《仿真培训材料》PPT课件

张春路（2006） 至今
2、数据模型
2.1、压缩机性能曲线
压缩机性能曲线
输入：蒸发温度、冷凝温度、频率
输出：质量流量、电流、功率、制冷量
压缩机性能曲线
测试条件：冷媒R410A 、电压 220V、频率30Hz/60Hz/90Hz AHRI标准测试工况 ：过热度11.1℃ 、过冷度8.3℃
压缩机性能曲线拟合
通过标况的实验数据获得对应换热压降系数，结合系数获得其他非
标准工况下的性能数据
优点：
简单实用、快速计算
适合轻商非标准工况下数据的获取（客户需求） 系统机型匹配、性能预测
缺点：
基础数据没有，需要测量多个压力点，工作量巨大 不能做深入分析，不能用于系统优化（如流路优化）
部件理论模型
3
2
T2
5
P2 h2 QDloss 外风机功率 压缩机功率 功率修正系数 外机功率
6
1 h
绿色背景色为实测数据，橙色背景色为逆运算要求解的关键参数。
仿真思路-正运算
黑箱子
节 流 装 置 冷凝器（例如：A型号） 压 缩 机
蒸发器（例如：B型号）
黑箱子
其他任意工况，例如：35/22 27/15 输入参数 A冷凝器系数、压损 B蒸发器系数、压损 排气管压损、热损 吸气管压损、热损 功率修正系数 有效冷媒循化量
模型需能反映各部件对系统压降、换热等参数的影响；
3.2、算法设计
方程组成
（1）连续性方程 （前一部件质量流量等于后一部件质量流量）
（2）能量守恒方程 （前一部件出口焓值等于后一部件进口焓值） （3）动量守恒方程 （前一部件出口压力等于后一部件进口压力） （4）系统充注量守恒 （系统充注量=系统各部件充注量之和）

1955年，Profon首先将仿真技术应用于锅炉研究， 其研究分为建模理论、燃烧模型、锅炉部件模型三部 分，相继发表了许多有意义的研究成果。——可谓电 站仿真的开端。
1958年，K·L·Chien建立了第一个汽包锅炉模型。 随着电力工业的发展和技术的进步，发电机组的 容量不断扩大、参数不断提高、自动化程度越来越高， 对运行操作人员的技术知识、操作水平、应变能力、 熟练程度提出了更高的要求。为此，从20世纪60年代 中期，研究人员开始探索采用脱离实际发电机组的实 时仿真装置，对运行人员进行培训。
1995年底，我国已投入运行和正在制造的200MW 以上火电和核电机组培训仿真机达到60多台；
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第一章 计算机仿真概述
第一节 研究问题的方法 一、种类： 直接试验 物理模型 试验（一次模化技术） 数学模型 计算机仿真模型 试验
（二次模化技术）
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二、比较 直 接 试 验：耗资大、周期长、安全性差。 一次模化法：耗资较大，不在现场、安
1993年4月，华电计算机仿真公司开发的300MW 机组全范围仿真机在武汉电力学校投入运行。
1993年6月，美国又通过了《火电厂仿真机功能 要求》ISA-77·20-1993版本标准。
1994年，西安热工所开发的我国第一台500MW火 电机组仿真机在太原电力高等专科学校通过验收。
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1995年8月，由华北电力学院开发的我国第一台 500MW超临界火电机组全范围培训仿真机在华北电管 局盘山电厂投入使用。
1988年1月，从美国Singer Link公司引进的第一 台300MW燃煤电厂全范8年，清华大学开发的我国第一台200MW火电机 组全范围培训仿真机通过验收，并投入使用。南京工学 院开发完成125MW火电厂仿真机。

Explicit显示方法（条件稳定，费用低） 并不需要求解方程组，通过动态方法推进增 量计算
ABAQUS主要功能
复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常 庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题
模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高 分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡 沫材料以及土壤和岩石等地质材料
（2）ABAQUS软件在求解非线性问题时具有非常明显的 优势。其非线性涵盖材料非线性、几何非线性和状态 非线性等多个方面。
综合性能对比
综合性能对比 1. ANSYS软件的命令流操作非常方便，对于结构循环优化方 面比较有优势，但目前还只是局限于线性方面，非线性方面 功能较差、近几年有一定发展； 2. ABAQUS软件则在显式非线性方面有些特色，但隐式非线 性方面比不上ADINA，且不具备流体的功能 3. ADINA软件则在结构非线性及多物理场耦合方面非常出色， 是全球非线性功能最强大的有限元软件之一，而且具有全球 最好的流固耦合分析功能。
二维热传导
D yA
C
1.0
E
0.5
0.2
Conductivity = 52W/m/oC Film coefficient = 750W/m2/oC Boundary conditions: = 100oC C along AB Heat flux = 0 along DA Convection to ambient temperature of 0oC along BC and CD Objective: Find q at E Target solution: 18.3oC at E
计 软件除具有上述常规和特殊的分析功能外，在材料模型，单元，载荷、
约束及连接等方面也功能强大并各具特点： 材料模型：定义了多种材料本构关系及失效准则模型，包括：弹性：线

