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环境工程仿真(可编辑修改word版)

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环境工程仿真设计

环境工程仿真设计

环境工程仿真设计环境工程仿真设计是一种系统性的工程方法，可以通过计算机仿真技术，对环境中的污染物进行预测、评估、优化处理、规划等。

环境仿真设计技术可以有效地减少环境污染造成的影响，提高环境质量，保护环境生态系统的稳定性。

环境工程仿真设计的基本原理是建立环境模型，模拟环境参数及污染物浓度随时间的变化规律，分析环境污染物的扩散、转移、沉降、反应等过程，预测污染物的激浓度分布及浓度变化趋势，评估污染物对环境的危害程度。

基于此，制定优化环境污染治理方案，提高环境质量及可持续性。

环境仿真设计技术可以应用于许多环境领域，如污染物扩散、水体流动、气态传输、土壤污染治理、废弃物处理等。

例如，在空气污染治理中，可以根据大气应力场的分布规律，模拟污染物的扩散规律，预测污染物的浓度分布及变化趋势，评估治理措施的效果。

在水污染治理中，可以建立水动力学模型，模拟水体中污染物的传输、扩散规律，评估污染物对水体生态系统的影响，制定合理的治理方案。

环境仿真设计技术在实际应用中，需要涉及多个领域的专业知识，如环境科学、计算机科学、数学、物理等。

通过对污染物的物理化学性质、环境参数及通风、气流路径、人口密度和城市物理结构等因素的综合考虑，建立完整的环境模型，确定模拟的因素并定义模型参数，最终得到所需的仿真结果。

环境仿真技术可以帮助决策者进行决策，制定优化水污染治理、噪声控制、空气污染治理等工程方案，实现高效、经济、环保的目标。

同时，环境仿真技术还可以用于环境保护法律的执行，模拟环境污染行为，对相关企业和个人违法行为进行科学定量评估，并根据评估结果进行调整和控制。

总之，环境工程仿真设计技术具有重要的理论与实践意义，可以应用于各种环境领域。

未来，环境仿真设计技术将不断发展，优化升级，为实现环境可持续性发展做出更大的贡献。

【精品】环境工程—大气实验仿真系统操作手册

【精品】环境工程—大气实验仿真系统操作手册

环境工程—大气处理实验仿真系统操作手册北京东方仿真控制技术有限公司2004年2月目录环境工程—大气处理实验安装手册 (2)环境工程—大气处理实验操作手册旋风除尘器性能实验 (8)碱液吸收二氧化硫实验 (21)环境工程—大气处理实验安装手册欢迎您使用本公司的软件并希望您提出宝贵意见！建议配置：Windows98操作系统，PentiumII-233以上，至少32M内存，800x600x16位真彩（标准小字体），至少200M的硬盘空间。

安装步骤：1、如果您是Windows95用户，要能正常的使用本软件，则系统需要用DCOM95升级，运行光盘中的dcom95.exe即可。

2、安装程序主体（1）、启动安装程序：用鼠标双击Aes2003.exe安装向导将引导您安装程序，下图为安装时的信息画面，点击“Next”按钮进行下一步。

在安装过程中点击“Cancel”按钮会取消当前操作，如果安装向导检测到是终止本次安装，则会出现对话框提示：（2）、选择安装路径：安装向导确定了程序的默认安装目录（一般情况是C:\ProgramFiles\Aes2003\，其中盘符会根据您的操作系统的安装路径而有所不同），如您同意安装程序文件在此目录，点击“Next”按钮进行下一步骤。

另外，点击“Back”按钮可回到上一画面。

点击“Browse”按钮可以调出更改安装目录的对话框，您可以改变安装路径的盘符、目录和新建目录的名称，然后点击“OK”确定更改并返回，点击“Cancel”取消更改并返回。

（3）、建立程序启动菜单：安装向导确定了程序的默认启动菜单“开始—程序—东方仿真—环境工程—大气处理实验”，建议您采用默认设置，如果您要更改，请务必记住您所要建立的程序组的名称，以便启动程序。

