《系統(tǒng)仿真技術(shù)》PPT課件

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1、系統(tǒng)仿真技術(shù)崔國民熱工程研究所仿真技術(shù)是二十一世紀最關(guān)鍵技術(shù)之一！第一節(jié)系統(tǒng)仿真的概念及其意義物理系統(tǒng)數(shù)學模型仿真系統(tǒng)1、系統(tǒng)仿真的基本概念定義：運用物理模型或數(shù)學模型代替實際系統(tǒng)進行實驗和研究。*不是實際系統(tǒng)*離不開系統(tǒng)關(guān)系：物理系統(tǒng)、數(shù)學模型、仿真系統(tǒng)三者的關(guān)系相似原理物理仿真建模仿真分類實現(xiàn)上物理仿真數(shù)學仿真混合仿真縮小的實物模型仿真計算機相似原理+模擬計算算法上數(shù)字仿真模擬仿真混合仿真電子計算機功能強，精度高,串行——難實時模擬運算器功能弱，精度低并行——實時電子計算機+模擬運算器，兼具二者優(yōu)點時效上實時仿真亞時仿真超時仿真同步欠同步、落后超前，時間縮短仿真對象自然

2、的人工的存在的未來的2仿真的意義大型工業(yè)系統(tǒng)的實驗研究不允許的計劃和設(shè)計的中間實驗沒有的預(yù)測性：超時空運行效應(yīng)無法實現(xiàn)的特殊實驗：超極限，破壞性，事故不可能的節(jié)省原材料，節(jié)能，人力等經(jīng)濟性系統(tǒng)優(yōu)化、改進預(yù)見、研發(fā)仿真軟件形式，利于傳播普及性發(fā)現(xiàn)規(guī)律或科學研究科研價值3仿真系統(tǒng)的實際應(yīng)用大型仿真系統(tǒng)仿真工廠輔助訓練、人員培訓穩(wěn)態(tài)仿真動態(tài)仿真輔助設(shè)計穩(wěn)態(tài)仿真代數(shù)方程組能不能實現(xiàn)各種物質(zhì)物理化學性質(zhì)計算單元設(shè)備及系統(tǒng)物料衡算單元設(shè)備及系統(tǒng)能量衡算氣液平衡計算化學反應(yīng)動力學計算物性計算質(zhì)量守恒能量守恒兩相平衡反應(yīng)平衡動態(tài)仿真微分方程組實現(xiàn)效果如何停車可行性實驗各種擾動下的整體適應(yīng)性

3、和穩(wěn)定性自控系統(tǒng)可行性分析及實驗工藝設(shè)計與控制的協(xié)調(diào)性聯(lián)鎖保護或自動過程的可行性實驗開車可行性實驗DCS組態(tài)方案可行性工藝、自控技術(shù)改造方案的可行性動態(tài)仿真設(shè)計：采用動態(tài)仿真技術(shù)進行設(shè)計、可行性分析、實驗。輔助生產(chǎn)生產(chǎn)優(yōu)化可行性實驗裝置開、停車方案論證復雜控制系統(tǒng)方案論證調(diào)優(yōu)公司聯(lián)鎖開車功能、快門記憶控制節(jié)能、控制調(diào)優(yōu)常規(guī)控制先進控制優(yōu)化控制管控一體化事故方案和緊急救災(zāi)方案實驗——隨機事故輔助研究計算流體力學(CFD)分子仿真（MD）（DSMC）4系統(tǒng)仿真的實現(xiàn)數(shù)學建模及求解經(jīng)驗不足，對系統(tǒng)理解片面測試手段限制、數(shù)據(jù)源不全數(shù)學方法不當、不穩(wěn)定基礎(chǔ)理論有些無法解決代數(shù)不收斂、

