《計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)》計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件

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1、本門(mén)課程的目標(biāo)本門(mén)課程的目標(biāo)n熟悉一個(gè)概念n掌握一種方法n精通一項(xiàng)技術(shù)n會(huì)用一款軟件本門(mén)課程的目標(biāo)熟悉一個(gè)概念1結(jié)課方式結(jié)課方式n考試+作業(yè)+上機(jī)n考試：開(kāi)卷（60%）n作業(yè)+上機(jī)（40%）結(jié)課方式考試+作業(yè)+上機(jī)2參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)n1.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)，劉瑞葉等編，電子工業(yè)出版社n2.系統(tǒng)仿真概論，肖田元等編，清華大學(xué)出版社n3.現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用，康風(fēng)舉編，國(guó)防工業(yè)出版社n4.先進(jìn)仿真技術(shù)與仿真環(huán)境，熊光楞編，國(guó)防工業(yè)出版社n5.系統(tǒng)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)，吳啟迪主編，化學(xué)工業(yè)出版社n6.MATLAB 7.0從入門(mén)到精通，劉保柱等編，人民郵電出版社參考文獻(xiàn)1.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)，劉瑞葉等編，電子

2、工業(yè)出版社3第1章 概述Three topics to be discussedThree topics to be discussedWWHWhy to learnWhat to learnHow to learn第1章 概述Three topics to be discu4理解并掌握仿真的概念、分類、作用；了解計(jì)算機(jī)仿真的發(fā)展歷程、應(yīng)用領(lǐng)域及目前研究、應(yīng)用現(xiàn)狀；熟悉掌握計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真的基本過(guò)程。本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求理解并掌握仿真的概念、分類、作用；本章學(xué)習(xí)要求51.1 仿真的基本概念及其分類1.1.1 系統(tǒng)仿真的定義、分類及作用1.1.2 計(jì)算機(jī)仿真的定義及其分類1.2 計(jì)算機(jī)仿真的發(fā)

3、展及其應(yīng)用領(lǐng)域1.3 計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真的基本過(guò)程1.4 先進(jìn)仿真技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件61.1 仿真（simulation)的基本概念及其分類n1.1.1 系統(tǒng)仿真的定義、分類及其作用n1）系統(tǒng)仿真的定義n系統(tǒng)仿真是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)模型的某種操作，研究一個(gè)存在的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)。簡(jiǎn)言之，系統(tǒng)仿真是對(duì)系統(tǒng)模型的試驗(yàn)，即在仿真中，系統(tǒng)的模型在一定的試驗(yàn)條件下被行為產(chǎn)生器驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生模型行為。1.1 仿真（simulation)的基本概念及其分類1.172）系統(tǒng)仿真的分類-系統(tǒng)模型分類方式物理仿真系統(tǒng)模型為物理模型：實(shí)物模型(PM)。數(shù)字仿真系統(tǒng)模型為數(shù)字模型：數(shù)學(xué)模型和幾何模型（MM&G

4、M）。半物理仿真既有物理模型也有數(shù)字模型。2）系統(tǒng)仿真的分類-系統(tǒng)模型分類方式83）系統(tǒng)仿真的作用優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在復(fù)雜的系統(tǒng)建立以前，能夠通過(guò)改變仿真模型結(jié)構(gòu)和調(diào)整參數(shù)來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)(MM)。對(duì)系統(tǒng)或系統(tǒng)的某一部分進(jìn)行性能評(píng)價(jià)(MM)。節(jié)省費(fèi)用。重現(xiàn)系統(tǒng)故障，以便判斷故障產(chǎn)生的原因(GM)。可以避免試驗(yàn)的危險(xiǎn)性。進(jìn)行系統(tǒng)抗干擾性能的分析研究(MM)。訓(xùn)練系統(tǒng)操作人員(GM)。系統(tǒng)仿真能為管理決策和技術(shù)決策提供依據(jù)。正因?yàn)榉抡婕夹g(shù)對(duì)國(guó)防建設(shè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究均具有極大的應(yīng)用價(jià)值，所以，仿真技術(shù)被美國(guó)國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)委員會(huì)于1991年確定為影響美國(guó)國(guó)家安全及繁榮的22項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一。本章目錄3）系

5、統(tǒng)仿真的作用本章目錄91.1.2 計(jì)算機(jī)仿真(Computer Simulation)的定義及其分類n1)計(jì)算機(jī)仿真的定義n計(jì)算機(jī)仿真是指應(yīng)用幾何和性能相似原理，構(gòu)成數(shù)字模型，在計(jì)算機(jī)上對(duì)系統(tǒng)數(shù)字模型進(jìn)行某種操作。計(jì)算機(jī)仿真又稱為數(shù)字仿真。1.1.2 計(jì)算機(jī)仿真(Computer Simulatio10 根據(jù)計(jì)算機(jī)分類 模擬計(jì)算機(jī)仿真、數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真、模擬數(shù)字混合仿真 根據(jù)仿真時(shí)鐘與實(shí)際時(shí)鐘的比例關(guān)系 實(shí)時(shí)仿真、欠實(shí)時(shí)仿真、超實(shí)時(shí)仿真 根據(jù)系統(tǒng)模型的特性 連續(xù)系統(tǒng)仿真、離散事件系統(tǒng)仿真本章目錄計(jì)算機(jī)仿真的分類 根據(jù)計(jì)算機(jī)分類本章目錄計(jì)算機(jī)仿真的分類111.2 計(jì)算機(jī)仿真的發(fā)展計(jì)算機(jī)仿真的發(fā)展

