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计算机仿真技术作业

仿真技术在机械故障诊断中的应用

机制1121班

齐彦坤

201150616133

摘要

作为信息技术核心的计算机技术自其诞生之日起经历60多年的发展，已广泛应用于国民经济和社会生活中。并与仿真技术相结合，形成了计算机仿真技术这一新的研究方法。计算机仿真作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法, 随着系统科学研究的深入、控制理论、计算技术、计算机科学与技术的发展而形成的一门新兴学科。近年来, 随着信息处理技术的突飞猛进, 使仿真技术得到迅速发展。

随着机械行业的发展，各个院校相继开设了机械故障诊断专业。但普遍存在重理论而轻实践的现象，不利于机械故障诊断人才的培养。将仿真技术应用在机械故障诊断教学中，可以组建机械故障诊断仿真实验室,将计算机类的课程与机械类的课程有机结合起来，注重培养学生的动手能力。

本文系统全面地介绍了计算机仿真技术在机械故障诊断中的应用，阐述了计算机仿真技术的概念、原理、优点，简要介绍了计算机仿真技术的发展历程，文章最后重点探讨了现代仿真技术在机械故障诊断中的实例分析，即计算机仿真技术在机械故障诊断中的应用实例。

关键词：仿真机械故障诊断发展应用

一．概述

仿真技术(simulation Technology)已有半个多世纪的发展史了，在这半个多世纪里，仿真技术的发展从简单到复杂、从理论到实践、从辅助学科到解决重大工程问题的必要手段。仿真技术在计算机技术、网络技术、图形图像技术、多媒体技术、软件工程、信息处理技术、控制论、系统工程等相关技术和理论的支持、交叉、融合下，逐渐形成了一门交叉科学,成为认识客观世界的一种重要的方法。仿真技术最早主要应用于军事方面，比如航天器、航海模拟、高能武器等。随着机械行业的发展，仿真技术被迅速地推广应用到机械故障诊断领域，成为机械工程中的科学方法和有力工具。

计算机仿真技术的核心是按系统工程原理建立真实系统的计算机仿真模型，然后利用模型代替真实系统在计算机上进行实验和研究。由于近年来信息技术的发展特别是高性能海量并行处理技术，可视化技术，分布处理技术，多媒体技术，虚拟现实技术的发展，使得建立人机环境一体化的分布的多维信息交互的仿真模型和仿真环境成为可能，从而使仿真方法有了一些新的发展，形成了一些新的研究仿真方法热点。

仿真技术可以提供虚拟的仿真情境，创设一种开放的、主动的、发现式的探索式的学习环境，发展高级思维能力和问题解决能力，从而通过对该情境的操纵、观察和思考得出合理的结论。计算机仿真可以在很大程度上激发高水平思维活动，并通过反省性的、高水平的思维活动来建构深层的、灵活的、真正的知识。近几年，计算机模拟在国内外的机械故障诊断中屡见不鲜，将计算机模拟应用于机械故障诊断中，往往能够收到事半功倍的效果。

二．实例分析

2. 1柴油机运行故障计算机仿真

图1 船用柴油机故障诊断原理框图

现代船用柴油机正朝着大型化、高增压和高经济性发展,使得故障征兆与故障原因的关系更复杂,专家系统通过领域专家的实践积累知识库耗时较长。随着数值计算技术的迅猛发展,模拟柴油机各种运行工况下的工作过程已成为可能,能够实现对发动机进行燃烧分析及性能分析模拟。不仅可用来计算无故障下各种运行工况的过程参数,也可对柴油机某些增压系统、气缸活塞组件与燃烧系统、燃油系统等故障进行仿真。然后根据特征参数,参照相应规范,运用各种知识和经验,对机器状态进行识别,对早期故障进行诊断,对故障的部位、原因和程度作出判断,对机器技术状态的发展趋势进行预测,为确定维修决策提供技术依据。开发的船用二冲程涡轮增压柴油机运行性能预测程序,不仅可以模拟一个气缸有故障,而且可以模拟某几个气缸有故障下的工作状态和性能。在给定工况和设置故障状态下对涡轮增压柴油机的工作过程和运行性能进行仿真,获得发动机在此故障和工况下各处运行参数,建立相应的故障样本集,并实现船用柴油机故障诊断。

2. 2 柴油机运行故障诊断策略

用于故障诊断的方法称为故障诊断策略,故障诊断策略包括被测系统是否存在故障、识别故障的征兆和故障的性质。故障诊断实际上就是根据测量所获得的某些故障特征,以及系统故障源与故障特征之间的映射关系,找出系统的故障源的过程。

人工神经网络作为一种自适应的模式识别技术,能够通过自身的学习机制自动形成所要求的决策区域。把仿真计算所获得的状态参数,经过特征选择,找出对于故障反映最敏感的特征信号作为神经网络的输入向量,建立故障模式训练样本集,对网络进行训练;当网络训练完毕,对于每一个新输入的状态信息,网络将迅速给出分类结果。

基于神经网络的故障诊断仿真步骤是:首先对柴油机工作过程进行仿真计算,获得给定工况在设定故障下和无故障下的过程参数,经预处理提取征兆集数据,归一化为网络输入模式;第二步用已知的样本集训练网络,再实时输入征兆向量进行测试,获得该工况网络输出模式;然后对网络输出进行后处理获得诊断结果,即故障发生的位置及其严重程度,以提供作进一步处理 (如趋势分析或提出处理措施) 的依据。

2. 3网络输入变量归一化处理

对数据的预处理就是要使得经变换后的数据对于神经网络更容易训练和学习,因为原始数据幅值大小不一,相差太大。如果不进行处理,大的测量值的波动就垄断了神经网络的学习过程,不能反映小的测量值的变化。而且网络是通过调整各权值的大小以保证能学习到变量相对的重要性,若输入变量之间幅值相差很大,使得网络完成学习时,权值之间的大小相差亦很大。事实上,许多学习算法对权值范围都有限制,不能适应如此之宽广的数据变化范围。为此,需通过把输入数据归一化到能使网络所有权值都在一个不太大的范围之内,以此来减轻网络训练时的难度。

在对船用柴油机工作过程进行仿真计算之后,获得给定工况和设置故障下的过程参数的测量值，同时计算该工况无故障下各处的参数值作为基准值。实测值与基准值的偏差经过处理,获得诊断用的征兆集数据,并经归一化为网络的输入模式。

2. 4 柴油机故障诊断实例

如前所述，实船使用中由于使用条件的变化、操作维修不当,柴油机及其增压系统的污阻、损坏等均会使发动机性能恶化,严重时会发生故障,从而影响船舶营运的正常进行.为了及时处理消除故障, 必须准确判断出柴油机性能恶化的原因, 当采用人工神经网络方法时,要求给出发动机症状与故障样本集,作为专家知识库.

根据航区的不同和船舶航行过程中的实际状况,在不同的环境温度及不同的柴油机负荷条件下, 采用该程序对给定故障状态下的柴油机运行工况性能参数的模拟计算，建立船舶柴油机症状与故障样本集,作为神经网络故障诊断系统的专家知识库。

根据船用低速增压柴油机工作过程的理论分析和实际运行经验,可以确定各个子系统主要部件可能出现故障的原因,作为故障变量即输出变量；同时确定用于区别各种故障的征兆变量作为网络输入变量.因此,用船舶二冲程增压柴油机运行性能预测程序,对装船量最多的MAN2B&WL2MC型柴油机工作过程进行数值模拟计算,对其涡轮增压系统各部件故障进行模拟计算,获得各征兆变量偏离基准值的偏差。仿真实验结果可以得出故障原因与故障征兆之间的相互关系,以此建立涡轮增压系统的征兆/故障样本集.