4、微分振蕩實現(xiàn)難點建模和求解效率低形成的是過時技術(shù)解決辦法面向?qū)嶋H意志堅定善于合作人馬齊備第二節(jié)系統(tǒng)仿真建模1穩(wěn)態(tài)與動態(tài)建模的原理物理、化學變化系統(tǒng)對象行為質(zhì)量能量動量氣液兩相成份傳遞、擴散傳遞、轉(zhuǎn)換傳遞轉(zhuǎn)化反應(yīng)運動是絕對的靜止是相對的穩(wěn)態(tài)建模穩(wěn)態(tài)條件：進水=出水H不變——動態(tài)平衡——穩(wěn)態(tài)H——靜止水箱系統(tǒng)守恒方程：能量、質(zhì)量通用守恒方程：代數(shù)方程組動態(tài)建模微分方程動態(tài)變化守恒方程：能量、質(zhì)量通用守恒方程：2系統(tǒng)建模的方法初等幾何法對象系統(tǒng)設(shè)備的面積或體積等幾何量穩(wěn)態(tài)建模方法ab代數(shù)法系統(tǒng)變量間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系1、一元回歸2、初等函數(shù)法3、多元回歸單變量關(guān)系非線性關(guān)系多變量關(guān)系注意

5、計算效率飽和蒸汽壓方程多元回歸——黑箱子多元線性回歸：保證精度：分段擬合動態(tài)建模方法微分方程——變量變化率移不變的對象特征線性的方程特征非線性的時變的常微分方程偏微分方程分布參數(shù)模型集總參數(shù)模型多元時空變化一元時間變化直接微分法PVTF1F2F3空壓機出口緩沖罐原理：對穩(wěn)態(tài)關(guān)系直接進行微分處理近似為動態(tài)變量關(guān)系穩(wěn)態(tài)變量關(guān)系條件：變量變化不是很劇烈忽略次要因素壓力不是很高，溫度不是很低直接微分：問題：罐內(nèi)壓力變化規(guī)律理想氣體：原理推導法原理：根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)系進行推導燃氣輪機發(fā)電裝置三傳一反三傳：能量，動量，質(zhì)量一反：化學反應(yīng)問題：轉(zhuǎn)速變化規(guī)律動能：偏微分方程法優(yōu)點：偏導數(shù)反映

6、了空間特性——更全面的信息——分布參數(shù)模型；穩(wěn)態(tài)、動態(tài)系統(tǒng)均可描述。方法：劃分微元體流入的流率—流出的流率=微元累計速度x（x,y,z）yzdydxdzXinXoutX方向：Y方向：Z方向：整理的：第三節(jié)數(shù)值求解——仿真（模擬）過程常規(guī)模擬方法：有限差分方法、有限元法、數(shù)值積分方法……基本方法：1）描述對象——偏微分方程（物理對象數(shù)學建模）線性方程——非線性方程時間不相關(guān)——穩(wěn)態(tài)時間相關(guān)——動態(tài)2）求解格式的生成差分法——微分；有限元、數(shù)值積分——積分差分（組）——微分；微分方程（組）——代數(shù)方程差分方法：向前差分；向后差分；中心差分顯示格式隱式格式3）求代數(shù)方程組線性代數(shù)

7、方程組非線性代數(shù)方程組線性：高斯消去法、逆矩陣法、單純形法……非線性：線性化方法一般迭代法迭代法牛頓迭代法松弛技術(shù)：擬牛頓法………計算效率；收斂特性程序?qū)崿F(xiàn)：1）區(qū)域分解——幾何形狀（時間步長）系統(tǒng)坐標當?shù)刈鴺?；精度要求（不同區(qū)域要求的分辨精度不同）。2）網(wǎng)格劃分——形狀（當?shù)刈鴺讼碌姆奖憔W(wǎng)格形狀）；（時間步長）密度（物理量變化劇烈的區(qū)域）；網(wǎng)格的排序及其連接關(guān)系。3）迭代初值——影響求解速度；影響求解的穩(wěn)定性；根據(jù)基本推測和變量之間的粗略關(guān)系給出。4）數(shù)學模型的程序?qū)崿F(xiàn)迭代求解程序的編制效率程序的運行效率5）結(jié)果