6、及其應(yīng)用領(lǐng)域及其應(yīng)用領(lǐng)域1)計(jì)算機(jī)仿真的發(fā)展第一階段:模擬仿真技術(shù)發(fā)展階段,1950年以前。動(dòng)因：火炮與飛行控制動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的研究。第二階段：混合仿真技術(shù)發(fā)展階段，5060年代。動(dòng)因：洲際導(dǎo)彈和宇宙飛船飛行姿態(tài)及軌道控制動(dòng)力學(xué)的研究。第三階段：數(shù)字仿真技術(shù)發(fā)展階段，70年代以后。模擬機(jī)混合機(jī)數(shù)字機(jī)1.2 計(jì)算機(jī)仿真的發(fā)展 及其應(yīng)用領(lǐng)域1)計(jì)12計(jì)算機(jī)仿真的應(yīng)用類型:系統(tǒng)設(shè)計(jì)器 對(duì)尚未有的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)采用仿真技術(shù)；系統(tǒng)分析器 對(duì)已有系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)采用仿真技術(shù)；系統(tǒng)預(yù)測(cè)器 在系統(tǒng)運(yùn)行前，利用仿真模型作為預(yù)測(cè)器，向用戶提供系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)后，可能產(chǎn)生什么現(xiàn)象，以便用戶修訂計(jì)劃或決策；系統(tǒng)觀測(cè)器 在系統(tǒng)運(yùn)

7、行時(shí)，利用仿真模型作為觀測(cè)器，給用戶提供過(guò)去、現(xiàn)在甚至未來(lái)的信息，以便用戶實(shí)時(shí)作出正確的決策，比如利用仿真技術(shù)進(jìn)行故障分析和故障處理；系統(tǒng)訓(xùn)練器 利用仿真模型作為訓(xùn)練器，訓(xùn)練系統(tǒng)操作人員或管理人員計(jì)算機(jī)仿真的應(yīng)用類型:132)計(jì)算機(jī)仿真的應(yīng)用領(lǐng)域 從歷史上看，仿真技術(shù)首先被應(yīng)用于那些在實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)有危險(xiǎn)、花費(fèi)巨大的領(lǐng)域，比如：航空、航天、武器系統(tǒng)等，以后逐漸擴(kuò)大到雖然可在實(shí)際系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn)，但花費(fèi)較大、耗時(shí)較長(zhǎng)、不大方便的一些領(lǐng)域，比如：冶金、化工、電力等；近十幾年來(lái)，則進(jìn)一步擴(kuò)大到制造、交通、環(huán)境、生態(tài)、生物、石油等領(lǐng)域。綜觀仿真技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大的歷史，可以得到以下幾個(gè)有意義的結(jié)論：

8、2)計(jì)算機(jī)仿真的應(yīng)用領(lǐng)域14仿真技術(shù)在應(yīng)用上的安全性一直是被采用的最主要原因；仿真技術(shù)在應(yīng)用上的經(jīng)濟(jì)性也是被采用的十分重要的原因；仿真技術(shù)一般是從學(xué)院式的局部應(yīng)用逐步走向全面應(yīng)用，其標(biāo)志是對(duì)某領(lǐng)域的仿真應(yīng)用而設(shè)立的仿真中心；仿真技術(shù)在每一階段都有一個(gè)比較成熟的應(yīng)用領(lǐng)域；根據(jù)仿真的應(yīng)用范圍，研制和開(kāi)發(fā)了一大批仿真產(chǎn)品，如各種仿真語(yǔ)言及仿真軟件包，各種訓(xùn)練仿真器等等。為了推廣仿真技術(shù)的應(yīng)用，幾乎所有的仿真語(yǔ)言都推出了PC版。計(jì)算機(jī)仿真應(yīng)用視頻仿真技術(shù)在應(yīng)用上的安全性一直是被采用的最主要原因；計(jì)算機(jī)仿15計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件161.3 計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真的基本過(guò)程n為了使大家對(duì)計(jì)算機(jī)

9、數(shù)字仿真有一個(gè)全面的了解，讓我們用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)予以說(shuō)明。1.3 計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真的基本過(guò)程為了使大家對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真有17計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件18卓越的操控性、穩(wěn)定性和舒適性卓越的操控性、穩(wěn)定性和舒適性19汽車懸掛系統(tǒng)汽車懸掛系統(tǒng)20n問(wèn)題：n如何分析研究并保證設(shè)計(jì)出或設(shè)計(jì)中的懸架系統(tǒng)具有這種卓越性能？研究方法：1 理論方法2 實(shí)驗(yàn)方法3 仿真方法問(wèn)題：研究方法：21仿真技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)、理論研究的對(duì)比仿真技術(shù)物理實(shí)驗(yàn)理論研究可能性只要能建立系統(tǒng)模型，就能進(jìn)行系統(tǒng)尚未建立，則不可能；有的自然系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)周期太長(zhǎng)，也不可能有的系統(tǒng)無(wú)法建立解析模型，因此，不可能利用解析方法安全性無(wú)

10、危險(xiǎn)有危險(xiǎn)（人身、設(shè)備）無(wú)危險(xiǎn)經(jīng)濟(jì)性花費(fèi)不多費(fèi)用很大花費(fèi)少耗時(shí)性中等長(zhǎng)短準(zhǔn)確性可以做到很準(zhǔn)確十分準(zhǔn)確要做較多假設(shè)，有較大誤差方便性可以做到十分方便受現(xiàn)場(chǎng)限制，不方便方便仿真技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)、理論研究的對(duì)比仿真技術(shù)物理實(shí)驗(yàn)理論研究可22質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)23其中：X 狀態(tài)向量 A 系統(tǒng)矩陣 B 輸入矩陣 f(t)輸入變量 C 輸出矩陣 D 直接轉(zhuǎn)移矩陣其中：X 狀態(tài)向量24計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件25n根據(jù)研究的目的編制試驗(yàn)方案：n1.改變M、B、K，保持f(t)不變，研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)懸掛系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的影響；n2.改變f(t)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變，研究系統(tǒng)所受激振

11、力對(duì)懸掛系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的影響；n最后根據(jù)仿真試驗(yàn)結(jié)果，給出相關(guān)結(jié)論。根據(jù)研究的目的編制試驗(yàn)方案：26建立仿真模型n應(yīng)用編程語(yǔ)言n應(yīng)用仿真語(yǔ)言或環(huán)境建立仿真模型應(yīng)用編程語(yǔ)言27n應(yīng)用歐拉法、梯形法或RK法等仿真算法，將上述數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為便于編程的仿真模型：應(yīng)用編程語(yǔ)言應(yīng)用編程語(yǔ)言應(yīng)用歐拉法、梯形法或RK法等仿真算法，將上述數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為28應(yīng)用仿真語(yǔ)言或環(huán)境n應(yīng)用ADAMSn應(yīng)用MATLAB應(yīng)用仿真語(yǔ)言或環(huán)境應(yīng)用ADAMS29計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件30計(jì)算機(jī)仿真的一般步驟1、確定系統(tǒng)分析目標(biāo)，進(jìn)行系統(tǒng)分析，建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型2、在系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，建立系統(tǒng)的仿真模型3、編程或選

