計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)01

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1、Lecture01計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)1從一個(gè)問題開始隨便在您身邊都可能找到一個(gè)使您為難的問題，尤其是在工作中，許多事先沒有想到或是想到了卻無法預(yù)測結(jié)果，或者無法事先演練的事情給我們帶來了諸多煩惱。這里不妨先從一個(gè)實(shí)際問題開始看看問題是如何產(chǎn)生，如何分析和解決的。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)2從一個(gè)問題開始這是一個(gè)很實(shí)際的問題，在某浴池的供水系統(tǒng)中用燒到一定溫度的熱水和一定溫度的冷水混合配成適當(dāng)溫度的洗浴用水。初期是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者感覺測試混合后洗浴水的溫度的方式控制其溫度的變化，由于這樣做存在很大偏差，顧客意見非常大。因此需要設(shè)計(jì)

2、一個(gè)能自動控制冷、熱水流量的裝置，從而控制水罐中流出的水溫。假設(shè)供水裝置中的混合水罐不存在熱量散失的問題，同時(shí)進(jìn)入水罐中的熱水，冷水在某種攪拌裝置的作用下能夠均勻混合，配成溫度適當(dāng)洗浴水。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)3從一個(gè)問題開始系統(tǒng)示意圖計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)4從一個(gè)問題開始現(xiàn)在的問題是如何設(shè)計(jì)這種冷、熱水配比的方案，才能使水罐中流出的水的溫度達(dá)到滿意的程度，從而為裝置的制造提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并能事先模擬裝置運(yùn)行的效果。在開展這項(xiàng)工作的過程中，大致采取了以下幾個(gè)步驟：計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)5從一個(gè)問題開始1.對背景進(jìn)行詳細(xì)了解，明確了研究的目的對項(xiàng)目

3、內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)了解，主要是對研究課題進(jìn)行問題的提取，即找出問題的條件、課題的目的、解決課題時(shí)存在的問題以及如何從問題的詳細(xì)資料中提取出問題關(guān)系的變量與數(shù)據(jù)表示等。對某浴池供水系統(tǒng)儲水罐，在深入調(diào)查后可以得出如下分析內(nèi)容：（1）問題涉及的主要物理對象有四項(xiàng)：水罐、冷水入口、熱水入口、水罐出水口。（2）研究的目的是如何控制冷、熱水的流量，使水罐出水口的水溫達(dá)到理想的溫度。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)6從一個(gè)問題開始2.將對背景分析的內(nèi)容列表，整理出研究中相關(guān)的客體及其參數(shù)如上所述，問題中涉及的主要客體為水罐、冷熱水入口、水罐出水口、水罐中的

4、水等。它們都有一定的屬性，其中有一些可以引起水罐中水溫變化的因素，將所有這些內(nèi)容整理清楚以便于對問題求解。注意所有列出的客體屬性都必須與題目所研究的目的有所關(guān)聯(lián)。例如冷水口的流速是與整個(gè)水罐的溫度控制有關(guān)聯(lián)的。在上述分析的基礎(chǔ)上，題目中所有客體與研究目的關(guān)聯(lián)的所有屬性，見下表。同時(shí)研究題目可以定為：水溫控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)7從一個(gè)問題開始水溫控制系統(tǒng)研究對象系統(tǒng)名稱研究客體客體屬性影響因素水溫控制系統(tǒng)混合水罐體積冷水入口流速、溫度對注入冷水的控制熱水入口流速、溫度對注入熱水的控制水罐出水口流速、溫度計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)8從一個(gè)

5、問題開始3.利用上面對項(xiàng)目內(nèi)容的列表設(shè)計(jì)出相應(yīng)的變量，便于建立系統(tǒng)中屬性間的關(guān)系研究客體客體屬性符號混合水罐高度、截面積、體積h(t),S,V(t)冷水入口流速、溫度F1(t),c1熱水入口流速、溫度F2(t),c2水罐出水口流速、溫度F(t),c(t)水溫控制系統(tǒng)研究對象間關(guān)系、屬性表計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)9從一個(gè)問題開始第3步的主要內(nèi)容是將屬性根據(jù)在題目中的變化關(guān)系用符號表示，例如冷、熱水口的流速和溫度兩個(gè)屬性，流速是可以控制的，而且隨時(shí)間變化，所以設(shè)為F1(t),F2(t),而溫度可以認(rèn)為在一段時(shí)間內(nèi)不會變化，因此設(shè)為c1，

6、c2。在進(jìn)行變量和參數(shù)設(shè)計(jì)的同時(shí)收集研究對象中相關(guān)的溫度及常用的水罐參數(shù)等。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)10從一個(gè)問題開始4.根據(jù)相關(guān)的原理，建立水罐中水流速度和水溫變化的表達(dá)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）出水口水流速度與水位關(guān)系的表達(dá)式：F(t)=K*sqrt(h(t))=K*sqrt(V(t)/S)（3）式子，K為實(shí)驗(yàn)參數(shù)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)11從一個(gè)問題開始5.根據(jù)實(shí)際情況的要求，建立合理的水流、溫度等變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系聯(lián)

7、立上述數(shù)學(xué)關(guān)系，并且檢驗(yàn)其中所求的未知量與得到的數(shù)學(xué)關(guān)系是否匹配，否則很難求得所要求的量。本例中要求冷、熱入水口的水流速度，并且對水罐中水位的高度進(jìn)行限制：0

8、F(t)]t式中，V0為水罐的初始存水量。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)13從一個(gè)問題開始7.選擇合適的實(shí)驗(yàn)平臺選擇合適的實(shí)驗(yàn)平臺，編制適應(yīng)上述關(guān)系的計(jì)算機(jī)軟件。根據(jù)題目的要求，可以分兩種形式的數(shù)學(xué)實(shí)現(xiàn)方式，一種是只進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，就是在上述數(shù)學(xué)關(guān)系的基礎(chǔ)上只要求將任何時(shí)段的F1(t),F2(t)給出對應(yīng)的數(shù)值結(jié)果即可。