然后点击“Next”进入下一步。

（4）、开始拷贝文件：安装向导现在开始拷贝文件到您所制定的安装目录，窗口上有当前文件的拷贝过程和和整个拷贝过程的进度。

（6）、安装完毕：安装向导拷贝完文件和完成相应的设置后会显示如下的画面，点击“Finish”按钮完成安装。

环境科学与工程仿真总汇

环境科学与工程仿真总汇

环境科学与工程仿真实验与实训HKG应用软件介绍1帮助文件链接HKG1 流体力学与水泵实验HKG2 通风与大气污染控制工程实验HKG3 水处理厂工程设计与实训HKG4 环境噪声控制工程HKG5 固体废弃物处理WEE35 水环境工程实验ESIA526 ESIA环境管理与评价HKGt 2010版说明书2菜单及功能汇总HKG“环境科学与工程仿真实验与实训”应用软件，在汇总程序HKGt中使用八个下拉菜单系列分类，共包含88个实验和实训项目，如表一所示。

表一“环境科学与工程仿真实验与实训”HKGt的菜单排列3光盘目录和内容HKGt是一个完整的"环境科学与工程仿真实验与实训"系列软件,通过一次操作能够完成所有板块的安装,并进行统一索引。

除了板块系列按钮调用外，统一索引新增加分类菜单调用功能,使用起来更加直接方便，如附图2所示；但由于涉及子程序多,占用内存资源大,影响计算机的运行速度,建议教师在较高配置的计算机上才进行使用；学生练习可按照所开课程，按照独立板块内进行安装。

图1 "环境科学与工程仿真实验与实训"系列软件安装盘HKG1HKG2HKG3HKG4HKG5WEE35 ESIA526 流体力学与水泵实验通风与大气污染控制工程实验水处理厂工程设计与实训,安装目录为"D:\ESIA " 环境噪声控制工程,安装目录为"D:\ESIA " 固体废弃物处理实验与工程实训 WEEfz_3.5水环境工程实验ESIA 环境管理与评价, 需要指定安装目录为"D:\ESIA "HKGt一个完整的"环境科学与工程仿真实验与实训"系列软件,通过一次操作能够完成所有板块的安装,并进行统一索引. 需要指定安装目录为"D:\ESIA"(只需将默认的"C :\ ESIA"改为"D :\ ESIA" )软件使用说明书： 在《软件使用说明书》目录下包括：“HKG1、HKG2、HKG3、HKG4、HKG5、WEE35、ESIA526”7个应用板块的pdf 格式和帮助（CHM ）格式文件，帮助文件可以在程序运行时，通过运行菜单调看，或程序停止运行后在“帮助”下调看。

环境工程仿真模拟仿真实验

环境工程仿真模拟仿真实验

1 S nh rnh X b rb ——微生物反应速率； Yb S nh K nh Snh ——氨氮浓度；
rnh ——氨氮反应速率；
Snh,in、Snh,out ——进、出水氨氮浓度；
Yb ——微生物相对氨氮质量的变化系数；
μ——微生物最大比生长速率。
实验1 简单系统建模仿真
4
要求： 利用MATLAB中simulink工具搭建上述模型，令Snh,in在 时间2时作阶跃变化，变为300，画出： 浓度Xb和Snh在时间0～5内的变化曲线。
实验2 控制系统仿真
6Leabharlann 简单控制系统控制器参数整定
内容及要求： 搭建如下系统，调整PID参数，使输出响应曲线衰减比达 到4:1 ，给出调整后的PID参数和输出响应曲线。
例1.6污泥生长及氨氮的消耗模型
模型参数： Knh ——20；Yb ——0.67；μ——5。 进水条件： V ——1.2；qin≈ qout ——5；Xb,in ——100；Snh,in——400。 初始值： Xb0——350；Snh0——30。
实验1 简单系统建模仿真
5
例1.6污泥生长及氨氮的消耗模型
搭建如下的系统并判断各开关的位置使得分别实现搭建如下的系统并判断各开关的位置使得分别实现静态前馈静态前馈动态前馈动态前馈反馈反馈动态前馈动态前馈反馈反馈控制并比控制并比较相应的输出响应曲线
1
环境工程仿真与控制 仿真实验
实验1 简单系统建模仿真
2
例1.6污泥生长及氨氮的消耗模型
式中： Xb ——微生物浓度； V ——反应器体积； qin、 qout ——进、出水水量 ； Xb,in 、Xb,,out ——进、出水微生物浓度；