12、用仿真語(yǔ)言4、制定仿真實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)5、分析仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，修改模型本章目錄計(jì)算機(jī)仿真的一般步驟1、確定系統(tǒng)分析目標(biāo)，進(jìn)行系統(tǒng)分析，建立31給點(diǎn)小提示n一、拉普拉斯變換n1.拉氏變換的定義給點(diǎn)小提示一、拉普拉斯變換32n2.拉氏變換的幾個(gè)定理n線性定理n衰減定理n延時(shí)定理n相似定理n微分定理n積分定理n終值定理n初值定理n卷積定理連續(xù)系統(tǒng)仿真2.拉氏變換的幾個(gè)定理連續(xù)系統(tǒng)仿真33線性定理返回返回返回返回線性定理返回34衰減定理 延時(shí)定理相似定理返回返回返回返回衰減定理 延時(shí)定理相似定理返回35微分定理GOGO微分定理GO36積分定理終值定理返回返回返回返回積分定理終值定理返回37初值定理

13、卷積定理初值定理卷積定理38n二、拉氏逆變換n直接求解法、查表法（系數(shù)比較法、留數(shù)法）二、拉氏逆變換39n三、應(yīng)用拉氏變換求解微分方程n例:用拉氏變換解微分方程n初始條件:三、應(yīng)用拉氏變換求解微分方程40n四、控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)n1.定義n2.典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)n比例環(huán)節(jié)n微分環(huán)節(jié)n積分環(huán)節(jié)n慣性環(huán)節(jié)n二階環(huán)節(jié)n延時(shí)環(huán)節(jié)四、控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)411.定義返回返回返回返回1.定義返回42比例環(huán)節(jié)微分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)返回返回返回返回比例環(huán)節(jié)微分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)返回43慣性環(huán)節(jié)二階環(huán)節(jié)延時(shí)環(huán)節(jié)返回返回返回返回慣性環(huán)節(jié)二階環(huán)節(jié)延時(shí)環(huán)節(jié)返回44第第2章章 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真第2章 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)

14、字仿真45對(duì)于一個(gè)集中參數(shù)的連續(xù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，利用我們學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)所能直接建立的數(shù)學(xué)模型形式有哪些呢？高階微分方程高階微分方程傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)對(duì)于一個(gè)集中參數(shù)的連續(xù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，利用我們學(xué)高階微分方程傳遞函46上述模型不能在數(shù)字機(jī)上直接求解！那么能夠在數(shù)字計(jì)算機(jī)上直接求解的數(shù)學(xué)模型形式又是什么樣的呢？差分方程差分方程上述方程形式由何而來(lái)的？一階微分方程一階微分方程仿真模型數(shù)值積分算法怎么來(lái)？上述模型不能在數(shù)字機(jī)上直接求解！那么能夠在數(shù)字計(jì)算差分方程上47動(dòng)態(tài)方程高階微分方程傳遞函數(shù)模型變換動(dòng)態(tài)方程高階微分方程模型變換48高階微分方程高階微分方程傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)差分方程差分方程兩次模型變

15、換動(dòng)態(tài)方程動(dòng)態(tài)方程等價(jià)等價(jià)變換變換近似近似變換變換高階微分方程差分方程兩次模型變換動(dòng)態(tài)方程等價(jià)變換近似變換492 21 1 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型引進(jìn)算子 1高階微分方程21 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型引進(jìn)算子 1高階微分方程502傳遞函數(shù)2傳遞函數(shù)513狀態(tài)空間描述1由微分方程導(dǎo)出狀態(tài)空間表達(dá)式引進(jìn)如下?tīng)顟B(tài)變量：假定一個(gè)連續(xù)系統(tǒng)可用下式來(lái)描述 3狀態(tài)空間描述1由微分方程導(dǎo)出狀態(tài)空間表達(dá)式引進(jìn)如下?tīng)顟B(tài)52計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件53計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件54令 則有令 則有55例 系統(tǒng)的微分方程式 設(shè)狀態(tài)變量為 例 系統(tǒng)的微分方程式 設(shè)狀態(tài)變量為 562

16、由傳遞函數(shù)導(dǎo)出狀態(tài)空間表達(dá)式 1）并聯(lián)程序法（mn）若G（s）有n個(gè)單極點(diǎn) 2由傳遞函數(shù)導(dǎo)出狀態(tài)空間表達(dá)式 1）并聯(lián)程序法（mn）57引進(jìn)n個(gè)狀態(tài)變量 令 引進(jìn)n個(gè)狀態(tài)變量 令 58計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件59例 例 60計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件612）串聯(lián)程序法為G(s)的單極點(diǎn) 為G(s)的零點(diǎn) 2）串聯(lián)程序法為G(s)的單極點(diǎn) 為G(s)的零點(diǎn) 621分子、分母均為一階 設(shè)第i個(gè)子系統(tǒng)的表達(dá)式為 1分子、分母均為一階 設(shè)第i個(gè)子系統(tǒng)的表達(dá)式為 632分子為常數(shù) 第j個(gè)子系統(tǒng)，2分子為常數(shù) 第j個(gè)子系統(tǒng)，64例 例 65子系統(tǒng)1 子系統(tǒng)2 子系統(tǒng)3 子系統(tǒng)1