用于模拟计算增压系统故障的变量有:空气滤清器堵塞、增压器效率下降、中冷器传热恶化、透平保护格栅堵塞、透平通流部分堵塞、废热锅炉流阻增大或气缸进排气道堵塞等.征兆/故障样本集的正确确定是神经网络进行准确故障诊断的关键.涡轮增压系统一种故障对应一个样本,为进一步诊断故障的严重程度,对每一个故障变量取2个样本,其目标值分别为0.5和1.为了反映机组运行负荷范围的征兆与故障的对应关系,对额定负荷(100%MCR)、部分负荷(90%MCR、75%MCR)和半负荷(50%MCR)四种工况给出样本.因此这部分的样本数为36个。

考虑到远洋船舶的航行范围属于无限航区,因此把大气环境温度分为三段,即283～294K、294～306K、306～318K。并分别以288K、300K、312K为样本中心,通过大量的仿真计算,得出相应的样本集(总的样本数为108个),用于训练径向基函数R BF神经网络诊断模型,从而可以实现船船舶柴油机运行故障的诊断。

网络测试结果与分析表明,给定故障分别为Ⅰ 级(严重故障),Ⅱ 级(中等故障)的输入征兆量,用训练过的RBF 网络测试:1)发动机负荷变化,大气环境温度不变 ;2)环境温度变化,如船舶航行在不同的海区,柴油机负荷不变;3)柴油机负荷改变,同时环境温度也改变.网络对给定故障所在工况的诊断识别率很高,几乎达到100%,可见采用这种诊断方法是成功而且快捷有效的,不仅对柴油机故障模式有很高的识别率,并能对故障严重程度进行定量的预测。同时,对各输入变量偏离样本值+10%或其中某个变量偏离样本值较大时(例如个别传感器有故障或数据处理有误)进行仿真实验,它们的输出向量与目标向量很接近，不会影响总的输出模式,即对征兆信号的噪声不敏感,表明这样的网络有较强的容错和抗干扰能力。

2. 风力发电机齿轮箱故障诊断及信号仿真

2.1 齿轮箱振动信号模型

齿轮箱正常工作时振动信号模型为：齿轮箱发生故障时振动信号模型为：

0()cos(2))M m z m m x t x f mt πφ==+∑(1),,0

()cos(2)N

m m n n m n n a t A f nt a π==+∑()3

60z N f Z =(2),,00()[1cos(2)]cos(2)

M N M N

m n m n m n z m x t x A f t a f mt ππφ===++?+∑∑()4 经调制后的信号模型为（公式4）：式中,m n A -幅值调制函数的第n 阶分量的幅值；,m n a -幅值调制函数的第n 阶分量的相位；n f -缺陷齿轮所在轴的转动频率。

对x(t)进行傅里叶变换得到的谱是以啮合频率（z f ）及其倍频(z Kf ，k=2，3，… )为中心，以调制频率(转频n f )及其倍频(z Kf ，k=2，3，…)为间隔形成的多对调制边频带。

2.2 MATLAB 信号仿真

图2齿轮箱轮箱内部结构简图

图2是一个风力发电机齿轮箱内部结构

简图，该齿轮箱采用的是一级行星加上两级圆

柱齿轮传动方式。它主要具有如下特点：低速

级为行星传动，传动效率高，体积小，重量轻，

有效减轻枫舱重量；行星轮结构简单，制造方

便；多个行星使功率分流。可以传递较大的功

率；合理使用了内啮合，轴向尺寸小，采用无

多余约束浮动，浮动效果好。

对齿轮箱和主轴信号的采集是通过振动

传感器来实现的。在风力发电机正常运行时进

行信号采集，将采集到的信号处理保存，在某

一次风力发电机运行异常时对信号进行采集。根据查明故障的严重等级确定适当的报警限，通过对正常运行和异常运行时的频谱进行对比，找出发生故障频谱的变化情况。通过对频谱变化的归类进行总结来确定故障发生的部位，实现对风力发电机运行的实时监控，以避免严重的故障产生。

用MATLAB 对齿轮箱的故障信号x(t)进行仿真后得到的图形如图3所示。齿轮发生故障时，

其振

动信号往往表现为齿轮的转动频率对啮合频率及其倍频的调制，在谱图上形成以啮合频率为中心，两个等间隔分布的边频带。对x(t)进行傅哩叶变换后所得到的谱，是以啮合频率及其2倍频为中心，以调制频率(旋转转频)及其2倍频为间隔形成的2对调制边频带。

图3故障信号x(t)仿真后的图形图4调幅值的振动信号

调幅后的振动信号见图4。就齿轮振动信号而言，频率调制的原因主要是齿轮啮合刚度函数由于齿轮加工误差和故障的影响而产生了相位变化，这种相位变化会由于齿轮的旋转而具有周期性。幅值调制和频率调制共同作用下，其仿真图形如图5。

有些情况下，由于得到的信号图形中峰值比较密集以致于

无法判断各个峰值的大小，此时可以利用频谱细化技术对得到

的图形进行细化，以便能够准确地从图形中得到各个峰的准确

信息。频谱细化技术对特定的振动信号进行分析是非常有效的，

它可以作为频谱分析的辅助方法。

图5幅值和频率制下振动信号的仿真图形

3．Elman神经网络在异步电机网络故障诊断分析与仿真

基于神经网络的故障诊断，网络的输入神经元对应着故障征兆，输出神经元对应着故障原因。在整个诊断过程中，首先利用一组故障样本对网络进行训练，以确定网络的结构(中间层的传递函数和神经元数目)和参数(神经元之间的连接权值和阈值)。网络训练完毕后，故障的模式分类就是根据给定的一组征兆，实现征兆集到故障集之间的非线性映射的过程。

3．1 网络创建

神经网络的输入层与输出层神经元的个数可以按照解决问题的需要来进行设计，由于转子断条和定子匝问短路这两种典型故障，要通过5个特征频率分量来进行预测诊断，所以取本故障诊断神经网络的输入层神经元的个数为5个，即为故障征兆的数目，取输出层神经元的个数为3个，与两种典型故障和正常状态对应。

由于单隐层的Elman网络的功能已经非常强大，这里采用单隐层的网络就足够了。隐层神经元个数的选择是一个较为复杂的问题，而它又不存在一个理想的解析式来表示。一般来说网络隐层节点数

太少，网络将不能建立复杂的映射关系，导致网络训练不成功，或者不能识别以前没有的样本，容错性差；节点数过多，不仅增加训练时间，还使网络学习时间过长，误差也不一定最小。这里通过调整隐层神经元数目的方法来选择合适的隐层神经元数，综合考虑网络的性能和速度，将隐含层神经元的个数设定12。

3．2 Elman神经网络的训练

通过上面的分析研究，用于交流异步电机故障诊断的Elman神经网络就初步建立起来了。表1给出了输出层神经元的期望输出值，表2列出了经过归一化处理的12个样本数据。根据实际的需要，选用科技软件MATLAB作为算法的开发工具，从界面到应用程序，都是基于MATLAB开发的。现将12个样本数据提交给Elman神经网络进行训练，得到的Elman网络的训练结果如图6为了便于分析Elman网络的训练结果，用相同的样本对三层的BP网络也进行了训练，BP网络训练结果如图7。网络训练过程是一个不断修正权值和阈值的过程，通过调整，使网络的输出误差达到最小，满足实际应用的要求。

从图6和图7中可以看出，采用自适应学习速率动量法训练的神经网络，训练次数较多，但也能达到设定的训练目标；采用SCG算法训练的神经网络，用很少的训练次数就达到了设定的误差值，可见SCG训练算法的优越性突出。比较Elman网络和BP网络的训练结果，发现Elman诊断模型具有动态特性好、收敛速度快的特点。

图6 Elman网络的训练结果

3.3 Elman神经网络的测试

将经过27次训练，系统误差达到10时的Elman神经网络的240个权值(输入层6o 个，隐含层144个，输出层36个)、15个阈值冻结，此时的网络即为被测试的具有电机

故障诊断功能的网络。将新采集的9个实际的故障样本(每类故障3个样本)提交给神经网络用于检验，9个样本的诊断结果列于表3中，诊断正确率为100％。因此，可以判定，经过训练后的Elman网络是完全可以满足三相异步电动机故障诊断的要求的。

图7BP网络的训练结果

表 3 测试结果

3.4 故障诊断实例分析

某选矿厂各作业段共使用Y132S一4型三相异步电动机48台，该型号电动机的主要参数为：[额定功率：5．5kW，额定电流：11．6A，额定电压：380V，额定转速：1440rpm，功率因数：0.84，效率：85.5%，定子槽数：36，转子槽数：32，极对数：2]。将上述诊断方法应用到该选矿厂的电机故障诊断系统中，在一年的测试时间里，在线诊断出定子匝间短路故障两例，转子断条故障1例，与现场检测的结果完全一致，证实了此方法的正确性与有效性，现已投入使用。