需要注意两种运行方式的一致 一般要求实时运行
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3.2.4 人在回路仿真
特征
专为操作人员的操作技能训练或指挥人员的指挥 决策能力训练而建立的仿真系统或用于有人操纵 的系统的设计、实验和评估
要求建立能够生成人的感知环境的各种物理效应 设备，包括生成视觉、听觉、触觉、动感、力感 等的设备，如视景系统、音响系统、运动系统、 操纵负荷系统、头盔、数据手套等
符合仿真模型的基本属性 便于分析研究、参数优化 具备良好的人机交互界面
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逆向仿真建模
黑盒子
已知输入与输出，不知系统的内部结构
假定模型 仿真实验 修正仿真模型
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仿真实验过程
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仿真实验分级
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仿真的实现步骤
问题的提出 模型的建立 数据需求 模型转换 论证和计划 实验 分析结果 修改和完善模型 实施和文档 系统维护
分布交互仿真(distributed interactive simulation, DIS)
现时常用的多平台仿真系统 用于复杂系统的设计、制造及在作战仿真
环境下进行产品性能的评估等
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3.1.3 分布交互仿真发展的3阶段
第一阶段
20世纪80年代美国国防部启动的联网仿真 SIMNET
第二阶段
世界上最好的课堂在老人的脚下.
Having a child fall asleep in your arms is one of the most peaceful feeling in the world. 让一个孩子在你的臂弯入睡,你会体会到世间最安宁的感觉.
Being kind is more important than being right. 善良比真理更重要.

SEQUENCE规则
• SEQUENCE /failure_option location1, location2 {,location3...}
• failure_option:失效模式选项，用于指定当输入规则不能从特定的 Location中提取元素时，如何进行操作。具体有三种模式：
• WAIT:Sequence规则的作用元素将等待，直至能够输入特定的元素，此时， Sequence顺序规则需要严格的执行。 • NEXT:如果前一个Location中的元素提取失败，将使用下一个Location中的元素替代, 而且，如果最后一个Location中的元素提取失败，将使用第一个Location中的元素替 代。 • RESET:当非第一个Location中的元素提取失败时，将使用第一个Location中的元素 替代，而且本次输入将都使用第一个Location中的元素作为输入。
7.一个组装设备需要将7个零件组装在一起，其输入规则设定为“PULL FROM BUFA,BUFB,BUFC”，在组装设备开工之前，BUFA中存有 3个零件A，BUFB中有2个零件B，BUFC中有7个零件C，则设备开 工时，所提取的7个零件是什么？
生产物流系统建模与仿真练习题
1. 在超市入口有一台银行 ATM 机，用于客户提取现金，假设需要提取现金 的客户到达时间间隔服从均值为 2 分钟的负指数分布，客户提取现金所 需的时间服从均值为 1.8 分钟的负指数分布；模拟客户具有下列特性时 的系统：
•
装配系统描述
• 某装配产品由3类零部件组装而成，分别是顶部（Top）、底座 （Bottom）、螺丝钉（Screw）连接而成；
• 这三种零部件主动进入系统：
• 顶部进入系统最大量为10，进入时间间隔服从[3,4]的均匀分布，每次批量为1； • 底部进入系统最大量为10，进入时间间隔服从[4,6]的均匀分布，每次批量为1； • Screw进入系统地最大量为20，进入时间间隔服从[20,30]的均匀分布，每次批 量为5。