17、 子系統(tǒng)2 子系統(tǒng)3 66計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件67差分方程22 在數(shù)字機(jī)上進(jìn)行仿真的仿真模型在數(shù)字機(jī)上進(jìn)行仿真的仿真模型 差分方程22 在數(shù)字機(jī)上進(jìn)行仿真的仿真模型 6823 數(shù)值積分法數(shù)值積分法設(shè) 初始條件 23 數(shù)值積分法設(shè) 初始條件 69歐拉公式 231 歐拉法（折線法）歐拉公式 231 歐拉法（折線法）70n幾何意義（折線）注：將圖中的y換成x幾何意義（折線）注：將圖中的y換成x71一般232 梯形法一般232 梯形法72梯形公式 233 龍格庫(kù)塔法（Runge-Kutta）x=x(t)設(shè)泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)梯形公式 233 龍格庫(kù)塔法（Runge-Kutta）73在 處展

18、開(kāi)成泰勒級(jí)數(shù)，只保留至 x=x(t)在 處展開(kāi)成泰勒級(jí)數(shù)，只保留至 x=x(t)74二階龍格庫(kù)塔法，即為梯形公式 二階龍格庫(kù)塔法，即為梯形公式 75四階龍格庫(kù)塔公式：四階龍格庫(kù)塔公式：76一階微分方程四階龍格庫(kù)塔法的c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)(宏定義)#include#include#define F(t,x)$void main(void)float t0,x0,k1,k2,k3,k4,t1,x1,h;int n,i;printf(“Input t0 x0 h n=n”);scanf(“%f%f%f%d”,&t0,&x0,&h,&n);printf(“%15s%15s%15sn”,“n ”,“t ”,“x

19、”);printf(“%15s%15.6f%15.6fn”,“0 ”,t0,x0);一階微分方程四階龍格庫(kù)塔法的c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)(宏定義)#inc77for(i=1;i=n;i+)t1=t0+h;k1=F(t0,x0);k2=F(t0+h/2,x0+h*k1/2);k3=F(t0+h/2,x0+h*k2/2);k4=F(t0+h,x0+h*k3);y1=x0+h*(k1+2*k2+2*k3+k4)/6;printf(“%15d%15.6f%15.6fn”,i,t1,x1);t0=t1;x0=x1;for(i=1;i=n;i+)78一階微分方程四階龍格庫(kù)塔法的c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)(函數(shù))#include#inc

20、lude float f(float,float);void main(void)float t0,x0,k1,k2,k3,k4,t1,x1,h;int n,i;printf(“Input x0 x0 h n=n”);scanf(“%f%f%f%d”,&t0,&x0,&h,&n);printf(“%15s%15s%15sn”,“n ”,“t ”,“x ”);printf(“%15s%15.6f%15.6fn”,“0 ”,t0,x0);一階微分方程四階龍格庫(kù)塔法的c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)(函數(shù))#inclu79for(i=1;i=n;i+)t1=t0+h;k1=f(t0,x0);k2=f(t0+h/2,x0+

21、h*k1/2);k3=f(t0+h/2,x0+h*k2/2);k4=f(t0+h,x0+h*k3);y1=x0+h*(k1+2*k2+2*k3+k4)/6;printf(“%15d%15.6f%15.6fn”,i,t1,x1);t0=t1;x0=x1;for(i=1;i=n;i+)80float f(float t,float x)float x1;x1=$;return x1;float f(float t,float x)8124 四階龍格庫(kù)塔法算法通式(i=1,2,n)24 四階龍格庫(kù)塔法算法通式(i=1,2,n)82令(i=1,2,n;j=1,2,3,4)令(i=1,2,n;j=1,2

22、,3,4)832.5 仿真舉例-機(jī)械諧振系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真 2.5 仿真舉例-機(jī)械諧振系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真 84計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件85計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件86計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件87計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件88n根據(jù)研究的目的編制試驗(yàn)方案：n1.改變M、B、K，保持f(t)不變，研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)諧振系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的影響；n2.改變f(t)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變，研究系統(tǒng)所受激振力對(duì)諧振系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的影響；根據(jù)研究的目的編制試驗(yàn)方案：89選擇編程語(yǔ)言，編制仿真程序；仿真程序調(diào)試；仿真試驗(yàn)運(yùn)行；仿真結(jié)果分析（正確性分析、精度分析、

23、可靠性分析、穩(wěn)定性分析等）仿真系統(tǒng)VV&A。選擇編程語(yǔ)言，編制仿真程序；90作業(yè)1（15%）用c語(yǔ)言編制歐拉法、梯形法和四階RK法算法程序，求解下面方程并將計(jì)算結(jié)果與解析解比較之。解析解：作業(yè)1（15%）用c語(yǔ)言編制歐拉法、梯形法和四階RK法算法91第3章 連續(xù)系統(tǒng)離散相似法數(shù)字仿真 連續(xù)系統(tǒng)的離散化第3章 連續(xù)系統(tǒng)離散相似法數(shù)字仿真 連續(xù)系統(tǒng)的離散化92令 系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣 注：令 系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣 注：93系統(tǒng)離散化后，對(duì)于k及k+1兩個(gè)依此相連的采樣瞬時(shí)，有 系統(tǒng)離散化后，對(duì)于k及k+1兩個(gè)依此相連的采樣瞬時(shí)，有 94由于上式右端與積分k無(wú)關(guān)，則令k=0，而k與k+1之間 由于上式右

24、端與積分k無(wú)關(guān)，則令k=0，而k與k+1之間 95即 這就是一個(gè)連續(xù)系統(tǒng)離散化的狀態(tài)方程的解，其中即 這就是一個(gè)連續(xù)系統(tǒng)離散化的狀態(tài)方程的解，其中96例 已知線性系統(tǒng)的狀態(tài)方程為：其中：解：例 已知線性系統(tǒng)的狀態(tài)方程為：其中：解：97計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件98作業(yè)2（25%）應(yīng)用四階RK算法，編制機(jī)械諧振系統(tǒng)仿真程序，研究在正弦載荷作用下系統(tǒng)彈性系數(shù)與阻尼系數(shù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的影響。假定M=200kg，正弦載荷幅值500N，角頻率為1，初相位為0。實(shí)現(xiàn)方式：c語(yǔ)言版和MATLAB版。作業(yè)2（25%）應(yīng)用四階RK算法，編制機(jī)械諧振系統(tǒng)仿真程序99計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)P