4. 时序模型盲辨识仿真及其在机械故障诊断中的应用

将时间序列盲辨识方法用于故障识别，其基本思想是选取与故障直接相关的状态变量，建立时间序列过程模型，以模型参数作为特征矢量来判别故障的类型。因而，特征向量的选取是个关键的问题。

对于时间序列，其模型参数凝聚了系统状态重要信息，准确的ARMA模型能够深刻、集中地表达动态系统的客观规律。同时大量研究表明，在基于时型模型的特征提取中，模型系数对状态变化规律反映最敏感。因此，利用模型参数作为特征向量来进行模式分类是十分有效的。由于机组运行状态的变化，采用盲系统辨识来建模"可能存在不能用同样的阶次来拟合机组的各种状态，因而,得到的参数个数可能在各个状态不一样。然而，在时序模型辨识中，越在前面的系数，其作用就越大。因此，我们可以利用时序模型辨识中前面的模型参数来作为特征向量。通过神经网络等分类器来进行故障分类。

在Bently模拟转子试验台上分别进行了转子不平衡、转轴碰摩、油膜涡动三种故障的实验研究。每种故障各采集了15组振动数据,选取10组振动数据进行时间序列盲辨识，获取模型的参数作为特征矢量。这里经盲辨识，可用一个ARMA(8,4)来近似,因此,在训练时选取自回归的8个参数、滑动平均的4个参数作为特征向量。输入到径向基函数神经网络中进行训练。该网络输入层有12个节点，分别表

示这12个模型参数，输出层为3个节点，分别用矢量123(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1)μμμ===表示转子不平衡、转轴碰摩、油膜动三类基准矢量"即当输出为123,,μμμ时。表示输入矢量对应于转子不平衡、转轴碰摩、油膜涡动三种状态，另外5组数据作为测试样本，测试样本及其输出如表4所示，其中123,,y y y 表示径向基函数网络的输出。

网络的性能可以用网络的分类和推广能力来评价，网络的良好分类性能要保证；网络的输出矢量与同类故障的基准矢量的距离尽可能小；络的输出矢量与不同类故障的基准矢量的距离尽可能大。

下表故障识别结果表明，对应的3型状态的训练样本，网络的输出矢矢量都很接近相应的基准矢量。如对于转子不平衡，其5个样本经过网络训练得到的输出矢量为（1.0003, -,0002,-0.0001）,(0.999,0.003,0.0001),(1.0001,-0.0003,0.0001),(1.00,0.001,-0.0001),(0.9997,0.00,0.0001),与转子不平衡的基准矢量(1，0，0),常接近,因而，分类良好。这说明该方法是有效的。

表4 测试样本及其输出

盲系统辨识是一种仅从输出信号来恢复未知系统信息的基本信号处理方法，这种方法特别适用对由未知信号驱动的未知系统进行分析和处理。因此，该方法在数据通讯，语音识别与回声对消，图像恢复、地震信号处理中获得了广泛的应用。本文研究了一种新的时序模型的盲辨识算法"并与常用的残余时间序列法、去q 切片法、优化方法进行了比较和分析。仿真结果表明，不论是从辨识的精度上，还是在运算速度上，该方法是一种有效的算法，可同时确定系统的阶次和参数，具有良好的收敛性和准确性性，同时，将该方法应用到机械故障诊断中，实验结果表明该方法是有效的。

5.基于概率神经网络的设备故障诊断及仿真实例分析

5.1概率神经网络模型的建立和仿真

首先确PNN 网络的结构,据径向基函数的特点。输入层神经元个数与输入样本向量个数相同，输出层神经元个数等于训练样本数据的种类个数，网络的输出层是竞争层，每个神经元分别对应于一个数据类别。现分别用(100)表示正常状态、(O10)表示轻微故障、(001)表示严重故障。则设计的PNN 网络的结构为：输入层有 8个神经元，输出层有3个神经元。中间层神经元的传递函数为高斯函数，输出层的传递函数为线性函数。

络的输入样本向量表示网络的目标向量，PNN 网络的创建代码为：nep=newpnn （P ,T,SPREAD ）, 其中，

SPREAD 为径向基函数传播率，为厂更好地分析SPREAD 对网络性能的影响，仿真过程中将SPREAD 分别设置0．1，0．3和0．5。

用newpnn函数创建网络时，可以自动增加隐层神经元个数，直到均方误差满足要求为止。所以网络创建过程就完成了网络的训练。函数newpnn已经创建和训练完了一个神经网络，可以利用该网络进行故障模式的诊断与分析。

首先，检网络对训练数据的分类，用表5中的第1，2，3，5，6，7，9，10．11，12组数据作为训练输入样本P和目标样本丁：tl= clock；net=newpnn(P ，T,SPREAD);Timespan=time(clock．t1) 计算设计网络所用的时间Y=sim(net，P )；yc=vec2ind(y)可以看到：同的SPREAD值对应的慨率神经网络的输出结果都是一样的，得到输出yc=1112223 333该网络的设计时间为timespan=0．062s为了检验网络的泛化性能，分别用1中的4，8，13测试样本据进行测试yc_test=lm (net，P_ st) 网络成功地将故障模式分为3类，与实际运行情况一致。Yc _est=ec2ind(yc _es1)：yc_test=1 2 3, 可见，对应三种网络径向基函数的分布密度的分类结果足证确的。并且分类速度快，即网络用于故障诊断是有效的。该网络组成的状态分类器可以有效准确地识别各种运行状态，为故障检测提供了有效的工具。

表5样本输入特征数据

5.2 BP神经网络模型的建立和仿真

首先确定BP网络的结构,由于网络输出有蔓种状态，故输出层可以选取2个神经元，用(01)表示正常状态、(10)表示轻微故障、(11)表示正常严重故障。根据Kolmogorov定理。选用一个N*(2N+1)*M 的3层BP网络作为态分类器。其中，N表示输特征向量的分量数,M表示输出状态类别总数。则网的结构为：输入层有8个神经元,中间层有17个神经元，输出层有2个神经元，中问层神经元的传递函数选为型正切函数，出层神经元的传递函数为型对数函数，以保证输出为0 1的函数．满足设备状态分类器的输出要求。设置训练参数net.Trainparam.epochs=5000;%设黄最多训练次说，net.trainparam.goal=0.001；%设置训练目标，利用以上的代码创建BP网络. 网络的训练函数分别选为trainlm(Levenberg--Marquardt函数)、traingd(梯度下降函数)、trainbfg(BFGS准牛顿算法函数)、traingdx(动量及自适应梯度递减函数)分别对样本输入特征数据训练,以设定训练函数选为Levenberg--Marquardt函数为例;net=newff(minmax(P)，{17，2I，{’tansig’，’logsig’}，’trainlm’)；, net=train(net,P ,T ), 改变训练函数，分别对网络进行训练,以上各种训练函数训练结果如图8所示。

图8采用Fraingd训练数的BP网络训练结果

并分别对测试样本进行验证, Y _test=sim (net，P_test), 可见，其中训练函数trainglm、trainbfg能较好地完成分类任务，其他的训练函数训练过程中存在不稳定、收敛速度慢或陷入局部极小点问题，分类可信度差。由于BP 网络将随机初始化权值和阈值，以每次运行上述程序的结果将会有所差异，不同机型的网络没计的时问也不相同。各个网络的综合比较如表6所示

表6 各个网络分类效果综合比较

可见，基于梯度下降的误差反向传播BP算法进行学习时，其训练速度通常很慢，而且容易陷人局部极小点，虽然一些改进的算法一定程度上对网络的性能有所改进，但在设计过程中往往要经过反复的训练过程，无法保证每次训练时BP算法的收敛性和全局最优性。

基于概率神经网络的故障诊断方法可以最大程度地利用故障先验知识，在贝叶斯最小风险准则下

对设备的故障进行定性诊断。概率神经网络与误差反向传播神经网络相比有如下的优点:训练速度快,适于诸如实时控制等对时间要求高的场合；在工程上易于实现，而且对样本噪声具有较强的鲁棒性，不存在陷入局部最优点的问题；有一定的泛化能力，可以达到较高的诊断准确率；随着故障知识的逐渐积累，网络可以不断扩张从而进一步提高诊断准确率。概率神经网络为开发以人工神经网络为框架的故障诊断系统提供了研究的理论基础，在一些实时性要求较强的场合，其只需对少量的权值和阈值进行修正，训练速度很快。

