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1、控制系统数字仿真与控制系统数字仿真与CADCAD 仿真技术概述仿真技术概述 哈尔滨工业大学 电气学院 张晓华 教授 2 主要内容主要内容 仿真技术仿真技术及其重要性 仿真技术仿真技术及其重要性 科研工作的基本方法基本方法 科研工作的基本方法基本方法 学习本课程的目的与方法目的与方法 学习本课程的目的与方法目的与方法 相似原理相似原理及其应用 相似原理相似原理及其应用 模型模型及其建立 模型模型及其建立 3 科研工作的科研工作的基本方法基本方法 解析法 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 4 解析法 解
2、析法 工程动力学问题 F ma 一阶倒立摆 科研工作的科研工作的基本方法基本方法 5 科研工作的科研工作的基本方法基本方法 解析法 解析法 Routh判据 英国E J Routh建立 Routh Hurwitz Stability Criteria 1875年 6 科研工作的科研工作的基本方法基本方法 2实验法 实验法 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 7 科研工作的科研工作的基本方法基本方法 2实验法 实验法 系统模型 d U d I M n d nu F x Fx M 路面 U t i t LR c UtC 1
3、h h q 1 q t y 2 2 d xdx abcxy t dtdt c uu x yx hq 8 科研工作的科研工作的基本方法基本方法 2实验法 实验法 实际系统 9 科研工作的科研工作的基本方法基本方法 3仿真实验法 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 10 科研工作的科研工作的基本方法基本方法 3仿真实验法 仿真实验法 数学模型 3 1123 2 1 3 112 2 32 222333 3 31123 32 3233 22 sin sin1 cossin cos sin 1 2sin x fDxfx x x M x fDx xx xfx xgxx
4、mMM x xfDxfx xx xx xgx xMmx 6 1978年 美国推出的AD10数字 模拟混合计算机使 仿 真技术 得以进入军事 武器装备等领域的深层应用 7 20世纪80年代初 MATLAB软件出现 并广泛在欧 美的中得到应用 8 1983年 美国国防高级研究计划局 DARPA 与 陆军共同制定了仿真组网 SIMNET 计划 65 仿真技术仿真技术及其重要性及其重要性 仿真技术的发展仿真技术的发展 发展历程 9 1984年 William Gibon提出了 虚拟现实 的概念 为 仿真技术的应用指出了新的发展方向 10 1985年 美国推出性能更加强大AD100数字 模拟混 合计算机
5、 可用于洲际导弹 多目标飞行器实时仿真 11 1989年 美国评出了科技领域近25年间最杰出的十 项技术成果 将CAD CAM技术列为第四项 被称为 推动 了几乎所有设计领域的革命 12 1992年 美国政府提出的22项国家关键技术中 仿 真技术被列为第16项 在21项国防关键技术中 仿真技 术被列为第6项 66 仿真技术仿真技术及其重要性及其重要性 仿真技术的发展仿真技术的发展 发展历程 13 1993年 中国 银河仿真 型机 研制成功 14 1996年 中国学者薛定宇所著 控制系统计算机 辅助设计 MATLAB语言与应用 一书出版 清华大 学出版社 它是国内最早的MATLAB专著 15 1
6、996年 美国学者Macredie系统阐述了虚拟现 实 仿真环境 面向对象的建模机制等重要概念与理 论 为虚拟现实仿真技术在环境模拟与人员培训方面的 广泛应用推波助澜 16 1999年 银河高性能分布仿真计算机 在长沙诞 生 这标志着我国的仿真技术已达到国际先进水平 67 DoD Dir 5000 59 M S 管理指令管理指令 8889909192939495969798 技术发展技术发展 管理管理 小规模的仿真系统小规模的仿真系统 1988 年前 很少的交互式仿真系统年前 很少的交互式仿真系统 DIS 标准化工作开始标准化工作开始 ALSP 聚合级仿真组网聚合级仿真组网 DEPSECDEF