25、P課件100計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件101本門(mén)課程的目標(biāo)本門(mén)課程的目標(biāo)n熟悉一個(gè)概念n掌握一種方法n精通一項(xiàng)技術(shù)n會(huì)用一款軟件本門(mén)課程的目標(biāo)熟悉一個(gè)概念102結(jié)課方式結(jié)課方式n考試+作業(yè)+上機(jī)n考試：開(kāi)卷（60%）n作業(yè)+上機(jī)（40%）結(jié)課方式考試+作業(yè)+上機(jī)103參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)n1.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)，劉瑞葉等編，電子工業(yè)出版社n2.系統(tǒng)仿真概論，肖田元等編，清華大學(xué)出版社n3.現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用，康風(fēng)舉編，國(guó)防工業(yè)出版社n4.先進(jìn)仿真技術(shù)與仿真環(huán)境，熊光楞編，國(guó)防工業(yè)出版社n5.系統(tǒng)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)，吳啟迪主編，化學(xué)工業(yè)出版社n6.MATLAB 7.0從入門(mén)到精通，劉保柱等

26、編，人民郵電出版社參考文獻(xiàn)1.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)，劉瑞葉等編，電子工業(yè)出版社104第1章 概述Three topics to be discussedThree topics to be discussedWWHWhy to learnWhat to learnHow to learn第1章 概述Three topics to be discu105理解并掌握仿真的概念、分類、作用；了解計(jì)算機(jī)仿真的發(fā)展歷程、應(yīng)用領(lǐng)域及目前研究、應(yīng)用現(xiàn)狀；熟悉掌握計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真的基本過(guò)程。本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求理解并掌握仿真的概念、分類、作用；本章學(xué)習(xí)要求1061.1 仿真的基本概念及其分類1.1.1 系統(tǒng)仿

27、真的定義、分類及作用1.1.2 計(jì)算機(jī)仿真的定義及其分類1.2 計(jì)算機(jī)仿真的發(fā)展及其應(yīng)用領(lǐng)域1.3 計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真的基本過(guò)程1.4 先進(jìn)仿真技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件1071.1 仿真（simulation)的基本概念及其分類n1.1.1 系統(tǒng)仿真的定義、分類及其作用n1）系統(tǒng)仿真的定義n系統(tǒng)仿真是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)模型的某種操作，研究一個(gè)存在的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)。簡(jiǎn)言之，系統(tǒng)仿真是對(duì)系統(tǒng)模型的試驗(yàn)，即在仿真中，系統(tǒng)的模型在一定的試驗(yàn)條件下被行為產(chǎn)生器驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生模型行為。1.1 仿真（simulation)的基本概念及其分類1.11082）系統(tǒng)仿真的分類-系統(tǒng)模型分類方式物理仿真系統(tǒng)模型

28、為物理模型：實(shí)物模型(PM)。數(shù)字仿真系統(tǒng)模型為數(shù)字模型：數(shù)學(xué)模型和幾何模型（MM&GM）。半物理仿真既有物理模型也有數(shù)字模型。2）系統(tǒng)仿真的分類-系統(tǒng)模型分類方式1093）系統(tǒng)仿真的作用優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在復(fù)雜的系統(tǒng)建立以前，能夠通過(guò)改變仿真模型結(jié)構(gòu)和調(diào)整參數(shù)來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)(MM)。對(duì)系統(tǒng)或系統(tǒng)的某一部分進(jìn)行性能評(píng)價(jià)(MM)。節(jié)省費(fèi)用。重現(xiàn)系統(tǒng)故障，以便判斷故障產(chǎn)生的原因(GM)。可以避免試驗(yàn)的危險(xiǎn)性。進(jìn)行系統(tǒng)抗干擾性能的分析研究(MM)。訓(xùn)練系統(tǒng)操作人員(GM)。系統(tǒng)仿真能為管理決策和技術(shù)決策提供依據(jù)。正因?yàn)榉抡婕夹g(shù)對(duì)國(guó)防建設(shè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究均具有極大的應(yīng)用價(jià)值，所以，仿真技術(shù)被美國(guó)國(guó)家

29、關(guān)鍵技術(shù)委員會(huì)于1991年確定為影響美國(guó)國(guó)家安全及繁榮的22項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一。本章目錄3）系統(tǒng)仿真的作用本章目錄1101.1.2 計(jì)算機(jī)仿真(Computer Simulation)的定義及其分類n1)計(jì)算機(jī)仿真的定義n計(jì)算機(jī)仿真是指應(yīng)用幾何和性能相似原理，構(gòu)成數(shù)字模型，在計(jì)算機(jī)上對(duì)系統(tǒng)數(shù)字模型進(jìn)行某種操作。計(jì)算機(jī)仿真又稱為數(shù)字仿真。1.1.2 計(jì)算機(jī)仿真(Computer Simulatio111 根據(jù)計(jì)算機(jī)分類 模擬計(jì)算機(jī)仿真、數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真、模擬數(shù)字混合仿真 根據(jù)仿真時(shí)鐘與實(shí)際時(shí)鐘的比例關(guān)系 實(shí)時(shí)仿真、欠實(shí)時(shí)仿真、超實(shí)時(shí)仿真 根據(jù)系統(tǒng)模型的特性 連續(xù)系統(tǒng)仿真、離散事件系統(tǒng)仿真本章目錄計(jì)算機(jī)

30、仿真的分類 根據(jù)計(jì)算機(jī)分類本章目錄計(jì)算機(jī)仿真的分類1121.2 計(jì)算機(jī)仿真的發(fā)展計(jì)算機(jī)仿真的發(fā)展 及其應(yīng)用領(lǐng)域及其應(yīng)用領(lǐng)域1)計(jì)算機(jī)仿真的發(fā)展第一階段:模擬仿真技術(shù)發(fā)展階段,1950年以前。動(dòng)因：火炮與飛行控制動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的研究。第二階段：混合仿真技術(shù)發(fā)展階段，5060年代。動(dòng)因：洲際導(dǎo)彈和宇宙飛船飛行姿態(tài)及軌道控制動(dòng)力學(xué)的研究。第三階段：數(shù)字仿真技術(shù)發(fā)展階段，70年代以后。模擬機(jī)混合機(jī)數(shù)字機(jī)1.2 計(jì)算機(jī)仿真的發(fā)展 及其應(yīng)用領(lǐng)域1)計(jì)113計(jì)算機(jī)仿真的應(yīng)用類型:系統(tǒng)設(shè)計(jì)器 對(duì)尚未有的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)采用仿真技術(shù)；系統(tǒng)分析器 對(duì)已有系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)采用仿真技術(shù)；系統(tǒng)預(yù)測(cè)器 在系統(tǒng)運(yùn)行前，利用仿真模型