环境工程仿真模拟智能控制

环境工程仿真模拟智能控制
加强公众教育，提高公众对仿真模拟智能控制的认识和接受度；完善 相关法律法规，为技术的应用和发展提供法律保障。
跨学科合作
环境工程仿真模拟智能控制涉及到多个学科领域，如计算机科学、数 学、物理学等，加强跨学科合作是未来发展的重要方向。
05
环境工程仿真模拟智能控制的案 例研究
案例一：某城市污水处理厂的智能控制系统
THANKS
感谢观看
技术发展
近年来，随着计算机技术的不断 进步，环境工程仿真模拟技术也 在不断发展，出现了许多新的模 拟方法和软件。
未来展望
未来，随着计算机技术的进一步 发展，环境工程仿真模拟技术将 更加成熟和智能化，能够更好地 服务于环境工程领域。
02
环境工程智能控制技术
智能控制系统的基本组成
传感器
控制器
用于检测被控对象的参数变化，并将检测 到的信息转换为电信号或数字信号传输给 控制器。
法律法规
环境工程仿真模拟智能控制需要遵守相关的法律法规，如何合理合规地应用技术也是一个社会挑战。
解决方案与未来发展方向
技术创新
通过技术创新提高数据处理效率、模型精度和实时性，是解决技术挑 战的有效途径。
成本控制
通过优化算法、减少计算量等方法降低成本，提高经济效益，是解决 经济挑战的关键。
公众教育和法律法规完善
针对大气污染控制的需求，该智能优化算法 能够快速响应并进行精准调控。通过实时监 测和数据分析，智能优化算法能够自动调整 污染控制设备的运行参数，有效减少污染物
排放，提高大气质量。
案例四：固体废弃物处理的仿真模拟研究
要点一
总结词
要点二
详细描述
资源化利用、降低能耗、环境友好
该仿真模拟研究通过建立固体废弃物处理的数学模型和智 能算法，实现了对固体废弃物处理的资源化利用和环境友 好。通过智能控制系统的优化调度，有效降低了处理能耗 和资源消耗，提高了废弃物处理效率和资源回收率。同时 ，该研究还考虑了环境影响和可持续发展的需求，为固体 废弃物处理提供了更加环保和可持续的解决方案。

《环境工程专业模拟仿真实训》教学大纲

《环境工程专业模拟仿真实训》教学大纲

《环境工程专业模拟仿真实训》教学大纲英文名称：Environmental engineering professional simulation training实训类型：实践教学课程要求：必修学时/学分：2周/2适用专业：环境工程一、实训性质与任务水处理仿真实训是模拟实际污水处理的工作环境，通过水处理仿真软件的使用，使学生了解污水处理的工艺流程，熟悉污水处理的构筑物和设备，了解污水水质的评价指标，培养学生根据水质调整不同的单元参数达到处理目标的能力，为以后从事污水处理相关工作打下一定的基础。

二、实训与其他课程或教学环节的联系先修课程化工原理和水污染控制工程，它们为本实训课程提供理论上的支持，有助于掌握水污染控制工艺流程。

三、实训教学目标1．了解环境工程领域工程问题的解决方案，了解污染控制系统、单元（部件）或工艺流程。

2．具有自主学习和终身学习意识，有不断学习和适应发展的能力。

四、实训内容与基本要求实训内容：1．A2/O 污水处理仿真设备的操作。

2．氧化沟单元操作。

3．SBR单元操作。

4．UASB单元操作。

5．泵单元操作。

6．液位调节器单元操作。

实训要求：（一）实训学生的要求1．熟练使用计算机。

2．完成仿真实训单元操作的训练，考核通过。

3．实训态度端正，能完成指导教师指令。

4．遵守软件操作规程，及时完成各项任务。

5．爱护仿真教室，遵守相关规定。

（二）实训指导教师的要求1．对单元及工艺进行讲解。

2．能解答实训过程中同学的疑问。

五、实习地点南院仿真实验室。

六、实习方式1．全专业在仿真教室统一上机实训。

2．在教师指导下完成实训项目的实训任务。

3．实训考核成绩依照考核参考标准。

七、考核及成绩评定方式成绩评定包括：1.出勤：20分，缺勤一次扣2分。

2.机考：80分。

从实训的项目中随机抽查考核，以仿真软件实际操作得分乘以0.8。

八、指导书及参考资料1．指导书：[1] 环境工程专业实践教学讲义．李良、白晓琳、黄宪升主编．校内讲义，2011．。

环境工程的仿真实验与工程实训项目

环境科学与工程仿真实验与工程实训蔡建安主编安徽工业大学2011年合订本总目录前言实训项目及菜单组合光盘目录和内容指导书正文篇章名称编著者HKG1流体力学与水泵蔡建安，郭丽娜，周扬屏，钟梅英HKG2通风与大气污染控制工程蔡建安，林晓飞HKG3污水厂工程实训蔡建安，周扬屏，汪明明HKG4噪声环境蔡建安HKG5固体废弃物处理与处置蔡建安，盛广宏以下两篇从略，可参阅电子版ESIA环境规划、管理和影响评价蔡建安，郭丽娜，沈翼军WEE35水环境工程蔡建安，钟梅英，戴波前言环境科学与工程具有特殊的学科特点：涵盖知识面宽，知识跨度大，理论与实践的关系密切，特征鲜明。