三．结束语

计算机软硬件技术的飞速发展，带动了计算机仿真技术的发展，使得计算机仿真方法有了更广阔的应用空间，其中对机械故障诊断的仿真就是一个重要方面。

故障诊断仿真是一项新近发展起来的技术，可广泛应用在可靠性、可维性要求高的场合。将此技术应用到故障诊断，对机械故障进行巡回检测报警和运行工况预测。能及早诊断故障，进行视情维修。这样不仅可以防止突发事故，保障机务安全，而且可以减少维修费用，提高设备的利用率，带来巨大的经济效益和社会效益。我们也将进一步开展这一领域的研究工作，使故障诊断技术更加实用化，智能化。

参考文献

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计算机仿真技术的应用

一、为什么要进行仿真 ?什么叫系统？ ◆系统：相互关联又相互作用着的对象的有机组合，该有机组合能够完成某项任务或实现某个预定的目标。通常研究的系统有工程系统和非工程系统。 ◆工程系统（电气、机电、化工） ◆非工程系统（经济、交通、管理）建立系统概念的目的在于深入认识并掌握系统的运动规律，以便分析和综合自然、社会和工程系统中的种种复杂问题。 ?对系统进行研究、分析与设计的方法；（1）直接在系统上进行实验在要设计的系统上进行实验（2）在模型上进行实验对要设计的系统进行处理，根据其中内含的各种自然规律（包括欧姆定律、比例环节和惯性环节等）得到相关的控制规律，即系统的数学模型来进行研究。对要设计的系统进行一定比例的缩放得到缩小或放大的物理模型。（古时的建筑）选择在模型上进行实验的原因 ◆系统尚未设计出来 ◆某些实验会对系统造成伤害 ◆难以保证实验条件的一致性；如果存在人的因素，则更难保证条件的一致性。 ◆费用高 ◆无法复原二、仿真的定义 ?仿真的定义在不同的领域或范畴中有不同的描述，可以概括为：“仿真是指用模型（物理模型或数学模型）代替实际系统进行实验和研究。” ?仿真遵循的原则：原理抽象相似原理。相似原理：几何相似、性能相似、环境相似。几何相似：根据相似原理把原来的实际系统放大可缩小。如把12000吨水压机可用1200吨或120吨水压机作其模型。万吨轮船也要用缩小的模型来研究。性能相似：构成模型的元素和原系统的不同，但其性能相似。如：可用一个电气系统来模拟热传导系统。在这个电气系统中电容代表热容量，电阻代表热阻，电压代表温差，电流代表热流。三、仿真的目的或作用 ?优化设计 ◆预测系统的性能和参数 ?经济性 ◆采用物理模型或实物实验，花费巨大。 ◆采用数学模型即计算机数学仿真可大幅度的降低成本并可重复使用。 ?安全性 ◆载人飞行器和核电站的危险性不允许。 ?预测性 ◆对于非工程系统，直接实验不可能，只能采用预测的方法。（天气预报） ?复原性

通信对抗原理大作业题目

通信对抗原理仿真大作业题目基本要求：仿真大作业分组完成，每个组3~5人，至少选择4个题目，并且在每一类中至少选择一个题目。利用MATLAB完成计算机仿真，并且撰写仿真实验报告。大作业完成情况将作为评价平时成绩的依据。第一类：测频方法仿真 1.FFT法数字测频技术仿真。仿真模拟通信信号或者数字通信信号三种以上，基于FFT法进行载波频率测量。画出信号的时域、频域波形，给出FFT法测量的结果。进一步在0-20dB信噪比条件给出不同信噪比下的测量曲线，分析信噪比与测量误差的关系。 2.互相关法数字测频技术仿真。仿真模拟通信信号或者数字通信信号三种以上，基于互相关法进行载波频率测量。画出信号的时域、频域波形，给出测量结果。进一步在0-20dB信噪比条件给出不同信噪比下的测量曲线，分析信噪比与测量误差的关系。 3.相位差分法数字测频技术仿真。仿真模拟通信信号或者数字通信信号三种以上，基于相位差分法法进行载波频率测量。画出信号的时域、频域波形，给出测量结果。进一步在0-20dB信噪比条件给出不同信噪比下的测量曲线，分析信噪比与测量误差的关系。第二类：测向方法仿真 4.相位干涉仪测向方法仿真。仿真模拟通信信号或者数字通信信号两种以上，基于相位干涉仪测向方法，对不同方向到达的通信信号进行测向。画出信号的时域、频域波形，给出到达方向测量结果。进一步在0-20dB信噪比条件给出不同信噪比下的测量曲线，分析信噪比、到达角与测量误差的关系。 5.到达时差测向方法仿真。仿真模拟通信信号或者数字通信信号两种以上，基于到达时差测向方法，对不同方向到达的通信信号进行测向。画出信号的时域、频域波形，观察相关函数，给出测量结果。进一步在0-20dB信噪比条件给出不同信噪比下的测量曲线，分析信噪比、到达角与测量误差的关系。6.多普勒测向方法仿真。仿真模拟通信信号或者数字通信信号两种以上，基于多普勒测向方法，对不同方向到达的通信信号进行测向。画出信号的时域、频域波形，给出测量结果。进一步在0-20dB信噪比条件给出不同信噪比下的测量曲线，分析信噪比、到达角与测量误差的关系。 7.沃森-瓦特测向方法仿真。仿真模拟通信信号或者数字通信信号两种以上，基于沃森-瓦特测向方法，对不同方向到达的通信信号进行测向。画出信号的时域、频域波形，给出测量结果。进一步在0-20dB信噪比条件给出不同信噪比下的测量曲线，分析信噪比、到达角与测量误差的关系。第三类：信号处理技术仿真 8.信号带宽和幅度测量方法仿真。仿真模拟通信信号或者数字通信信号三种以上，基于FFT法进行信号带宽、信号相对幅度测量。画出信号的时域、频域

C#考核要求

C#程序设计期末大作业考核要求及选题专业：班级：任课教师：考核目的及方式：“C#程序设计”作为专业技术课程，其目的是学习基于.NET平台的C#程序开发技术，训练提高本专业学生软件开发能力。本课程采用课程大作业方式完成期末考核，所要求完成的大作业项目列表见附录。考核任务及要求：学生完成本课程大作业要求如下： 1）每个学生选择一个项目，独立设计与实现； 2）现场运行演示所实现的项目并解答提问(50%)； 3）课程结束1周内独立提交系统开发文档（电子档+打印档）和可运行系统（50%）。期末考核综合评定成绩根据学生选择项目难度系数3/4/5,其满分分别为80/90/100。大作业开发文档组成：系统需求定义+系统总体设计（数据对象/数据库设计+系统模块设计+用户界面设计）+系统关键实现算法或代码+系统测试报告+系统设计参考资料索引。系统开发文档电子档+可运行系统打包提交，打包文档名称：C#<学号>.rar 系统开发打印文档按A4幅面，封面按文理学院课程大作业统一封面制作，装订提交。