31、作為預(yù)測(cè)器，向用戶提供系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)后，可能產(chǎn)生什么現(xiàn)象，以便用戶修訂計(jì)劃或決策；系統(tǒng)觀測(cè)器 在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，利用仿真模型作為觀測(cè)器，給用戶提供過(guò)去、現(xiàn)在甚至未來(lái)的信息，以便用戶實(shí)時(shí)作出正確的決策，比如利用仿真技術(shù)進(jìn)行故障分析和故障處理；系統(tǒng)訓(xùn)練器 利用仿真模型作為訓(xùn)練器，訓(xùn)練系統(tǒng)操作人員或管理人員計(jì)算機(jī)仿真的應(yīng)用類型:1142)計(jì)算機(jī)仿真的應(yīng)用領(lǐng)域 從歷史上看，仿真技術(shù)首先被應(yīng)用于那些在實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)有危險(xiǎn)、花費(fèi)巨大的領(lǐng)域，比如：航空、航天、武器系統(tǒng)等，以后逐漸擴(kuò)大到雖然可在實(shí)際系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn)，但花費(fèi)較大、耗時(shí)較長(zhǎng)、不大方便的一些領(lǐng)域，比如：冶金、化工、電力等；近十幾年來(lái)，則進(jìn)一步擴(kuò)大到制造、

32、交通、環(huán)境、生態(tài)、生物、石油等領(lǐng)域。綜觀仿真技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大的歷史，可以得到以下幾個(gè)有意義的結(jié)論：2)計(jì)算機(jī)仿真的應(yīng)用領(lǐng)域115仿真技術(shù)在應(yīng)用上的安全性一直是被采用的最主要原因；仿真技術(shù)在應(yīng)用上的經(jīng)濟(jì)性也是被采用的十分重要的原因；仿真技術(shù)一般是從學(xué)院式的局部應(yīng)用逐步走向全面應(yīng)用，其標(biāo)志是對(duì)某領(lǐng)域的仿真應(yīng)用而設(shè)立的仿真中心；仿真技術(shù)在每一階段都有一個(gè)比較成熟的應(yīng)用領(lǐng)域；根據(jù)仿真的應(yīng)用范圍，研制和開(kāi)發(fā)了一大批仿真產(chǎn)品，如各種仿真語(yǔ)言及仿真軟件包，各種訓(xùn)練仿真器等等。為了推廣仿真技術(shù)的應(yīng)用，幾乎所有的仿真語(yǔ)言都推出了PC版。計(jì)算機(jī)仿真應(yīng)用視頻仿真技術(shù)在應(yīng)用上的安全性一直是被采用的最主要原因；計(jì)算

33、機(jī)仿116計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件1171.3 計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真的基本過(guò)程n為了使大家對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真有一個(gè)全面的了解，讓我們用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)予以說(shuō)明。1.3 計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真的基本過(guò)程為了使大家對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真有118計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件119卓越的操控性、穩(wěn)定性和舒適性卓越的操控性、穩(wěn)定性和舒適性120汽車懸掛系統(tǒng)汽車懸掛系統(tǒng)121n問(wèn)題：n如何分析研究并保證設(shè)計(jì)出或設(shè)計(jì)中的懸架系統(tǒng)具有這種卓越性能？研究方法：1 理論方法2 實(shí)驗(yàn)方法3 仿真方法問(wèn)題：研究方法：122仿真技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)、理論研究的對(duì)比仿真技術(shù)物理實(shí)驗(yàn)理論研究可能性只要能建立系統(tǒng)模型，就能進(jìn)

34、行系統(tǒng)尚未建立，則不可能；有的自然系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)周期太長(zhǎng)，也不可能有的系統(tǒng)無(wú)法建立解析模型，因此，不可能利用解析方法安全性無(wú)危險(xiǎn)有危險(xiǎn)（人身、設(shè)備）無(wú)危險(xiǎn)經(jīng)濟(jì)性花費(fèi)不多費(fèi)用很大花費(fèi)少耗時(shí)性中等長(zhǎng)短準(zhǔn)確性可以做到很準(zhǔn)確十分準(zhǔn)確要做較多假設(shè)，有較大誤差方便性可以做到十分方便受現(xiàn)場(chǎng)限制，不方便方便仿真技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)、理論研究的對(duì)比仿真技術(shù)物理實(shí)驗(yàn)理論研究可123質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)124其中：X 狀態(tài)向量 A 系統(tǒng)矩陣 B 輸入矩陣 f(t)輸入變量 C 輸出矩陣 D 直接轉(zhuǎn)移矩陣其中：X 狀態(tài)向量125計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件126n根據(jù)研究的目的編制試驗(yàn)方案：n1.改變M、

35、B、K，保持f(t)不變，研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)懸掛系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的影響；n2.改變f(t)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變，研究系統(tǒng)所受激振力對(duì)懸掛系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的影響；n最后根據(jù)仿真試驗(yàn)結(jié)果，給出相關(guān)結(jié)論。根據(jù)研究的目的編制試驗(yàn)方案：127建立仿真模型n應(yīng)用編程語(yǔ)言n應(yīng)用仿真語(yǔ)言或環(huán)境建立仿真模型應(yīng)用編程語(yǔ)言128n應(yīng)用歐拉法、梯形法或RK法等仿真算法，將上述數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為便于編程的仿真模型：應(yīng)用編程語(yǔ)言應(yīng)用編程語(yǔ)言應(yīng)用歐拉法、梯形法或RK法等仿真算法，將上述數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為129應(yīng)用仿真語(yǔ)言或環(huán)境n應(yīng)用ADAMSn應(yīng)用MATLAB應(yīng)用仿真語(yǔ)言或環(huán)境應(yīng)用ADAMS130計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件

