火电厂仿真课件第4章 模拟仿真-应用模拟计算机进行数学仿真的过程

第四章模拟仿真——应用模拟计算机进行数学仿真的过程——解决了许多研究和工程中的仿真问题；模拟仿真技术对仿真技术的发展与影响起到相当重要的作用。——形成了仿真技术的基本概念、名词、术语；——形象地模拟系统中连续组成部分的运行过程。本章介绍的内容：4.2运算原理4.1模拟计算机的组成4.3模拟仿真方法4.4模拟仿真的特点4.1模拟计算机的组成模拟计算机由运算部件、控制线路、排题板、电源四部分组成。如图所示：排题板运算部件控制线路电源运算部件：含加法器、积分器、系数器(系数小于1)、非线性部件（典型非线性、乘除、函数）等，它们均独立存在。供组成仿真系统用。其中：排题板：是为各运算部件间连接提供的带有部件标识的插接板。可依据仿真系统的数学模型，将相应的运算部件连接起来，组成所需的仿真系统。控制线路：用以控制仿真系统按照一定的步骤进行运行。如：

检零——运算放大器零位检查与调整；设置——设置各传递系数的值；静检——静态传递比的检查；动检——积分传递系数检查；运算——复原、运算、保持等电源：为运算部件、排题板、控制线路等提供电源。4.2运算原理运算部件由输入线路、反馈线路、运算放大器组成，如图所示。ZFZi1ei1Zi2ei2Zi3ei3e

Ae0运算放大器反馈回路A：表示运算放大器输入e

和输出e0间的传递系数，A很大（一般为107~108）。Zij，ZF

：为输入、反馈线路的复阻抗。

电阻R的复阻抗为：R电容C的复阻抗为：1/（Cs）电感L的复阻抗为：Ls当e0有限时（10V或100V），有以下基本关系：（A）作为加法器：当Zij=Rij（电阻）、ZF=RF（电阻）时，有：式中：Kij=RF/Rij，此时，运算部件具有加法器功能。（B）作为积分器：当Zij=Rij（电阻）、ZF=

1/（Cs）（反馈线路为电容）时，有：式中:-E0为e0初值，此时，运算部件具有积分器功能（具有求和功能）。（C）作为非线性部件：当输入、输出电路为非线性电路（如二极管电路）时，可以实现非线性运算。可用电位器分压，来实现输入、输出传递系数小于1的系数器。系数器的运算关系为：（D）系数器式中：ei为输入；

e0为输出；

α为电位器分压比。线性运算部件应用广泛，符号也比较统一。非线性运算部件应用较少，符号不甚统一。线性运算部件的符号如图所示:K1K2ei1ei2…..e0ei1ei2…..e0E0e0ei加法器积分器系数器（E）运算部件的符号表示4.3模拟仿真方法（1）模拟仿真的相似规则如果模拟系统模型的运行过程中，各电信号(eij、e0j)及时间分别与原物理系统的输入、状态变量、时间t成比例并保持比例不变，则两种动态过程相似。例如：原物理系统模型为：若令：则上式可表示为：（2）相似模型的建立或：的模拟计算机相似模型——原物理系统其中：——皆为传递系数又例如：原物理系统模型为：它的模拟计算机相似模型为：由幅度比例尺有：式中：——时间比例尺——传递系数（3）将原模型转化为迭代求解方框图设原模型为：它的迭代求解方框图如图所示。

∑cab--+加法器系数器积分器

（4）将求解方框图转化为模拟仿真模型根据相似准则和运算放大器的反号性，用运算部件符号把求解方框图转化为模拟仿真模型，如图所示：K3K2加法器积分器反相器K1KI1KI2积分器对应于：ryDD，ryD，ry，rx，rt幅度和时间比例尺是用户自己设定的，它们对仿真精度和仿真能否正常运行影响很大。幅度比例尺确定的原则：要使计算机的电信号不超过饱和值又不要总在小范围内变化。时间比例尺确定的原则：（a）实时仿真时：rt=1，（b）超实时仿真时：rt<1超实时仿真受模拟计算部件和记录设备通频带限制，rt不可太小。（c）慢过程仿真时：rt>1

。慢过程仿真的精度受运算放大器输出零漂影响，rt不可太大。将已知的模型参数a，b，c和各比例尺代入K1，K2，K3，K11，K12表达式，即可算出它们的值。用导线将排题板上的运算部件符号连成图中所示的样子，并设置K1，K2，K3，KI1，KI2和初始条件的值——称为排题。（5）排题及仿真排题完毕，即可仿真运算。K3K2加法器积分器反相器K1KI1KI2积分器模拟仿真的一般步骤：（1）将原物理系统模型转化为迭代求解方框图（2）求原物理系统模型的模拟计算机相似模型（3）求解模拟仿真模型（图示）（4）确定各幅度比例尺、时间比例尺和传递系数（5）排题完（6）仿真运算练习题：设某一系统的数学模型为：且：试求：（1）迭代求解方框图；（2）模拟仿真模型；（3）当rx=15，ry=5，ryD=5，rt=5时仿真模型中各传递系数的值。解:则它的迭代求解方框图如图所示。已知原模型为：∑105--+加法器系数器积分器

令:则原物理系统模型的模拟计算机相似模型为:对应的模拟仿真模型为:其中:仿真模型的各传递系数为:K2加法器反相器K1KI积分器4.4模拟仿真的特点1、一个n阶连续系统可以由n个积分器组成的模拟仿真模型予以描述；2、模拟仿真是在模拟计算机上进行“并行”运算的，即许多运算环节同时进行运算，所以运算速度快；3、模拟仿真的运算是“连续”的，即各运算环节的输入和输出量都是随时间连续