7、 Memo EXCIMS 建立建立 DMSO 建立建立 SIMNET 计划计划 HLA 政策 确立 高层体系结构开始 政策 确立 高层体系结构开始 HLA begun DARPA SACEUR Distributed Wargaming System ACE 89 All Services M S offices in place DoD 5000 59 P M S 主计划主计划 EXCIMS Functional Area Councils DoD M S 执行委员会执行委员会 Architecture Management Group 无正规仿真管理政策管理结构的确立 管理 机构开始运作
8、无正规仿真管理政策管理结构的确立 管理 机构开始运作 DSB Computer Applications to Training and Wargaming Study for CJCS 美国国防部仿真管理政策研究美国国防部仿真管理政策研究DoD VV A 指令指令 JSIMS JWARS 开始开始 SBA Task Force HLA 迁移计划 通过 迁移计划 通过 仿真技术仿真技术及其重要性及其重要性 仿真技术的应用仿真技术的应用 发展历程 17 1999年 控制系统数字仿真与CAD 一书 第1 版 出版 机械工业出版社 它标志着以MATLAB为 平台的仿真技术类课程开始在高等院校本科生开
9、展 18 进入21世纪 虚拟现实仿真技术 开始在影视艺 术 工业设计 生活娱乐等领域大量应用 仿真技术 已成为 现代工程技术人员应该掌握的基本技能之一 68 仿真技术仿真技术及其重要性及其重要性 仿真技术的应用仿真技术的应用 发展趋势 1 在硬件上 基于多CPU的并行处理技术的全数字仿真技 术将有效的改善仿真系统的 实时性 2 基于网络技术的分布式数字仿真系统将广泛应用 3 基于虚拟现实技术的 多媒体环境条件下的仿真技术 将推 进军事 工业 生活 娱乐等领域的深层次应用 4 离散事件系统 的仿真问题将成为人们研究的另一热点 5 仿真技术 将成为高等理工院校学生培养的重要技术 69 仿真技术仿真
10、技术及其重要性及其重要性 仿真技术的应用仿真技术的应用 仿真技术的重要性 经济 安全 快捷 70 仿真技术的应用仿真技术的应用 仿真技术的特殊功能 仿真技术仿真技术及其重要性及其重要性 1预测 社会 经济 管理等问题 例 婴儿体重 时间 周 的预测 1 数据 i 1 2 20 71 仿真技术的应用仿真技术的应用 仿真技术的特殊功能 婴儿体重 时间 周 的预测 2 建模 自动门限自回归模型 SETAR模型 12 123452 0 33790 96035 102 0 99210 82440 35230 89181 14900 55865 102 tt t tttttt xx x xxxxxx 仿真
11、技术仿真技术及其重要性及其重要性 72 仿真技术的应用仿真技术的应用 仿真技术的特殊功能 例 婴儿体重 时间 周 的预测 3 利用已有模型进行 预测 05101520 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5 7 0 7 5 仿真技术仿真技术及其重要性及其重要性 体重 千 克 时 间 周 预 测 实 际 73 仿真技术的应用仿真技术的应用 仿真技术的特殊功能 2 优化设计 系统结构 参数 仿真技术仿真技术及其重要性及其重要性 74 仿真技术仿真技术及其重要性 仿真技术仿真技术及其重要性 科研工作的基本方法基本方法 科研工作的基本方法基本方法 学习本课程的目的与方法目的与方法 学习
12、本课程的目的与方法目的与方法 相似原理相似原理及其应用 相似原理相似原理及其应用 模型模型及其建立 模型模型及其建立 主要内容主要内容 75 学习本课程的学习本课程的目的和方法目的和方法 学习本课程的目的学习本课程的目的 1了解仿真技术概况 2 夯实所涉及的基本概念 理论与方法 3 掌握仿真技术这一利器 并要认识到 与时俱进 4 培养自主学习 研究的能力 76 学习本课程的学习本课程的目的和方法目的和方法 学习本课程的方法学习本课程的方法 1 注重基础 概念 原理 孟子曰 始条理者 智之事也 终条理者 圣之事也 77 学习本课程的学习本课程的目的和方法目的和方法 学习本课程的方法学习本课程的方
13、法 2 积极应用 CAD工具 孔子曰 工欲善其事 必先利其器 78 学习本课程的学习本课程的目的和方法目的和方法 学习本课程的方法学习本课程的方法 3 努力实践 实践出真知 创新源于自主实践 what I hear I forget what I see I remember what I do I understand By Confucius 79 学习本课程的学习本课程的目的和方法目的和方法 学习本课程的要求学习本课程的要求 1 积极思考 上机实践 2 完成 课程报告 关于选题 三人一组 必做题 选做题 关于报告的撰写 格式要求 科技论文 3 关于 自主学习能力 大学本科生的基本能力 80 祝同学们学业有成 成就未来 谢谢大家