附录：C#课程设计大作业选题表项目1 简易文本编辑器设计与实现【难度系数3】参照Windows的记事本功能，应用C#的MDI程序开发技术，设计实现一个能够编辑多文本文件的简易文本编辑器。项目2 图片浏览器设计与实现【难度系数4】使用.NET的GDI+图形绘制功能，用C#设计实现一个图片浏览器；项目3 简易Windows文件管理器设计与实现【难度系数4】参照Windows的资源管理器功能，应用C#的MDI程序开发技术，设计实现一个能够查找、复制、剪切、删除文件和文件夹的简易Windows文件管理器。项目4 用户文件加密存储系统设计与实现【难度系数5】使用Win窗体/https://www.wendangku.net/doc/bf8077654.html,技术实现一个用户文件加密存储系统。该系统的基本功能包括：1）实现用户名和密码系统登陆； 2）对于已合法登陆的用户，其自身创建或者编辑修改的文本文件加密存储到指定文件夹；3）对于已合法登陆的用户，如果要求访问已加密文本文件，必须输入该文件的合法密钥才能正确解密访问（显示/编辑)。项目5 基于数据库系统的简易图书管理系统设计与实现【难度系数4】使用Access(或者Excel)建立两个表，定义一个关系：图书表（图书分类号、馆藏编号(关键字)、书名、价格、作者名、借出否）; 读者表(读者编号(关键字)、读者名称、过期未还)；借书关系：每个读者最多可借书K本，每本书最长借出M天，如果存在过期未还书籍，则不允许再借出图书假设当前共有n1本图书,n2名读者(相关字段类型及数据自定义编，n1>=30,n2>=5)。用C#实现一个简易图书管理系统(Win窗体/https://www.wendangku.net/doc/bf8077654.html,应用)，该系统包括以下功能： *分别按照馆藏编号、图书分类号作者名顺序列出所有图书馆藏信息； *分别按照馆藏编号、图书分类号顺序列出所有在馆图书； *分别按照馆藏编号、图书分类号顺序列出所有在借图书； *分别按照馆藏编号、书名、作者名查询指定图书馆藏信息； *分别按读者编号、读者名顺序列出所有读者； *分别按读者编号、读者名查询该读者当前借阅所有书籍并对每本标注是否过期； *实现读者借书功能（如果没有过期未还书籍则一次可借多本，但不能超过其借书上限）；*实现读者还书功能； *扩展定义的其他功能项目6基于文件存储的简易图书管理系统设计与实现【难度系数5】将项目5的表和关系用文件方式存储（不依赖数据库系统）实现相关功能项目7简易学生选课管理系统设计与实现【难度系数5】使用Access(或者Excel)建立两个表，定义一个关系：学生信息表（学号(关键字)、姓名、性别、年龄、班级，专业），

计算机仿真技术的发展概述及认识

学院专业届别课程班级姓名学号联系方式指导老师2012年5月

计算机仿真期末大作业Mersenne Twister随机数发生器及随机性测试

Mersenne Twister随机数发生器及随机性测试一、实验目的用MATLAB实现Mersenne Twister随机数发生器,并对其随机性进行测试。二、实验原理伪随机数的产生，首先是选取种子，然后是在此种子基础上根据具体的生成算法计算得到一个伪随机数，然后利用此伪随机数再根据生成算法递归计算出下二个伪随机数，直到将所有不重复出现的伪随机数全部计算出来。这个伪随机数序列就是以后要用到的伪随机数序列。上面的计算过程可以一次性计算完毕，也可以使用一次递归计算一次，每次生成的伪随机数就是这个伪随机数序列中的一个，不过不管怎么样，只要确定了种子，确定了生成算法，这个序列就是确定的了。所谓种子，就是一个对伪随机数计算的初始值。 Mersenne Twister算法是一种随机数产生方法，它是移位寄存器法的变种。该算法的原理：Mersenne Twister算法是利用线性反馈移位寄存器(LFSR)产生随机数的，LFSR的反馈函数是寄存器中某些位的简单异或，这些位也称之为抽头序列。一个n位的LFSR能够在重复之前产生2^n-1位长的伪随机序列。只有具有一定抽头序列的LFSR才能通过所有2^n-1个内部状态，产生2^n - 1位长的伪随机序列，这个输出的序列就称之为m序列。为了使LFSR成为最大周期的LFSR，由抽头序列加上常数1形成的多项式必须是本原多项式。一个n阶本原多项式是不可约多项式，它能整除x^(2*n-1)+1而不能整除x^d+1，其中d能整除2^n-1。例如(32,7,5,3,2,1,0)是指本原多项式x^32+x^7+x^5+x^3+x^2+x+1，把它转化为最大周期LFSR就是在LFSR小邓第32，7，5，2，1位抽头。利用上述两种方法产生周期为m的伪随机序列后，只需要将产生的伪随机序列除以序列的周期，就可以得到(0，1)上均匀分布的伪随机序列了。伪代码如下： // 建立624位随机序列数组 int[0..623] MT int index = 0 //初始化随机序列数组 function initializeGenerator(int seed) { MT[0] := seed for i from 1 to 623 { MT[i] := last 32 bits of(1812433253 * (MT[i-1] xor(right shift by 30 bits(MT[i-1]))) + i) // 0x6c078965 } }

江南大学数媒0902基于虚拟现实技术大作业报告

课程：虚拟现实题目：沸腾的水壶班级：数媒0902 学号：0305090206 姓名：沈玉婷日期：2012.12

1、绪论 1.1 虚拟现实动画简介虚拟现实动画就是用虚拟现实的技术以动画的形式表现出来（这是建立在虚拟现实及动画技术的基础上出现的）。我们以了解什么是虚拟现实及动画的意思后就能全面理解虚拟现实动画的概念。 1.2 关于虚拟现实技术虚拟现实(Virtual Reality，简称VR;又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。 VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。 2、需求分析随着CAD技术的发展，人们就开始研究立体声与三维立体显示相结合的计算机系统。目的在于建立一种新的用户界面，使用户可以置身于计算机所表示的三维空间资料库环境中，并可以通过眼、手、耳或特殊的空间三维装置在这个环境中"环游"，创造出一种"亲临其境"的感觉。虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化、操作以及实时交互的环境。与传统的计算机人――机界面（如键盘、鼠标器、图形用户界面以及流行的Windows等）相比，虚拟现实无论在技术上还是思想上都有质的飞跃。传统的人――机界面将用户和计算机视为两个独立的实体，而将界面视为信息交换的媒介，由用户把要求或指令输入计算机，计算机对信息或受控对象作出动作反馈。虚拟现实则将用户和计算机视为一个整体，通过各种直观的工具将信息进行可视化，形成一个逼真的环境，用户直接置身于这种三维信息空间中自由地使用各种信息，并由此控制计算机。目前，虚拟现实技术已经遍布我们生活中的每一个行业，城市规划中的应用、旅游景观的应用、医学中应用、娱艺教中的应用、军事与航天中的应用、室内设计中的应用、房产开发中的应用、工业仿真中的应用、应急推演中的应用。由此可知，虚拟

计算机仿真技术的发展概述及认识

计算机仿真技术的发展概述及认识摘要：随着经济的发展和社会的进步，计算机技术高速发展，使人类社会进入了信息时代，计算机作为后期新秀渗入到人们生活中的每一个领域，给人们的生活带来了前所未有的变化。作为新兴的技术，计算机技术在人类研究的各个领域起到了只管至关重要的作用，帮助人类解决了许多技术难题。在科研领域，计算机技术与仿真技术相结合，形成了计算机仿真技术，作为人们科学研究的一种新型方法，被人们应用到各个领域，用来解决人们用纯数学方法或者现实实验无法解决的问题，对科研领域技术成果的形成有着积极地促进作用。本文在计算机仿真技术的理论思想基础上，分析了计算机仿真技术产生的基本原因，也就是人们用计算机模拟解决问题的优点所在，讨论了模拟、仿真、实验、计算机仿真之间的联系和区别，介绍了计算机仿真技术的发展历程，并查阅相关资料介绍了计算机仿真技术在不同领域的应用，分析并预测了计算机仿真的未来发展趋势。经过查阅大量数据资料并加以分析对比，这对于初步认识计算机仿真技术具有重要意义。关键词：计算机仿真；模拟；仿真技术；发展一、引言计算机仿真技术是以多种学科和理论为基础，以计算机及其相应的软件为工具，通过虚拟试验的方法来分析和解决问题的一门综合性技术。计算机仿真（模拟）早期称为蒙特卡罗方法，是一门利用随机数实验求解随机问题的方法。其原理可追溯到1773年法国自然学家G.L.L.Buffon为估计圆周率值所进行的物理实验。根据仿真过程中所采用计算机类型的不同，计算机仿真大致经历了模拟机仿真、模拟－数字混合机仿真和数字机仿真三个大的阶段。20世纪50年代计算机仿真主要采用模拟机；60年代后串行处理数字机逐渐应用到仿真之中，但难以满足航天、化工等大规模复杂系统对仿真时限的要求；到了70年代模拟－数字混合机曾一度应用于飞行仿真、卫星仿真和核反应堆仿真等众多高技术研究领域；80年代后由于并行处理技术的发展，数字机才最终成为计算机仿真的主流。现在，计算机仿真技术已经在机械制造、航空航天、交通运输、船舶工程、经济管理、工程建设、军事模拟以及医疗卫生等领域得到了广泛的应用。二、基本概念模拟：（Simulation）应用模型和计算机开展地理过程数值和非数值分析。不是去求系统方程的解析解，而是从系统某初始状态出发，去计算短暂时间之后接着发生的状态，再以此为初始状态不断的重复，就能展示系统的行为模式。模拟是对真实事物或者过程的虚拟。模拟要表现出选定的物理系统或抽象系统的关键特性。模拟的关键问题包括有效信息的获取、关键特性和表现的选定、近似简化和假设的应用，以及模拟的重现度和有效性。可以认为仿真是一种重现系统外在表现的特殊的模拟。仿真：（Emulation）利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统，又称模拟。即使用项目模型将特定于某一具体层次的不确定性转化为它们对目标的影响，该影响是在项目仿真项目

控制系统数字仿真大作业.