实践教学通常分为实验、实习和设计三类，实验、实习是学生认识实际、建立概念、掌握理论的主要途径，是学生在设计中准确计算、清晰设计的重要基础。

现代计算机技术为《环境科学与工程》理论与实践结合提供了多元化的教学手段。

在理论课、实验课、设计、实习等教学环节，虚拟现实教学能够贯穿在教学全过程。

针对环境的学科多元化，虚拟现实教学也呈现多元化特点。

虚拟现实教学的多元化是指：(1)表现形式有虚拟仪器、虚拟设备、虚拟现实场景等；(2) 教学环节有理论课、实验课、设计和实习；(3)互动和参与模式有理论认知、模拟操作、自主设计等；(4) 复合型能力结构培养有缜密推理和形象表达能力的结合，环境工程工艺和信息控制知识相融合。

课程实验大多是对原理的验证实验，通过系统开发的仿真实验即可方便直观地完成任务，并组织出一些综合性实验。

在单独设置的实验课程中，用仿真实验方法不但能较系统地开出实验，还可以通过下达任务书，由学生完成一些设计性实验。

课程设计中，学生除了按照原要求完成设计外，可以超越一些简化计算进行的假设，面向真实工况的场景进行推演。

毕业设计和论文的功能有些与完成课程设计相似，但有更多的机会通过对机理的深入研究，建立模型，开发新的实用可视化设计系统。

虽然对于环境科学与工程的教学过程，实践环节具有十分重要的基础地位，然而我国高校的实践教学由于三方面原因，受到不同程度的影响：1、招生规模扩大后，设备台套数普遍不足；2、现代新知识，新课程涌入，基础能力训练加强，课程教学学时紧张；3、试剂和材料消耗大，实验经费不足。

环境工程仿真实验 教学方法

环境工程仿真实验教学方法篇11.引言：环境工程仿真实验的意义与背景2.教学方法的种类和特点2.1 传统教学方法2.2 仿真实验教学方法3.仿真实验教学方法的优势3.1 提高学生的学习兴趣和参与度3.2 增强学生的实践和解决问题的能力3.3 提升教学效果和效率4.仿真实验教学方法的实施步骤与注意事项4.1 实验设计4.2 实验操作4.3 实验评估与反馈5.结论：仿真实验教学方法在环境工程教育中的前景正文环境工程仿真实验是一种创新的教学方式，通过模拟真实的工程环境，让学生在实践中学习理论知识，提高解决实际问题的能力。

本文将探讨环境工程仿真实验的教学方法，分析其优势及实施步骤。

传统的教学方法往往以课堂讲授为主，学生很难有机会亲身参与到实际的工程实践中。

而仿真实验教学方法则可以通过模拟真实的工程环境，让学生在实际操作中掌握理论知识，提高实践能力。

仿真实验教学方法具有以下优势：首先，它可以提高学生的学习兴趣和参与度，让学生在实践中学习，更加直观、生动、有趣。

其次，仿真实验可以增强学生的实践和解决问题的能力，让学生在模拟真实的工程环境中，面对实际问题，寻找解决方案。

最后，仿真实验教学方法可以提升教学效果和效率，让学生在短时间内快速掌握理论知识，提高教学效率。

实施仿真实验教学方法需要注意以下步骤和事项：首先，需要根据教学目标和内容设计仿真实验，确保实验的合理性和可操作性。

其次，在实验操作过程中，需要注意安全，避免因操作不当造成意外事故。

最后，在实验评估环节，需要对学生的实验结果进行客观、公正的评价，及时给予反馈和指导，帮助学生更好地掌握知识和提高能力。

总之，环境工程仿真实验的教学方法具有诸多优势，可以提高学生的学习兴趣和实践能力，提升教学效果和效率。

篇2一、引言1.环境工程教育的重要性2.仿真实验在教学中的作用二、环境工程仿真实验教学方法1.实验教学设计1.实验目标的设定2.实验场景的模拟3.实验数据的采集与分析2.互动式教学方法1.学生参与实验设计2.团队合作与讨论3.实时反馈与调整三、教学案例分析1.具体实验项目介绍2.教学过程中的挑战与解决方案四、结论1.仿真实验教学方法的成效2.对未来教学的展望正文一、引言随着社会对环境保护意识的提高，环境工程教育变得愈发重要。