36、131計(jì)算機(jī)仿真的一般步驟1、確定系統(tǒng)分析目標(biāo)，進(jìn)行系統(tǒng)分析，建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型2、在系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，建立系統(tǒng)的仿真模型3、編程或選用仿真語(yǔ)言4、制定仿真實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)5、分析仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，修改模型本章目錄計(jì)算機(jī)仿真的一般步驟1、確定系統(tǒng)分析目標(biāo)，進(jìn)行系統(tǒng)分析，建立132給點(diǎn)小提示n一、拉普拉斯變換n1.拉氏變換的定義給點(diǎn)小提示一、拉普拉斯變換133n2.拉氏變換的幾個(gè)定理n線性定理n衰減定理n延時(shí)定理n相似定理n微分定理n積分定理n終值定理n初值定理n卷積定理連續(xù)系統(tǒng)仿真2.拉氏變換的幾個(gè)定理連續(xù)系統(tǒng)仿真134線性定理返回返回返回返回線性定理返回135衰減定理 延時(shí)定理相似定理返

37、回返回返回返回衰減定理 延時(shí)定理相似定理返回136微分定理GOGO微分定理GO137積分定理終值定理返回返回返回返回積分定理終值定理返回138初值定理卷積定理初值定理卷積定理139n二、拉氏逆變換n直接求解法、查表法（系數(shù)比較法、留數(shù)法）二、拉氏逆變換140n三、應(yīng)用拉氏變換求解微分方程n例:用拉氏變換解微分方程n初始條件:三、應(yīng)用拉氏變換求解微分方程141n四、控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)n1.定義n2.典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)n比例環(huán)節(jié)n微分環(huán)節(jié)n積分環(huán)節(jié)n慣性環(huán)節(jié)n二階環(huán)節(jié)n延時(shí)環(huán)節(jié)四、控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)1421.定義返回返回返回返回1.定義返回143比例環(huán)節(jié)微分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)返回返回返回返回比例環(huán)節(jié)微分

38、環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)返回144慣性環(huán)節(jié)二階環(huán)節(jié)延時(shí)環(huán)節(jié)返回返回返回返回慣性環(huán)節(jié)二階環(huán)節(jié)延時(shí)環(huán)節(jié)返回145第第2章章 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真第2章 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真146對(duì)于一個(gè)集中參數(shù)的連續(xù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，利用我們學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)所能直接建立的數(shù)學(xué)模型形式有哪些呢？高階微分方程高階微分方程傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)對(duì)于一個(gè)集中參數(shù)的連續(xù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，利用我們學(xué)高階微分方程傳遞函147上述模型不能在數(shù)字機(jī)上直接求解！那么能夠在數(shù)字計(jì)算機(jī)上直接求解的數(shù)學(xué)模型形式又是什么樣的呢？差分方程差分方程上述方程形式由何而來(lái)的？一階微分方程一階微分方程仿真模型數(shù)值積分算法怎么來(lái)？上述模型不能在數(shù)字機(jī)上直接求解

39、！那么能夠在數(shù)字計(jì)算差分方程上148動(dòng)態(tài)方程高階微分方程傳遞函數(shù)模型變換動(dòng)態(tài)方程高階微分方程模型變換149高階微分方程高階微分方程傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)差分方程差分方程兩次模型變換動(dòng)態(tài)方程動(dòng)態(tài)方程等價(jià)等價(jià)變換變換近似近似變換變換高階微分方程差分方程兩次模型變換動(dòng)態(tài)方程等價(jià)變換近似變換1502 21 1 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型引進(jìn)算子 1高階微分方程21 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型引進(jìn)算子 1高階微分方程1512傳遞函數(shù)2傳遞函數(shù)1523狀態(tài)空間描述1由微分方程導(dǎo)出狀態(tài)空間表達(dá)式引進(jìn)如下?tīng)顟B(tài)變量：假定一個(gè)連續(xù)系統(tǒng)可用下式來(lái)描述 3狀態(tài)空間描述1由微分方程導(dǎo)出狀態(tài)空間表達(dá)式引進(jìn)如下?tīng)顟B(tài)153計(jì)算機(jī)

40、仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件154計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件155令 則有令 則有156例 系統(tǒng)的微分方程式 設(shè)狀態(tài)變量為 例 系統(tǒng)的微分方程式 設(shè)狀態(tài)變量為 1572由傳遞函數(shù)導(dǎo)出狀態(tài)空間表達(dá)式 1）并聯(lián)程序法（mn）若G（s）有n個(gè)單極點(diǎn) 2由傳遞函數(shù)導(dǎo)出狀態(tài)空間表達(dá)式 1）并聯(lián)程序法（mn）158引進(jìn)n個(gè)狀態(tài)變量 令 引進(jìn)n個(gè)狀態(tài)變量 令 159計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件160例 例 161計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件1622）串聯(lián)程序法為G(s)的單極點(diǎn) 為G(s)的零點(diǎn) 2）串聯(lián)程序法為G(s)的單極點(diǎn) 為G(s)的零點(diǎn) 1631分子、分

41、母均為一階 設(shè)第i個(gè)子系統(tǒng)的表達(dá)式為 1分子、分母均為一階 設(shè)第i個(gè)子系統(tǒng)的表達(dá)式為 1642分子為常數(shù) 第j個(gè)子系統(tǒng)，2分子為常數(shù) 第j個(gè)子系統(tǒng)，165例 例 166子系統(tǒng)1 子系統(tǒng)2 子系統(tǒng)3 子系統(tǒng)1 子系統(tǒng)2 子系統(tǒng)3 167計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件168差分方程22 在數(shù)字機(jī)上進(jìn)行仿真的仿真模型在數(shù)字機(jī)上進(jìn)行仿真的仿真模型 差分方程22 在數(shù)字機(jī)上進(jìn)行仿真的仿真模型 16923 數(shù)值積分法數(shù)值積分法設(shè) 初始條件 23 數(shù)值積分法設(shè) 初始條件 170歐拉公式 231 歐拉法（折線法）歐拉公式 231 歐拉法（折線法）171n幾何意義（折線）注：將圖中的y換成x幾何意義（