《控制系统数字仿真》课程大作业姓名：学号：班级：日期：同组人员：

目录一、引言 (2) 二、设计方法 (2) 1、系统数学模型 (2) 2、系统性能指标 (4) 2.1 绘制系统阶跃响应曲线、根轨迹图、频率特性 (4) 2.2 稳定性分析 (6) 2.3 性能指标分析 (6) 3、控制器设计 (6) 三、深入探讨 (9) 1、比例-微分控制器(PD) (9) 2、比例-积分控制（PI） (12) 3、比例-微分-积分控制器（PID） (14) 四、设计总结 (17) 五、心得体会 (18) 六、参考文献 (18)

一、引言 MATLAB语言是当今国际控制界最为流行的控制系统计算机辅助设计语言，它的出现为控制系统的计算机辅助分析和设计带来了全新的手段。其中图形交互式的模型输入计算机仿真环境SIMULINK，为MATLAB应用的进一步推广起到了积极的推动作用。现在，MATLAB语言已经风靡全世界，成为控制系统CAD领域最普及、也是最受欢迎的软件环境。随着计算机技术的发展和应用，自动控制理论和技术在宇航、机器人控制、导弹制导及核动力等高新技术领域中的应用也愈来愈深入广泛。不仅如此，自动控制技术的应用范围现在已发展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会领域中，成为现代社会生活中不可或缺的一部分。随着时代进步和人们生活水平的提高，在人类探知未来，认识和改造自然，建设高度文明和发达社会的活动中，控制理论和技术必将进一步发挥更加重要的作用。作为一个自动化专业的学生，了解和掌握自动控制的有关知识是十分必要的。利用MATLAB软件及其SIMULINK仿真工具来实现对自动控制系统建模、分析与设计、仿真，能够直观、快速地分析系统的动态性能和稳态性能，并且能够灵活的改变系统的结构和参数，通过快速、直观的仿真达到系统的优化设计，以满足特定的设计指标。二、设计方法 1、系统数学模型美国卡耐尔基-梅隆大学机器人研究所开发研制了一套用于星际探索的系统，其目标机器人是一个六足步行机器人，如图(a)所示。该机器人单足控制系统结构图如图(b)所示。要求：（1）建立系统数学模型；（2）绘制系统阶跃响应曲线、根轨迹图、频率特性；（3）分析系统的稳定性，及性能指标；（4）设计控制器Gc(s)，使系统指标满足：ts<10s,ess=0,，超调量小于5%。

大工《建筑制冷技术》大作业参考【内容仅供参考】439

远程与继续教育学院《建筑制冷技术》大作业题目：建筑制冷技术

大工20秋《建筑制冷技术》大作业及要求第一部分：注意：从以下几个题目中任选其一作答。题目一：简述制冷技术在生活和生产活动中的应用。答：制冷技术的应用随着制冷技术的不断发展广泛应用到人们生活和生产活动的各个领域，制冷技术与食品安全关系密切。以制冷技术与食品冷冻技术为核心的冷藏链已成为现代生活中不可缺少的一个产业链。制冷食品保鲜工程，易腐食品从采购、加工、贮藏、运输到销售的各个流通过程中，都必须保持稳定的低温环境，才能延长和提高食品的质量和经济价值。这就需有各种制冷设备。如冷加工设备、冷冻库、速冻库、冷藏库、保鲜冷库、冷藏运输车或船、冷藏售货柜台等。制冷技术在空调工程中也得到应用广泛应用。光学仪器仪表、精密计量量具、纺织等生产车间及计算机房等，都要求相对的环境温度、湿度、洁净度进行不同程度的控制。体育馆、大会堂、宾馆等公共建筑和小汽车、飞机、大型客车等交通工具也都需有舒适的空调系统。现代的制冷技术，是18世纪后期发展起来的。在此之前人们很早已懂得制冷的利用。我国古代就有人用天然冰冷藏食品和防暑降温。马可·波罗在他的著作《马可·波罗游记》中对中国制冷和造冰窖的方法有详细的记述。在普冷方面1834年发明家波尔金斯造出了第一台以为工质的蒸气压缩式制冷机并正式申请了英国第6662号专利。这是后来所有蒸气压缩式制冷机在此期间，空气绝热膨胀会显著降低空气温度的现象开始用于制冷。1844年，医生高里用封闭循环的空气制冷机为患者建立了一座空调站，空气制冷机使他一举成名。威廉·西门斯在空气制冷机中引入了回热器，提高了制冷机的性能。1859年，卡列发明了氨水吸收式制冷系统，申请了原理专利。1910年左右，马利斯·莱兰克发明了蒸气喷射式制冷系统。到20世纪，制冷技术有了更大发展。

计算机仿真技术作业一(转速反馈单闭环直流调速系统仿真)

计算机仿真技术作业一研究题目：转速反馈单闭环直流调速系统仿真 1、开环仿真：（一）实验要求：直流电机模型框图如下图所示，仿真参数为R =0.6，T l =0.00833，T m =0.045，Ce=0.1925。本次仿真采用算法为ode45，仿真时间5s 。 1/1+s T R l s T R m e C 10d u d I + --+n 图1 直流电机模型 ① 用simulink 实现上述直流电机模型，直流电压U d0取220V ， 0~2.5s ，电机空载，即I d =0； 2.5s~5s ，电机满载，即I d =55A 。 ② 画出转速n 的波形，根据仿真结果求出空载和负载时的转速n 以及静差率s 。改变仿真算法，观察效果（运算时间、精度等）。（二）实验内容： ① 按照上图把电机模型建立好，其中U d0设置为常数，并把其幅值设置为220，把其它相应的环节也设置好。把I d 设置为“阶跃信号”，且在0~2.5s 之间其幅值为0，而2.5~5s 之间其幅值为55，在对系统中其它参数进行设置。为了观察输出波形，在输出处接上一个示波器。 ② 对仿真模式进行设置，系统默认的仿真算法为ode45,只需要把仿真时间设置为5s 即可。 ③ 对系统进行仿真。（三）仿真结果：

上图即为电机转速的仿真结果图，上图分为两个阶段，第一个阶段（0~2.5s ）为空载转速，第二阶段（2.5~5s ）为满载转速。空载转速为1147r/min 。在2.5s 时加入了负载，通过仿真结果我们可以看出来，负载转速为976r/min 。可以看出在加入负载之后，电机的转速开始下降。静差率(转速变化率)是指电动机在一定转速下运行时，负载由理想空载变到满载时所产生的转速降落与理想空载转速之比值。静态率越小，稳定性越高。只有设法减小静态速降Δn 才能扩大调速范围，减小静差率，提高转速的稳定度。根据电机转差率的公式149.01147976114700=-=-=n n n s 。转差率还是比较小的，说明该电机效率比较高。关于仿真算法的区别： ode45是基于显式Rung-Kutla (4,5) 和Dormand- Prince 组合的算法，它是一种一步解法，即只要知道前一时间点的解y(tn-1)，就可以立即计算当前时间点的方程解y (tn)。对大多数仿真模型来说，首先使用ode45 来解算模型是最佳的选择，所以在SIMULINK 的算法选择中将ode45 设为默认的算法。 ode23 是基于显式Rung-Kutta (2 , 3) 、Bogacki 和Shampine 相结合的算法，它也是一种一步算法。在容许误差和计算略带刚性的问题方面，该算法比ode45 要好。更换算法后，静差率基本没有变化，但ode23与ode45比系统震荡变大，且ode23的计算精度不太高，所以ode23一般用于计算精度不太高的场合。 odel13是可变阶数的Adams-Bash forth-Moulton PECE 算法，在误差要求很严时，odel13 算法较ode45 更适合。odel13 是一种多步算法，也就是需要知道前几个时间点的值，才能计算出当前时间点的值。仿真结果大致和上面几种运算方法的结果一致。但运算时间比上述三种方法的运算时间都要长。且系统振荡频率过大，稳定性变差。 ode15s 是一种基于数字微分公式的解法器（NDFs ），它相对BDFs 算法较好。它是一种多步算法，适用于刚性系统，当用户估计要解决的问题是比较困难的，或者不能使用ode45，或者即使使用效果也不好，就可以用ode15s 。由于它是一种多步解法器，所以运算时间相对长一点，