柴油发电机启动试验正常，厂用电送电；机炉就地系统进行检查，阀门放到启动 前状态（包括DCS系统的检查）；
投入循环水系统，启动一台循环泵，另一台投入备用； 投入开式冷却水系统； 投入闭冷却水系统； 投入仪表用压缩空气系统，检查气压正常； 辅主设备各连锁、保护试验合格，并已投入； 启动EH油泵，并投入EH油泵联锁，进行油循环，油温大于35℃； 投入辅助蒸汽系统，开启辅汽联络门，检查辅汽联箱压力不小于1.1MPa温度约为
锅炉采用中速磨正压直吹系统；每台炉配5台中速磨煤机。燃烧设计煤种时， 4台运行，1台备用；燃烧校核煤种时，5台磨运行。设计煤粉细度R90为20～ 22%。MPS190中速磨煤机相对应，每台磨配备一台电子称重皮带式给煤机。 炉膛下部冷灰斗设置了一台连续运行的水浸式刮板捞渣机，两台三分仓容克 式空预器布置在尾部竖井烟道的下部。
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二 、汽机系统概述
结构简介
高、中压汽缸分缸，通流部分反向布置，且为双层缸。低压汽缸为双排汽，对称 结构。 低压外缸两端各设有喷水减温装置，其顶部装有两只安全膜。
高、中、低压转子均为整段转子，全部采用刚性联轴器联接。
高压转子有一个单列调节级和10个压力级；中压转子有12个压力级；低压转子有 2×5个压力级。
三、电气系统概述
电气系统概述 四期工程共装设两台330MW凝汽式燃煤单元制汽轮发电机组，是海南电网主
力机组，最高电压等级为220kV，220KV配电装置采用全封闭组合双母线接线 方式，共有3回220kV出线，另外还装设有一台起动备用变压器作为机组的起 动和备用电源。升压站配置有两套完全独立的220V蓄电池组和三台高频直流 电源以及两套220V交流不停电电源给220KV配电装置提供控制、操作电源并 配置有NCS控制系统，运行人员由两台操作员站完成对升压站断路器、隔离 开关的远方操作监视、电量计量及与调度通讯。 发变组单元有发电机、主变、高厂变和励磁变，发电机采用北京北重汽轮电 机有限责任公司生产的QFSN-330-2型汽轮发电机组，定子绕组共有54槽，采 用双星形接线，发电机出口电压为20KV，定子引出线采用全连式自冷离相封 闭母线与主变压器、厂用变压器、励磁变及电压互感器相连,发电机中性点经 干式变压器接地以减小接地电流，封闭母线采用微正压装置充入干燥空气防 止绝缘受潮。发电机定子线圈和引出线采用水冷却，发电机转子线圈、定子 铁芯及其它部件采用氢气冷却，发电机配置有4组氢气冷却器，并配置有冷凝 式氢气干燥装置和氢气泄漏检测装置。主变采用保定天威SFP-400000/220型 强迫油循环风冷变压器，高厂变采用保定天威SFF-45000/20型自然循环风冷 双分裂变压器，励磁变采用金盘变压器厂生产的 ZSCB9-3200/20型干式变压 器。

• “事件”往往发生在随机时间点上，亦称为随机事件，因 而一般都具有随机特性
• ★系统的状态变量往往是离散变化的 • 系统的动态特性很难用人们所熟悉的数学方程形式描述
• ★研究与分析的主要目标是系统行为的统计性能而不是行 为的点轨迹。
计算机仿真
• 计算机仿真技术是一门利用计算机软件模 拟实际环境进行科学实验的技术. – 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实验仿真研 究的一门综合技术. – 它已经成为对许多复杂系统进行分析、 设计、实验、评估的必不可少的手段.
• 优化设计
2.仿真的目的或作用
– 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）
• 离散事件系统，时间的发生过程在时间和空间都 是离散的. 各事件发生以某种顺序或某种条件下发 生，具有随机性. 经典概率论，数理统计和随机过 程理论为这类系统提供理论基础.
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• 与连续系统的主要区别在于：
• 状态变化发生在随机时间点上这种引起状态变化的行为称 为“事件”，因而这类系统是由事件驱动的；
4. 卫生及教育系统：如医院模型，医药物资管理、 医疗救护车的布局和调度、医院人员安排、学 校区域模型、图书馆作业设计、大学财务和作 业预测等。
5. 资源管理系统：如国家人力调节系统、自然资 源安排、水利资源开发等。
6. 服务系统：如银行出纳作业安排、文书档案处 理系统设计、通信系统设计、信息系统设计、 保险人员雇用决策等。

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排队系统仿真
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3、排队系统仿真
【随机数字】用于模拟现实生活的不确定性。随机数字是在 集合{0，1，2，…9}上均匀分布。
例如： 94737 08225 35614 24826 88319 05595 58701 57365 74759 87259 85982 13296 89326 74863 99986 68558 06391 50248 63856 14016 18527 11634 96908 52146 ……
平均花费时间
顾客在系统中花费的时间 顾客总数
491 100
4.91
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排队系统仿真
• 仿真结论 • 大约半数的顾客必须等待，但平均等待时间并
不太长。服务台没有不适当的空闲时间。
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3、排队系统仿真
使用Excel电子表格的必要性。 • 手算进行的仿真次数有限，准确度较低。一般
来说，此类问题须仿真上万次，才能获得可靠的 准确度。本例中仿真100个顾客，手算大约花费 2个小时左右。 • 手算容易出错。 • 上述工作适合计算机来完成。
101 418
0.24
• （4）平均服务时间3.17分钟。
平均服务时间
总服务时间 顾客总数
317 100
3.17
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排队系统仿真
• 根据表9的仿真可得到如下一些结果： • （5）有等待的顾客平均等待时间3.78分钟。
平均等待时间
顾客在队列中的等待总时间 等待的顾客数
174 46
3.78
• （6）顾客在系统中花费的平均时间是4.91分钟。
626-750