第4章_系统动力学仿真讲解
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第4章ADAMS软件基本算法本章主要介绍ADAMS软件的基本算法,包括ADAMS建模中的一些基本概念、运动学分析算法、动力学分析算法、静力学分析及线性化分析算法以及ADAMS软件积分器介绍。
通过本章的学习可以对ADAMS软件的基本算法有较深入的了解,为今后合理选择积分器进行仿真分析提供理论基础,为更好地使用ADAMS打下良好的理论基础。
4.1 ADAMS建模基础ADAMS利用带拉格朗日乘子的第一类拉格朗日方程导出――最大数量坐标的微分-代数方程(DAE)。
它选取系统内每个刚体质心在惯性参考系中的三个直角坐标和确定刚体方位的三个欧拉角作为笛卡尔广义坐标,用带乘子的拉格朗日第一类方程处理具有多余坐标的完整约束系统或非完整约束系统,导出以笛卡尔广义坐标为变量的动力学方程。
4.1.1 参考标架在计算系统中构件的速度和加速度时,需要指定参考标架,作为该构件速度和加速度的参考坐标系。
在机械系统的运动分析过程中,有两种类型的参考标架——地面参考标架和构件参考标架。
地面参考标架是一个惯性参考系,它固定在一个“绝对静止”的空间中。
通过地面参考标架建立机械系统的“绝对静止”参考体系,属于地面标架上的任何一点的速度和加速度均为零。
对于大多数问题,可以将地球近似为惯性参考标架,虽然地球是绕着太阳旋转而且地球还有自转。
对于每一个刚性体都有一个与之固定的参考标架,称为构件参考标架,刚性体上的各点相对于该构件参考标架是静止的。
4.1.2 坐标系的选择机械系统的坐标系广泛采用直角坐标系,常用的笛卡尔坐标系就是一个采用右手规则的直角坐标系。
运动学和动力学的所有矢量均可以用沿3个单位坐标矢量的分量来表示。
坐标系可以固定在一个参考标架上,也可以相对于参考框架而运动。
合理地设置坐标系可以简化机械系统的运动分析。
在机械系统运动分析过程中,经常使用3种坐标系:(1)地面坐标系(Ground Coordinate System)。
地面坐标系又称为静坐标系,是固定在地面标架上的坐标系。
动力系统仿真的使用教程动力系统仿真是指使用计算机模拟和分析机械、电子或液压系统的动力性能和行为的过程。
它是一种有效的工具,可以帮助工程师在设计和开发阶段验证和改进他们的产品,以及在实际使用阶段进行故障诊断和优化。
本文将介绍动力系统仿真的基本原理和步骤,以帮助读者快速上手并使用该工具。
一、动力系统仿真的基本原理动力系统仿真基于几个基本原理,主要包括动力学、控制理论和数值方法。
动力学是研究物体运动的力学学科,它描述了物体的运动方式和对物体运动的影响因素。
控制理论是研究系统如何通过输入和输出之间的关系来实现某种行为或目标的学科,它通过建立数学模型来描述系统的行为和特性。
数值方法是使用计算机处理数学问题的方法,主要包括差分法、积分法和离散法等。
二、动力系统仿真的步骤1. 确定仿真的目标和需求:在开始动力系统仿真之前,首先要明确仿真的目标和需求,例如验证系统的性能、改进系统设计或进行故障诊断等。
根据不同的目标和需求,选择合适的仿真工具和方法。
2. 收集系统信息和参数:仿真需要系统的相关信息和参数,例如系统的物理特性、传感器和执行器的参数、控制算法等。
收集这些信息和参数是开始仿真的基础。
3. 建立数学模型:根据系统的物理特性和控制算法,建立数学模型来描述系统的行为。
数学模型可以是基于物理原理的方程,也可以是基于经验的统计模型。
根据不同的仿真目标和需求,选择适当的数学模型。
4. 编写仿真代码:根据建立的数学模型,使用仿真工具或编程语言编写仿真代码。
仿真代码主要包括模型描述、初始参数设置、输入输出定义和仿真结果分析等。
5. 运行仿真:将系统的初始状态输入仿真模型,并运行仿真代码进行仿真。
仿真过程会根据模型和输入参数进行计算,并输出仿真结果,例如系统的运动轨迹、传感器的输出和控制器的响应等。
6. 仿真结果分析:对仿真结果进行分析和评估,判断系统的性能是否满足要求。
如果结果不符合预期,可以对模型或参数进行调整,并重新运行仿真,直到达到预期的结果。
系统动力学仿真模型运用1.定义问题和目标:在建立模型之前,需要明确问题的范围和目标。
这有助于确定需要模拟的系统范围和模型关注的方面。
2.构建系统结构:系统结构是模型的基础,用于描述系统元素之间的相互作用和关联。
它可以使用系统动力学的基本元素,如库存、流量和反馈环等进行建模。
3.确定参数和变量:模型中的参数是影响系统行为的未知量,需要根据实际情况进行调整。
变量是随时间变化的系统状态,可以是库存量、流量等。
它们需要进行初始化,并且模型中的方程需要根据系统内在的行为规律来定义。
4.建立方程:系统动力学模型的核心是建立描述系统内部运动规律的方程。
这些方程可以是非线性的,需要根据系统的行为特征进行调整和验证。
方程可以是微分方程、差分方程或代数方程。
5.模拟和验证:一旦建立了模型,就可以进行仿真和验证。
模拟可以通过给定的输入条件和参数,模拟系统的行为。
验证可以将模拟结果与实际情况进行比较,以验证模型的准确性和有效性。
6.敏感性分析和策略评估:敏感性分析可以通过改变模型参数和变量的值,来评估其对系统行为的影响。
策略评估则是通过模拟不同的决策方案,来评估它们对系统目标的影响。
这有助于决策者了解系统的变化趋势和风险,并制定合适的决策策略。
系统动力学仿真模型的应用非常广泛,包括环境管理、供应链管理、金融风险评估等领域。
例如,在环境管理中,可以使用系统动力学仿真模型研究人口增长对环境负荷的影响,评估不同政策对环境可持续发展的影响。
在供应链管理中,可以使用系统动力学仿真模型模拟供应链中各个环节的效率和稳定性,从而优化供应链的运作。
在金融风险评估中,可以使用系统动力学仿真模型模拟金融市场的波动和风险,评估不同投资策略的风险和回报。
总之,系统动力学仿真模型是一种有力的工具,可以帮助决策者更好地理解系统的运行机制,并预测和评估不同决策的影响。
它在实际应用中表现出了巨大的潜力,在解决复杂的系统问题方面具有广泛的应用价值。