计算机仿真技术01.ppt

计算机仿真技术 Lecture01 计算机仿真技术 从一个问题开始 随便在您身边都可能找到一个使您为难的问题，尤其是在工作中，许多事先没有想到或是想到了却无法预测结果，或者无法事先演练的事情给我们带来了诸多烦恼。这里不妨先从一个实际问题开始看看问题是如何产生，如何分析和解决的。 从一个问题开始 这是一个很实际的问题，在某浴池的供水系统中用烧到一定温度的热水和一定温度的冷水混合配成适当温度的洗浴用水。初期是根据经验或者感觉测试混合后洗浴水的温度的方式控制其温度的变化，由于这样做存在很大偏差，顾客意见非常大。因此需要设计一个能自动控制冷、热水流量的装置，从而控制水罐中流出的水温。假设供水装置中的混合水罐不存在热量散失的问题，同时进入水罐中的热水，冷水在某种搅拌装置的作用下能够均匀混合，配成温度适当洗浴水。 从一个问题开始 系统示意图 从一个问题开始 现在的问题是如何设计这种冷、热水配比的方案，才能使水罐中流出的水的温度达到满意的程度，从而为装置的制造提供实验数据，并能事先模拟装置运行的效果。在开展这项工作的过程中，大致采取了以下几个步骤： 从一个问题开始 1.对背景进行详细了解，明确了研究的目的对项目内容进行详细了解，主要是对研究课题进行问题的提取，即找出问题的条件、课题的目的、解决课题时存在的问题以及如何从问题的详细资料中提取出问题关系的变量与数据表示等。 对某浴池供水系统储水罐，在深入调查后可以得出如下分析内容： （1）问题涉及的主要物理对象有四项：水罐、冷水入口、热水入口、水罐出水口。 （2）研究的目的是如何控制冷、热水的流量，使水罐出水口的水温达到理想的温度。 从一个问题开始 2.将对背景分析的内容列表，整理出研究中相关的客体及其参数如上所述，问题中涉及的主要客体为水罐、冷热水入口、水罐出水口、水罐中的水等。它们都有一定的属性，其中有一些可以引起水罐中水温变化的因素，将所有这些内容整理清楚以便于对问题求解。注意所有列出的客体属性都必须与题目所研究的目的有所关联。例如冷水口的流速是与整个水罐的温度控制有关联的。在上述分析的基础上，题目中所有客体与研究目的关联的所有属性，见下表。同时研究题目可以定为： 水温控制系统 从一个问题开始 水温控制系统研究对象 从一个问题开始 3.利用上面对项目内容的列表设计出相应的变量，便于建立系统中属性间的关系 从一个问题开始 第3步的主要内容是将属性根据在题目中的变化关系用符号表示，例如冷、热水口的流速和温度两个属性，流速是可以控制的，而且随时间变化，所以设为F1(t), F2(t),而温度可以认为在一段时间内不会变化，因此设为c1，c2。在进行变量和参数设计的同时收集研究对象中相关的温度及常用的水罐参数等。 从一个问题开始 4.根据相关的原理，建立水罐中水流速度和水温变化的表达式： dV(t)/dt=F1(t)+F2(t)-F(t) （1） d[c(t)V(t)]/dt=c1F1(t)+c2F2(t)-c(t)F(t) （2） 出水口水流速度与水位关系的表达式： F(t)=K*sqrt(h(t))=K*sqrt(V(t)/S) （3） 式子，K为实验参数。 从一个问题开始 5.根据实际情况的要求，建立合理的水流、温度等变量之间的数学关系 联立上述数学关系，并且检验其中所求的未知量与得到的数学关系是否匹配，否则很难求得所要求的量。本例中要求冷、热入水口的水流速度，并且对水罐中水位的高度进行限制：0h(t)H。其中H是水罐的内部高度。因此上述数学关系足以实现对控制量的求解。 从一个问题开始 6.将水流、温度及储水温度的数学关系变换成计算机可以识别的数学关系 将式（1）~（3）联立起来整理成规范的数学式，然后使用专门的算法进行求解，可以求出F1(t), F2(t)。 V（t）不是直接测量出来的，需要按下式计算： V(t)=V0+[F1(t)+ F2(t)- F(t)]t 式中，V0为水罐的初始存水量。 从一个问题开始 7.选择合适的实验平台 选择合适的实验平台，编制适应上述关系的计算机软件。根据题目的要求，可以分两种形式的数学实现方式，一种是只进行数值计算，就是在上述数学关系的基础上只要求将任何时段的F1(t),F2(t)给出对应的数值结果即可。这种形式的求解往往借助专用的计算机软件进行编程。另一种形式的要求是不仅需要数值结果，同时需要将结果对应地用图形表现出来。例如用软件的