计算机模拟仿真技术在航空航天中的应用

计算机模拟仿真技术在航空航天中的应用在本文开篇，我先粗略介绍一下计算机仿真模拟技术。计算机仿真是应用电子计算机对系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的人的思维过程和行为进行动态性比较逼真的模仿。它是一种描述性技术，是一种定量分析方法。通过建立某一过程和某一系统的模式，来描述该过程或该系统，然后用一系列有目的、有条件的计算机仿真实验来刻画系统的特征，从而得出数量指标，为决策者提供有关这一过程或系统得定量分析结果，作为决策的理论依据。（选自百度百科计算机仿真摘要）仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿。人们利用这样的模型进行试验，从中得到所需的信息，然后帮助人们对现实世界的某一层次的问题做出决策。仿真是一个相对概念，任何逼真的仿真都只能是对真实系统某些属性的逼近。仿真是有层次的，既要针对所欲处理的客观系统的问题，又要针对提出处理者的需求层次，否则很难评价一个仿真系统的优劣。（选自百度百科）计算机仿真模拟的原理是依靠计算机的迭代运算，所以这是一门依靠计算机技术所衍生的一门有着实际意义的学科，它与我们的生活息息相关。计算机仿真模拟技术在科学技术、军事、国民经济、汽车、电子行业、体育、交通运输、金融、管理、航空航天方面都有广泛的应用。它的研究范围小到原子，大到宇宙，可以说在现实生活中应用极为广泛。传统的仿真方法是一个迭代过程，即针对实际系统某一层次的特性（过程），抽象出一个模型，然后假设态势（输入），进行试验，由试验者判读输出结果和验证模型，根据判断的情况来修改模型和有关的参数。如此迭代地进行，直到认为这个模型已满足试验者对客观系统的某一层次的仿真目的为止。模型对系统某一层次特性的抽象描述包括：系统的组成；各组成部分之间的静态、动态、逻辑关系；在某些输入条件下系统的输出响应等。根据系统模型状态变量变化的特征，又可把系统模型分为：连续系统模型——状态变量是连续变化的；离散（事件）系统模型——状态变化在离散时间点（一般是不确定的）上发生变化；混合型——上述两种的混合。随着专门用于仿真的计算机——仿真机的出现，计算机仿真技术日趋成熟，现在已经趋于完善。随计算机技术的飞速发展，在仿真机中也出现了一批很有特色的仿真工作站、小巨机式的仿真机、巨型机式的仿真机。80年代初推出的一些仿真机，SYSTEM10和SYSTEM100就是这类仿真机的代表。为了建立一个有效的仿真系统，一般都要经历建立模型、仿真实验、数据处理、分析验证等步骤。为了构成一个实用的较大规模的仿真系统，除仿真机外，还需配有控制和显示设备。本文将主要从航空航天方面对计算机仿真模拟进行探讨。航空技术是从上世纪60年代前苏联发射第一颗人造卫星开始，人类开始了对太空的探索。

通信原理大作业

通信原理大作业 1、说明在通信原理课程中，介绍了通信系统的基本理论，主要包括信道、基带传输、调制 / 解调方法等。为了进一步提高和改善学生对课程基本内容的掌握，进行课程作业方法的改革的试点，设立计算机仿真大作业。成绩将计入平时成绩。 2、要求参加的同学3~5人一组，选择1?2个题目，协作和共同完成计算机编程和仿真，写出计算机仿真报告。推荐的计算机仿真环境为MATLAB也可以选择其它环境。 3、大作业选题 (1) 信道噪声特性仿真产生信道高斯白噪声，设计信道带通滤波器对高斯白噪声进行滤波，得到窄带高斯噪声。对信道带通滤波器的输入输出的噪声的时域、频域特性进行统计和分析，画出其时域和频域的图形。 (2) 基带传输特性仿真利用理想低通滤波器作为信道，产生基带信号，仿真验证奈氏第一准则的给出的关系。改变低通滤波器的特性，再次进行仿真，验证存在码间干扰时的基带系统输出，画出眼图进行观察。加入信道噪声后再观察眼图。 (3) 2ASK言号传输仿真按照2ASK产生模型和解调模型分别产生2ASK言号和高斯白噪声，经过信道传

输后进行解调。对调制解调过程中的波形进行时域和频域观察，并且对解调结果进行误码率测量。2ASK信号的解调可以选用包络解调或者相干解调法。(4) 2FSK信号传输仿真按照2FSK产生模型和解调模型分别产生2FSK信号和高斯白噪声，经过信道传输后进行解调。对调制解调过程中的波形进行时域和频域观察，并且对解调结果进行误码率测量。2FSK信号的解调可以选用包络解调或者相干解调法。(5) 2PSK信号传输仿真按照2PSK产生模型和解调模型分别产生2PSK言号和高斯白噪声，经过信道传输后进行解调。对调制解调过程中的波形进行时域和频域观察，并且对解调结果进行误码率测量。2PSK信号的解调选用相干解调法。 ⑹2DPSK言号传输仿真按照2DPSK产生模型和解调模型分别产生2DPSK言号和高斯白噪声，经过信道传输后进行解调。对调制解调过程中的波形进行时域和频域观察，并且对解调结果进行误码率测量。2DPSK信号的解调可以选用非相干解调或者相干解调法。 (7) 模拟信号的数字传输产生模拟语音信号，进行PCM编码过程的计算机仿真。仿真发送端采样、量化编码的过程、仿真接收端恢复语音信号的过程。按照有或者无信道噪声两种情况分别进行仿真。

《计算机仿真技术》试题(含完整答案)

、数值计算，编程完成以下各题(共20分，每小题5 分) 1、脉冲宽度为d，周期为T的矩形脉冲的傅里叶级数如下式描述: d［i.^= sin(^d/T)cos(^：n.) T n」n rd /T 当n =150，d..「T =1；4，- 1/2 ：：：.：：： 1/2，绘制出函数f(.)的图形。解： syms n t; f=((si n(n *pi/4))/( n*pi/4))*cos(2*pi* n*t); s=symsum(f, n,1,150); y=(1+2*s)/4; x=-0.5:0.01:0.5; Y=subs(y,'t',x); plot(x,Y) 2 0 05x2 5 ■ 5 2、画出函数f (x)二(sin 5x) e .- 5x cos1.5x 1.5x 5.5 x 在区间［3, 5］的图形，求出该函数在区间［3, 5］中的最小值点X min和函数的最小值f min . 解：程序如下 x=3:0.05:5; y=(si n(5*x).A2).*exp(0.05*x.A2)-5*(x.A5).*cos(1.5*x)+1.5*abs(x+5.5)+x.A2.5; mix_where=fi nd(y==mi n(y)); xmin=x(mix_where); hold on; plot(x,y); plot(xmi n,min (y),'go','li newidth',5); str=strcat('(' ,nu m2str(xmi n),',' ,nu m2str(mi n(y)),')'); text(xmi n,min (y),str);

Ylabel('f(x)') 经过运行后得到的图像截图如下：运行后的最小值点X min =4.6 , f m in = -8337.8625 3、画出函数f (x) = cos2x「e^'x — 2.5 X在口，3]区间的图形, 解该非线并用编程求性方程 f (x) = 0的一个根，设初始点为X o = 2 . 解： x=1:0.02:3; x0=2; y=@(x)(cos(x).A2).*exp(-0.3*x)-2.5*abs(x); fplot(y,[1,3]); Xlabel('x') Ylabel('f(x)') X仁fzero('(cos(x).A2).*exp(-0.3*x)-2.5*abs(x)',x0) 运行后求得该方程的一个根为z=0.3256 。 4、已知非线性方程组如下，编程求方程组的解，设初始点为[1 0.5 -1].