环境工程仿真设计

环境工程仿真设计实验名称：室内空气质量监测治理综合实验实验类型: 综合性实验学时： 32学时适用对象: 环境工程专业一、实验目的1．把握空气中甲醛、二氧化氮、可吸入颗粒物〔PM10〕等监测分析方法。

2．提高对室内空气中污染物的综合分析能力和对室内空气污染的综合治理能力。

二、实验要求1．依照GB/T18883—2002室内空气质量标准中的规定，甲醛〔HCHO〕测定选择GB/T18204.26酚试剂分光光度法或室内空气甲醛快速测定法；二氧化氮〔NO2〕测定选择GB/T15435盐酸萘乙二胺分光光度法；可吸入颗粒物〔PM10〕测定可选择GB/T17095重量法，并预习实验内容，进行实验预备。

2．按照GB/T18883—2002室内空气质量标准中〝室内空气监测技术导那么〞要求，在房间内设3个点，甲醛和二氧化氮测定取1小时均值；可吸入颗粒物PM10测定取日平均浓度。

3．将采集样品按照标准方法进行分析，将分析结果与GB/T18883—2002室内空气质量标准进行对比，指出室内要紧污染源和要紧污染物，并提出可行性治理方案。

三、室内空气中甲醛的测定1．原理甲醛与酚试剂反应生成嗪，在高铁离子存在下，嗪与酚试剂的氧化产物反应生成蓝绿色化合物。

依照颜色深浅，用分光光度法测定。

本法检出限为0.1μg/5mL〔按与吸光度0.02相对应的甲醛含量计〕，当采样体积为10L 时，最低检出浓度为0.01mg/m3。

2．仪器(1) 大型气泡吸取管：l0mL。

(2) 空气采样器：流量范畴0～1L/min。

(3) 具塞比色管：l0mL。

(4) 分光光度计。

3．试剂(1) 吸取液：称取0.10g酚试剂〔3-甲基—苯并噻唑腙C6H4SN(CH3)C∶NNH2·HCl，简称MBTH〕，溶于水中，稀释至l00mL，即为吸取原液。

贮存于棕色瓶中，在冰箱内能够稳固3d。

采样时取5.0mL原液加入95mL水，即为吸取液。

(2) 1％硫酸铁铵溶液：称取1.0g硫酸铁铵，用0.10mol/L盐酸溶液溶解，并稀释至l00mL。

环境工程仿真实验 教学方法

环境工程仿真实验教学方法篇11.引言：环境工程仿真实验的重要性2.传统教学方法及其局限性3.环境工程仿真实验的教学方法3.1 实验教学设计3.2 互动式教学方式3.3 结合实际工程案例4.教学方法的优势及对学生的影响5.结论：推广环境工程仿真实验的教学方法正文1.引言：环境工程仿真实验的重要性随着环境问题的日益突出，环境工程教育在培养解决环境问题的人才方面显得愈发重要。

环境工程仿真实验作为环境工程教育的重要组成部分，可以帮助学生更好地理解和掌握理论知识，提高其解决实际问题的能力。

因此，探讨环境工程仿真实验的教学方法具有重要的现实意义。

2.传统教学方法及其局限性传统的环境工程实验教学方法通常采用老师讲解、学生操作的方式，这种方式虽然可以帮助学生掌握基本的实验操作技巧，但难以激发学生的学习兴趣，培养其创新能力和解决实际问题的能力。

3.环境工程仿真实验的教学方法针对传统教学方法的局限性，我们可以采用以下教学方法进行改进：3.1 实验教学设计在实验教学设计上，可以采用项目式教学法，将实验内容设计成一个完整的工程项目，让学生在实际操作中掌握环境工程的基本原理和方法。