42、折線）注：將圖中的y換成x172一般232 梯形法一般232 梯形法173梯形公式 233 龍格庫(kù)塔法（Runge-Kutta）x=x(t)設(shè)泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)梯形公式 233 龍格庫(kù)塔法（Runge-Kutta）174在 處展開(kāi)成泰勒級(jí)數(shù)，只保留至 x=x(t)在 處展開(kāi)成泰勒級(jí)數(shù)，只保留至 x=x(t)175二階龍格庫(kù)塔法，即為梯形公式 二階龍格庫(kù)塔法，即為梯形公式 176四階龍格庫(kù)塔公式：四階龍格庫(kù)塔公式：177一階微分方程四階龍格庫(kù)塔法的c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)(宏定義)#include#include#define F(t,x)$void main(void)float t0,x0,k1,k2,k3,k

43、4,t1,x1,h;int n,i;printf(“Input t0 x0 h n=n”);scanf(“%f%f%f%d”,&t0,&x0,&h,&n);printf(“%15s%15s%15sn”,“n ”,“t ”,“x ”);printf(“%15s%15.6f%15.6fn”,“0 ”,t0,x0);一階微分方程四階龍格庫(kù)塔法的c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)(宏定義)#inc178for(i=1;i=n;i+)t1=t0+h;k1=F(t0,x0);k2=F(t0+h/2,x0+h*k1/2);k3=F(t0+h/2,x0+h*k2/2);k4=F(t0+h,x0+h*k3);y1=x0+h*(k1+2

44、*k2+2*k3+k4)/6;printf(“%15d%15.6f%15.6fn”,i,t1,x1);t0=t1;x0=x1;for(i=1;i=n;i+)179一階微分方程四階龍格庫(kù)塔法的c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)(函數(shù))#include#include float f(float,float);void main(void)float t0,x0,k1,k2,k3,k4,t1,x1,h;int n,i;printf(“Input x0 x0 h n=n”);scanf(“%f%f%f%d”,&t0,&x0,&h,&n);printf(“%15s%15s%15sn”,“n ”,“t ”,“x ”);prin

45、tf(“%15s%15.6f%15.6fn”,“0 ”,t0,x0);一階微分方程四階龍格庫(kù)塔法的c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)(函數(shù))#inclu180for(i=1;i=n;i+)t1=t0+h;k1=f(t0,x0);k2=f(t0+h/2,x0+h*k1/2);k3=f(t0+h/2,x0+h*k2/2);k4=f(t0+h,x0+h*k3);y1=x0+h*(k1+2*k2+2*k3+k4)/6;printf(“%15d%15.6f%15.6fn”,i,t1,x1);t0=t1;x0=x1;for(i=1;i=n;i+)181float f(float t,float x)float x1;x1=$;r

46、eturn x1;float f(float t,float x)18224 四階龍格庫(kù)塔法算法通式(i=1,2,n)24 四階龍格庫(kù)塔法算法通式(i=1,2,n)183令(i=1,2,n;j=1,2,3,4)令(i=1,2,n;j=1,2,3,4)1842.5 仿真舉例-機(jī)械諧振系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真 2.5 仿真舉例-機(jī)械諧振系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真 185計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件186計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件187計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件188計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件189n根據(jù)研究的目的編制試驗(yàn)方案：n1.改變M、B、K，保持f(t)不變，

47、研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)諧振系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的影響；n2.改變f(t)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變，研究系統(tǒng)所受激振力對(duì)諧振系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的影響；根據(jù)研究的目的編制試驗(yàn)方案：190選擇編程語(yǔ)言，編制仿真程序；仿真程序調(diào)試；仿真試驗(yàn)運(yùn)行；仿真結(jié)果分析（正確性分析、精度分析、可靠性分析、穩(wěn)定性分析等）仿真系統(tǒng)VV&A。選擇編程語(yǔ)言，編制仿真程序；191作業(yè)1（15%）用c語(yǔ)言編制歐拉法、梯形法和四階RK法算法程序，求解下面方程并將計(jì)算結(jié)果與解析解比較之。解析解：作業(yè)1（15%）用c語(yǔ)言編制歐拉法、梯形法和四階RK法算法192第3章 連續(xù)系統(tǒng)離散相似法數(shù)字仿真 連續(xù)系統(tǒng)的離散化第3章 連續(xù)系統(tǒng)離散相似法數(shù)字仿真 連續(xù)

48、系統(tǒng)的離散化193令 系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣 注：令 系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣 注：194系統(tǒng)離散化后，對(duì)于k及k+1兩個(gè)依此相連的采樣瞬時(shí)，有 系統(tǒng)離散化后，對(duì)于k及k+1兩個(gè)依此相連的采樣瞬時(shí)，有 195由于上式右端與積分k無(wú)關(guān)，則令k=0，而k與k+1之間 由于上式右端與積分k無(wú)關(guān)，則令k=0，而k與k+1之間 196即 這就是一個(gè)連續(xù)系統(tǒng)離散化的狀態(tài)方程的解，其中即 這就是一個(gè)連續(xù)系統(tǒng)離散化的狀態(tài)方程的解，其中197例 已知線性系統(tǒng)的狀態(tài)方程為：其中：解：例 已知線性系統(tǒng)的狀態(tài)方程為：其中：解：198計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件199作業(yè)2（25%）應(yīng)用四階RK算法，編制機(jī)械諧振系統(tǒng)仿真程序，研究在正弦載荷作用下系統(tǒng)彈性系數(shù)與阻尼系數(shù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的影響。假定M=200kg，正弦載荷幅值500N，角頻率為1，初相位為0。實(shí)現(xiàn)方式：c語(yǔ)言版和MATLAB版。作業(yè)2（25%）應(yīng)用四階RK算法，編制機(jī)械諧振系統(tǒng)仿真程序200計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件201計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)PP課件202