计算机仿真技术

The computer simulation technology Abstract: With the development of information processing technology and network technology, simulation technology has not only limited to the performance test product or system integration after production, but also can be applied to the whole process of product models developed, including demonstration program, tactical and technical indicators feasibility studies, design analysis, manufacturing, testing, maintenance, training and so on various stages. System simulation technology is also knowned as system simulation technology, computer simulation of so-called electronic communications system, it is used of computer systems for real electronic communications or digital models of physical model tests. To analyze and study the performance of such a model experiment and working conditions of a real system. When tested in the actual study of electronic communication systems is difficult or impossible to achieve, simulation technology has become an inevitable choice。 Keyword：message，network，simulation，communication，research 计算机仿真技术摘要：随着信息处理技术和网络技术的发展，仿真技术的应用已不仅仅限于产品或系统生产集成后的性能测试试验，更可应用于产品型号研制的全过程，包括方案论证、战术技术指标论证、设计分析、生产制造、试验、维护、训练等各个阶段。系统仿真技术也称为系统模拟技术,所谓电子通信系统的计算机仿真,就是利用计算机对实际电子通信系统物理模型或数字模型进行试验,通过这样模型实验来对一个实际系统的性能和工作状态进行分析和研究.当在实际电子通信系统中进行试验研究比较困难或者根本无法实现时,仿真技术就成为必然选择。关键字：信息，网络，仿真，通信，研究 1、什么是计算机仿真技术：仿真技术是伴随着计算机技术的发展而发展的。是一门多学科的综合性技术，它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验,其可以再现系统的状态﹑动态行为及性能特征，用于分析系统配置是否合理﹑性能是否满足要求，预测系统可能存在的缺陷，为系统设计提供决策支持和科学依据。 [1]它具有经济、可靠、实用、安全、灵活、可多次重复使用的优点, 已经成为对许多复杂系统( 工程的、非工程的) 进行分析、设计、试验、评估的必不可少的手段。它是以数学理论为基础, 以计算机和各种物理设施为设备工具, 利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验仿真研究的一门综合技术。在计算机问世以前，基于物理模型的实验一般称为“模拟”，它一般附属于其他相关学科。自从计算机特别是数字计算机出现以后，其高速计算能力和巨大的存储能力使得复杂的数值计算成为可能，计算机仿真技术得到了蓬勃的发展，从而使计算机仿真成为一门重要的学科。随着仿真应用的日益扩展，计算机仿真的外延也在延伸。如现代的各种仿真训练器：飞行器，船舶、轮机仿真训练器等，尽管在景观、声响、操纵和监控系统等方面大量地采用物理仿真，但其核心部分仍然是对系统及其各组成元件的实时计算机数学仿真。广义地．这些仿真也纳入了计算机仿真的范围。 2、现代仿真技术现代仿真技术的重要进展主要体现在: 2.1系统建模方面: 传统上,多通过实验辩识来建立系统模型。近十几年来, 系统辩识技术得到飞速发展。在辩识方法上有时域法、频域法、相关分析法、最小二乘法等;在技术手段上有系统辩识设计、系统模型结构辩识、系统模型参数辩识、系统模型检验等[2]。除此之外,近年来还提出了用仿真方法确定实际系统模型的方法;基于模型库的结构化建模方法:面向对象建模方法等。特别是对象建模,可在类库基础上实现模型的拼合与重用。

计算机仿真技术在各行业的应用

计算机仿真技术在各行业的应用计算机仿真技术的应用范围涵盖社会的诸多方面，并为不同行业的发展均起到了不同程度的推动作用，为不同行业的发展注入了新的动力。其应用领域主要包括以下几个方面： 1计算机仿真在教育领域的应用计算机模拟实验又称计算机仿真实验或计算机虚拟实验，是近几年在计算机多媒体教学中开辟的新领域。它通过计算机把实验设备、教学内容、教师指导和学生的操作有机地融合为一体，形成了一部活的、可操作的物理实验教科书和根据需要在瞬间建立的模拟实验室。近几年来，学校越来越重视学生的时间操作能力，计算机模拟实验则成为学生学习与考核的重要手段。计算机模拟实验的产生打破了教师与学生、理论与实践的限制，他尤为突出教学过程中的实验设计思想和实验思路，更突出学生学习的主动性。学生利用计算机模拟实验，可以提升学生对学习兴趣，对教学内容、试验方法、教学设备的结构和原理进行深入理解，进而锻炼时间操作技能。 2计算机仿真技术在交通运输领域的应用交通是由人、车、路和环境构成的一个复杂人机系统，事故的诱发因素是多方面因素的综合。交通安全的评价，应该充分考虑人、车、路和环境诸方面因素的作用和影响。本交通安全仿真是基于虚拟现实技术的方法。该评价体系是通过建立虚拟环境，并在这个虚拟环境中设计各种事故诱发因素，并对某区域和某路段的交通安全水平进行全过程(设计后，施工中，运营后)的跟踪和评价。计算机仿真是交通安全仿真系统的中心组成部分。该仿真系统与一般意义的数据仿真有着很大的不同。对某区域的交通安全评估上，交通安全仿真系统不仅仅使用绝对数法和事故率法来评估，它还蒋该区域人们的交通一世与行为因素也整合其中。在模拟的交通路段中，可以选择任意交通工具，设计任意的路段环境，以旁观者的视角来进行交通事故实验与分析，进而对交通路段做出相对准确的安全评估，为交通事故评估提供了一种可靠的方法。 3 计算机仿真技术在制造领域的应用计算机仿真技术介入汽车制造业，可以有效缓解许多难度高，投资成本大的相关问题。例如计算机仿真的多缸柴油机发动机，其仿真数据与发动机实际数据高度重合，应用与多功能发动机的模拟。在汽车流场方面，计算机仿真技术可以成功的模拟出气流分离的状态，构建了空气动力学的汽车模型。在汽车碰撞方面，计算机仿真技术可依据实际的汽车碰撞事故状况与人员损伤之间的数据，构建汽车碰撞的。本文来源于：元计算官网

大作业题目

控制系统仿真大作业 1、曲线拟合的Matlab实现和优化度检验通过一个实际的例子，介绍最小二乘曲线拟合法的基本原理，对最小二乘曲线拟合法的Matlab实现方法进行研究，并给出曲线拟合Matlab实现的源程序。论述了Matlab软件在做曲线拟合时的用法，并进行曲线的拟合和相应的图像。 2、基于Matlab的液位串级控制系统运用组态王和Matlab混合编程的方法设计了一个双容(两个水箱串联)液位串级在线控制系统，由组态王编制人机交互界面，用Matlab完成控制算法，二者通过DDE进行实时数据交换；采用串级控制策略,减小二次干扰的影响，验证其方法的有效性。 3、基于Matlab的变压器差动保护闭环仿真研究应用Matlab建立了微机保护仿真系统,并对不同原理的变压器差动保护进行了仿真和比较.仿真系统采用积木式结构,根据微机保护的实现原理构建模块,实现保护的闭环仿真,对保护的动作过程进行分析. 4、基于MATLAB/SIMULINK的交流电机调速系统建模与仿真根据直接转矩控制原理，利用MATLAB/SIMULINK软件构造了一个交流电机调速系统，该系统能够很好地模拟真实系统，实现高效的调速系统设计。仿真结果验证该方法的有效性。 5、基于MCGS和MATLAB的薄膜厚度控制系统仿真以MCGS组态软件和MATLAB为平台,设计和仿真了一个薄膜厚度控制系统.MCGS完成硬件接口的设置、数据的实时采集、人机对话、以动画的方式显示控制系统的运行情况,MATLAB完成PID参数的自动整定,并利用动态数据交换(DDE)技术建立两者间的通讯.并分析其仿真结果。 6、Matlab在动态电路分析中的应用用Matlab计算动态电路,可得到解析解和波形图.一阶电路先计算3要素,后合成解