、系统技术、信息技术以及建模与仿真应用领域的有关专业技术为基础，以计算机、物理效应设备及仿真器为工具，利用共性或专用支撑技术，建立仿真系统，对研究对象（系统）进行抽象、映射、描述和实验、分析、评估的一门多学科的综合性、交叉性技术。71.1系统、模型、仿真的基本概念1、系统G.Golden----“系统这个术语已经在各个领域用得如此广泛，以至很难给它下一个定义。”系统----最早见著作《世界大系统》德谟克利特（公元前460年－公元前370年）“任何事物都是在联系中显现出来的，都是在系统中存在的，系统联系规定每一事物，而每一联系又能反映系统的联系的总貌。”G.Golden----“按照某些规律结合起来，互相作用、互相依存的所有实体的集合或总和”。

8例：一个超市定义为一个系统

实体：服务员、顾客顾客：按某种规律到达，服务完毕后顾客离去服务员：根据顾客的要求，按一定的程序服务相互作用：顾客到达模式影响着服务员的工作忙闲状态和顾客排队状态服务员的多少和服务效率：影响着顾客接受服务的质量9例：电动机转速闭环控制系统

实体：电动机、测速元件、比较元件以及控制器。

相互作用：实现按给定要求调节电动机的速度10系统(续)系统定义：按照某些规律结合起来，互相作用、互相依存的所有实体的集合或总体.确定边界、输入、输出描述系统“三要素”：实体、属性、活动――实体确定了系统的构成，也就确定了系统的边界；――属性也称为描述变量，描述每一实体的特征；――活动定义了系统内部实体之间的相互作用，从而确定了系统内部发生变化的过程。边界环境系统输入输出111.1系统、模型、仿真的基本概念2、模型

模型是对实际问题的抽象，是对系统某些本质方面的描述。一般分为物理模型和数学模型。物理模型——楼盘模型S形刃球头立铣刀的数学模型121.1系统、模型、仿真的基本概念

仿真(Simulation)就是通过建立实际系统模型并利用所建模型对实际系统进行实验研究的过程。

ADAMS/CAR中建立的整车模型13系统、模型、仿真三者之间的关系系统是研究的对象，模型是系统的抽象，仿真是通过对模型的实验以达到研究系统的目的。

系统模型计算机系统建模仿真实验仿真建模

计算机仿真三要素及三个基本活动141.2系统建模与仿真技术的发展历史第一个发展阶段：20世纪40年代以前主要是物理仿真。飞机比例模型在风洞内进行试验

15第二个发展阶段：20世纪40年代—50年代主要是模拟计算机(AnalogComputer)仿真，而数字(DigitalComputer)仿真则刚刚起步。1946年诞生了世界上第一台电子数字计算机ENIAC16第三个发展阶段：20世纪60～70年代混合仿真与数字仿真都得到了迅速发展，其中混合仿真成为当时仿真的主流技术。在70年代末，我国自行研制的混合计算机系统已先后用于工程、教学、科研等领域。

17第四个发展阶段：20世纪80年代末90年代初微机技术的迅速发展，多媒体仿真技术崭露头角。18第五个发展阶段：20世纪90年代末至今，虚拟现实仿真技术不断兴起。虚拟现实“(VirtualReality，VR)：亦称“灵境技术”，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。

虚拟现实具备的三个基本特征

1920虚拟现实技术具有安全、经济、节能降污、不受外界环境限制等突出优点。模拟汽车驾驶2122虚拟制造（VirtualManufacturing）

虚拟生产线23虚拟厂房24251.3系统建模与仿真技术的研究与应用仿真技术应用趋于多样化、全面化：从航空、航天、原子反应堆等少数领域扩展到电力、石油、化工、冶金、机械等一些主要工业部门。仿真技术从传统的工程领域扩展到非工程领域。在社会经济系统、环境生态系统、能源系统、生物医学系统、教育训练系统等也得到了广泛的应用。

261.3.1系统建模与仿真技术的研究成果1.3.1.1建模理论与方法机理建模方法（各个应用领域广泛采用

）辨识建模方法（当仿真对象的机理不清楚时）智能建模方法（为探索和解决具有不确定性、非线性、智能性的对象建模和仿真）仿真对象是错综复杂的，多种建模方法相结合、定量和定性相结合的建模与仿真已在各个应用领域获得重视。271.3.1.2仿真语言、仿真软件和仿真支撑环境MATLAB与SIMULINK联合仿真软硬件环境通信281.3.1.3建模与仿真的可信度评估建模与仿真的可信度评估包括：校核(Verification)验证(Validation)确认(Accreditation)

简称VV&A291.3.1.4实时仿真系统实时仿真是指仿真模型的时间比例尺与真实系统的时间比例尺完全相同的仿真。硬件在环仿真系统

30电站仿真31汽车动态模拟国家重点实验室-汽车性能模拟器321.3.1.5网络化分布交互仿真系统上世纪八十年代计算机网络的发展，促进了分布交互仿真系统的发展和应用。