3.2 互动式教学方式采用互动式教学方式，鼓励学生在实验过程中进行讨论和交流，激发其学习积极性和主动性，提高其解决实际问题的能力。

3.3 结合实际工程案例在实验内容上，可以引入实际工程案例，让学生更加直观地了解环境工程的应用和实践，提高其解决实际问题的能力。

4.教学方法的优势及对学生的影响上述教学方法具有以下优势：提高学生的学习兴趣和积极性，培养其创新能力和解决实际问题的能力，提高其环境工程实践能力和综合素质。

同时，这种教学方法也可以为学生的未来职业发展打下良好的基础。

5.结论：推广环境工程仿真实验的教学方法综上所述，环境工程仿真实验的教学方法对于提高学生的综合素质和能力具有重要的意义。

篇21.引言：环境工程仿真实验的重要性2.传统教学方法及其局限性3.环境工程仿真实验的教学方法3.1 实验教学设计3.2 互动与参与3.3 实践与理论结合4.教学方法的优势与效果5.结论：推广环境工程仿真实验的教学方法的建议正文1.引言：环境工程仿真实验的重要性随着环境问题的日益突出，培养高素质的环境工程人才成为了当务之急。

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环境工程仿真摘要：系统仿真是第二次世界大战后发展起来的一门新技术, 目前已广泛应用于工程与非工程的不同领域, 它与航天技术的关系尤为密切。

本文阐明卫星控制系统仿真在卫星研制中的地位, 并叙述卫星仿真的几种级别数学仿真、半物理仿真和全物理仿真的方法、特点、作用及其基本设备。

关键词：数学仿真丰物理仿真全物理仿真太阳模拟器地球模拟器星模拟器仿真计算机气浮台1，前言仿真环境是一种逐步工作的环境.它包括确定仿真目标,建立系统模型, 建立适于仿真系统实现的仿真模型、仿真模型校验、仿真实验运行,结果分析、系统模型校验、再反馈修改模型或实验后再运行.。

仿真（Simulation），即使用项目模拟将待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整体的层次上表示的。

该项目仿真利用计算机模型和某一具体层次的风险险估计，一般采用蒙特卡洛法进行仿真。

在卫星控制系统研制过程中, 仿真是一个不可缺少的环节。

从方案设计, 系统验收到卫星在轨道运行时的故障对策, 无不需要应用仿真的手段。

系统仿真在卫星研制过程中的地位如图所示。

仿真的基础是模型。

模型通常可以分成两种类型。

一类是数学模型,完全用数学语言来描述系统的行为特性, 并用计算机进行仿真。

另一类是物理模型, 用与系统相似或等价的实物来接入回路进行仿真试验。

在卫星控制系统仿真中, 根据所介人模型的不同, 分为数学仿真、半物理仿真和全物理仿真。

2.仿真分类2.1.数学仿真卫星控制系统数学仿真通常与计算机控制系统辅助分析相结合, 完成卫星轨道动力学和刚体、挠性体、多体卫星姿态动力学的时域仿真及控制系统的稳定性分析。

已有专门的软件包完成上述工作, 并可与国际通用的控制设计软件包MATLAB和有限元分析软件包NASTRAN接口。

卫星数学仿真软件主要包括下列功能·空间环境模型仿真包括地球重力场、磁场、空气动力、太阳辐射压力, 日一月一地摄动等。

·卫星轨道计算·三轴稳定卫星姿态确定与控制系统仿真·自旋卫星姿态确定与控制系统仿真·多刚体系统动力学分析及控制仿真·大型挠性体动力学分析及控制仿真数学仿真最关键的问题是建立系统的数学模型。

数学模型要尽量精确地反映系统的性能。

建立系统数学模型有两种方法, 即理论建模和实验建模。

一个复杂的动力学系统建模常常需要两种方法并用。

用理论建立数学模型不仅需要通过实验来取得有关的参数, 也有待于通过实验来验证和修正。

复杂卫星的结构一般由一个主刚体, 挠性附件大型天线和太阳帆板, 带有晃动液体的燃料贮箱,星内活动机构如照相机等各部分组成。

由于系统高度复杂, 很难得到精确的理论模型并求解, 总是在一定的假设条件下简化, 这就使得验模工作显得十分重要。

通过测量卫星在轨道运行参数来验证和修改卫星的数学模型是最为有效的方法。

2.2.半物理仿真虽然数学仿真已经得到卫星在不同参数组合和初始条件下的性能结果, 但是半物理仿真仍然是卫星研制中一个十分重要的环节。

这是由于：a.一个实际系统, 其结构相当复杂, 数学模型很难精确地概括全部的细节, 有时候某些细节的局部误差有可能使系统性能发生质的变化。

在这种情况下,数学仿真具有满意的结果, 而半物理仿真则有可能大大超出了设计的要求或者有新的发现。

b.某些环境如温度变化或干扰如电磁干扰对部件性能的影响很难建立准确的数学模型, 由此引起系统性能的改变也只能通过试验来发现。

c.研制过程中粗心大意造成的误差是不能用数学仿真来发现的, 却很容易在半物理仿真中发现并纠正。

d.一个已研制出来的复杂卫星控制系统在上天之前非常有必要在地面对它作出综合性能的定量评价, 为了实现某种指标, 试验过程中常常对控制系统的硬件或软件参数进行调整, 于是半物理仿真又成为系统设计优化的一种手段。

半物理仿真是将部分或全部控制系统硬件接人回路中进行试验, 但控制对象卫星本体的动力学用数学模型来代替。

由于硬件接人回路, 半物理仿真需要有一系列仿真设备的支持。

这些设主要包括运动模拟器, 目标模拟器, 仿真计算机, 试验测控设备和接口等。

2.2.1运动模拟器卫星半物理仿真用转台来作运动模拟。

根据不同的用途区分, 转台有单轴、两轴、三轴和多轴九种形式卫星仿真主要用三轴转台, 有时也要采用单轴转台。

用于卫星仿真的三轴转台是一个高精度的随动系统, 典型的控制精度为万分之几度, 角速度由每秒万分之一度到每秒几百度, 并且具有良好的频率响应特性作仿真试验时, 将卫星的姿态敏感器安装在内框平台上, 转台的运动由仿真计算机控制。

2.2.2目标模拟器目标模拟器是针对卫星姿态敏感器的特点而设计的一种专用设备。

人造卫星在外层空间依靠太阳,地球、恒星等作参考目标来确定自己的姿态, 分别用太阳敏感器, 地球敏感器、星敏感器作姿态测量。

在仿真试验中, 这些敏感器需要相应的目标模拟器配合才能工作。

a.太阳模拟器太阳模拟器是模拟太阳光辐射的一种设备, 理想的太阳模拟器应在辐照强度, 光谱分布、准直角、光稳定性和均匀性等应与真实太阳相同, 但由于技术上的限制很难各项指标都同时得到满足。

卫星半物理仿真用的太阳模拟器通常要求保证其准直角为’土’的前提下辐照强度达一太阳常数, 均匀性应优于士, 稳定性应优于士。

太阳模拟器的通光口径应足以遮盖太阳敏感器在实验过程中的有效视场。

由于太阳敏感器有时不能正好安装在转台的转动中心附近, 为了保证卫星机动时太阳模拟器光束始终罩住敏感器的视场, 将太阳模拟器固定在一个可以平行移动的运动机构上。

b.地球模拟器地球敏感器利用地球的热辐射作为参考目标来确定卫星相对于当地水平的俯仰和滚动姿态误差目前已有多种形式的地球敏感器用于卫星作姿态测量, 例如园锥扫瞄式地球敏感器, 摆动扫瞄式地球敏感器, 静态地球敏感器等。

在半物理仿真试验中, 需要根据不同形式的地球敏感器来设计相应的地球模拟器。

用于摆动扫瞄式或静态地球敏感器试验的地球模拟器大都作成园盘形, 园盘的直径与卫星轨道高度成反比, 地球同步轨道卫星的地球模拟器直径只有几百毫米用于园锥扫瞄地球敏感器的地球模拟器作成平板形, 用一个扇形的加热区来模拟地球辐射, 扇形的张角要与卫星在轨道上的位置至地球的张角相一致, 张角两边要求严格差动控制, 不对称误差应小于地球敏感器测量误差一个数量级。

地球模拟器通过热壁与冷壁或背景的温差来实现地球辐射仿真, 一般要求热壁有良好的温度均匀度, 目前可作到0.2℃一0.5℃的均匀度水平。

c.星模拟器卫星利用恒星作参考目标来确定姿态, 可以达到秒级的精度, 这是目前所有姿态测量中具有最高精度的一种方法。

星敏感器测量恒星在空间飞行器座标系中的座标, 并使这些被观测到的信息与星表中的已知数据进行比较, 得到卫星的姿态信息。

对用星敏感器作姿态测量的卫星进行半物理仿真时, 需要专门研制相应的星模拟设备。

已有的星模拟器大多作成平行光管形式, 这种星模拟器只能产生单颗或数颗恒星光源, 不适宜作全轨道星图识别仿真。

2.3.仿真计算机仿真计算机是系统仿真的核心设备。

半物理仿真中的仿真计算机主要用来解算卫星动力学, 运动学模型, 进行座标变换, 通过接口接收卫星控制系统执行机构输出的控制指令, 同时控制运动模拟器和目标模拟器运动。

由于要求硬件接人回路, 用来作半物理仿真的仿真计算机需要具备两个特点第一是它的实时性, 也就是它的库程序、I/O服务, 操作系统等全部都应该是实时的。

第二, 它必须有足够的I/O能力,即应具有高速数据接口, 并行A/D、D/A转换以支持实验过程中大量的信息交换。

从七十年代开始, 已有不少人专门进行了专用仿真计算机的研究与开发, 其中最有代表性的可以算美国ADI公司(APPLIED DYNAMICS INTERNATIONAL)研制的专用仿真计算机系统, 该公司1977年推出第一代产品AD- 10, 是一台定点处理机, 与软件MPS10(1980)组成System 10, 其运行速度为30MIPS,1982年ADI公司宣布了System 10的改进型System 10 plus问世, 在原AD-10的基础上扩展了浮点部件FX, 使系统具备了浮点运算能力。

1985年ADI公司进一步推出全浮点数字仿真计算机System 100, 增加了大容量存贮器和强大的I/O系统, 其浮点运行速度为20MFlops.System 100在航空与航天领域得到广泛应用。

System 100的后继产品是Real Time Station and SIM System (1992),全集成仿真设备, 予计不久将来可能会取代System 100.2.3.1试验刚控设备和接口卫星半物理仿真试验中的测控设备主要功能如下:a.对整个试验进行管理和同步。

b.试验前对参试产品卫星控制系统各部件的检测和主要设备的测试。

c.试验数据采集, 显示和处理。

d.星箭分离, 遥控遥测指令模拟e.星载计算机软件加载和参数设置。

卫星半物理仿真的主要接口有:(1)仿真计算机与运动模拟器的接口(2)仿真计算机与目标模拟器的接口(3）信号补偿接口（补偿地球自转对陀螺的影响或重力对加速度计的影响等）（4）信号变换接口（飞轮速度测量、喷气力矩测量、磁力矩测量等并送人仿真计算机）。

卫星半物理仿真主要用于验证控制系统方案, 鉴定已研制出来的控制系统性能和卫星在轨道运行时的故障对策研究。

随着载人飞船工作的开展, 半物理仿真的范围将进一步扩展, 主要包括：a.导航与制导系统的半物理仿真b.人控系统的半物理仿真c.空间交会对接半物理仿真2.4.全物理仿真全物理仿真是卫星特有的一种仿真方法, 它利用单轴或三轴气浮台来模拟卫星在外层空间的无阻尼运动与半物理仿真相比, 全物理仿真不需要仿真计算机, 因为卫星动力学由气浮台来模拟。

气浮台是一个无动力、无摩擦的设备, 它靠高压气休浮起。

当高压气体从底座通人时, 在空气轴承与轴承座之间形成一层气膜, 使台体实现无摩擦相对运动。

全物理仿真试验要求气浮点包括其搭载物与实际卫星具有相等的惯量, 或者两者的惯量比等于试验时的执行机构与实际卫星的执行机构控制力矩之比。

三轴气浮台试验可以模拟卫星三轴祸合运动, 特别适用于验证带有斜装飞轮或控制力矩陀螺的卫星控制系统性能。

这类系统通常控制力矩都很小, 为了使气浮台的不平衡力矩不至影响试验精度, 需要对气浮台的静态平衡作严格调整, 典型的指标为不平衡力矩小于5*10^(-5)牛顿·米。

在试验过程中, 台体的质量中心可能发生变化由于喷气、温度变化等原因, 要使整个试验过程保持这样小的不平衡度, 显然难度很大。

为了减小空气动力对实验精度的影响, 最好将气浮台放在真空罐里进行试验.3.参考文献【1】王正中仿真计算机及其评价信息与控制仿真专刊,1983【2】李伯虎, 胡骏仿真计算机的新发展军用仿真技术专辑,1988【3】刘慎钊卫星控制系统的多转台半物理仿真方法全国第五届系统仿真会议论文集, 1985【4】吴玉山地球模拟器的研究概况控制工程, 1993,（4）【5】宋晓龙全轨道实时星模拟器本刊本期。