基于物理模型的乐器仿真技术

基于物理模型的乐器仿真技术是运用声学和力学理论，通过偏微分方程来描述乐器的振动物理特性，它不仅可以精确地描述乐器发声及发声过程，而且还可以准确地再现演奏者的弹奏力度、速度和情感，表现方法与控制仿真参数完全与真实乐器一样而无人工合成的痕迹。随着计算机计算能力的快速提高以及MPEG4的问世，这种方法日趋活跃，成为目前乐器仿真、声音合成的研究热点。本文阐述了物理模型方法中常见的五种技术，分析了它们的特性及其缺陷，阐述了各自的基本思想及实现方法，重点论述了两个著名模型的局限性，并相应地提出了我们所推导出的一维和二维物理模型。     

基于物理模型的琴弦数字仿真

基于物理模型的乐器仿真是运用弹性力学理论，通过偏微分方程来精确描述乐器发声一种方法，尽管它有着模型建立困难，计算开销大等缺点，但随着计算机计算能力的提高，该方法已逐渐成为该领域的研究热点，本文利用物理模型方法描述了琴弦的数学模型，并由此推导出了一种新的普通显式方程算法，该算法适于计算机实现，与LR二阶递昆系统算法相比，该算法不仅简单，而且还具有更高的仿真精度，这对乐器仿真，声音合成领域的科技人员有较好的参考价值。     

基于多体理论的履带车辆半主动悬挂仿真研究

在多轮车辆悬挂系统线性振动模型基础上，证明了悬挂最优阻尼比的存在。提出了统计意义上的最优阻尼控制策略，此即为履带车辆悬挂半主动控制的理论基础。通过基于多体动力学理论的虚拟样机方法对某型履带车辆整车悬挂系统进行了仿真研究，结合“机械系统＋控制系统”联合仿真技术。对比了该车分别采用被动悬挂和半主动悬挂时的动力学特性，得出了该履带车辆采用半主动悬挂可显著降低车辆振动加速度，提高车辆乘坐舒适性的结论。     

人体腰段脊椎建模及其振动趋势预测研究

建立了一个人体脊椎T12-S1段的三维非线性有限元力学模型.利用三维坐标教据测量仪测量人体脊柱椎骨表面的结构数据,然后将脊柱椎骨结构的点云数据输入到有限元软件中进行建模,最后获得了完整的脊椎T12-S1段的三维非线性有限元力学模型.为使模型更接近人体脊椎的真实情况,模型中对脊椎的外形结构和内部组成以及各种韧带均进行了细致地描述.分析表明在振动过程中,腰椎的各椎骨在前后方向上的振动幅度各不相同.椎间盘去髓核会降低脊椎系统的响应频率,同时也降低了损伤附近运动段椎骨的前后振动幅度,但却增加了损伤附近运动段椎骨在垂直方向上的振动幅度.该脊椎T12-S1段三维有限元力学模型的建成为研究脊椎损伤的病理机制与器械植入、军工方面的人体实验模拟,以及与振动相关的机械产品设计与开发,提供了一个更全面的数学模型.     

交互式自行车模拟器中自行车动力学研究

交互式自行车模拟器是集动感及力觉提示、力学仿真以及计算机图形学等技术于一体的动感模拟器系统，自行车动力学仿真模块是其仿真软件系统的核心。本文从分析自行车动力学特点入手，提出了两个弱耦合的动力学子模型——稳定性模型和振动模型来描述自行车在复杂路况下的运动，并研究了在模拟器环境下模型关键输入数据的获取方法。     

基于离散Morse理论的优化模型

根据Forman的离散Morse理论的特点，提出一种基于离散Morse理论的优化模型. 该模型利用在3维空间点构建离散Morse函数进行最优化的算法，得到了问题的最优解或近似最优解，同时也证明了构建的函数确实是复形上的离散Morse函数. 这是一个全新的尝试. 实验在4个典型的测试函数中进行，结果证明了该模型的有效性，且该模型尤其适用于解决大数据量的优化问题.     

主动悬架LQG控制器设计

把最优控制理论运用到主动悬架的控制策略中，通过车辆模型和控制系统的建立，进行了线性二次型最优控制器的设计，并且在输入一路面白噪声的情况下用Simulink进行了模拟仿真，仿真结果有效地证明了用LQG方法控制的主动悬架在改善汽车的平顺性和操纵稳定性上有良好的效果。     

两端固定弦振动方程的Kriging校正模型

系统误差和随机误差的存在使生产过程中的观测值偏离工程模型的理论设计值,影响预测和控制的效果。针对两端固定弦的振动特点,结合观测数据用Kriging模型拟合系统误差和随机误差,校正振动方程的理论预测。通过分析外部随机扰动引起的系统误差的特点,为Kriging模型选择一组特定的基函数。模型还被推广到振动方程无解的情况。基于观测数据的交叉检验结果说明模型能够有效改善预测效果。通过模型不仅能控制振动过程的设计值,还能控制系统误差,为研究弦振动的控制问题提供了新的方法。     

隔墙隔音效果的计算机仿真实验

利用对时间二阶导数的二阶中心差分和空间二阶导数的四阶中心差分将二维声波方程离散化，形成一个模拟声音传播过程的计算方案，并在Windows2000平台上用C＋＋开发程序予以实现。通过对无阻隔的空气模型，空气中的砖墙模型以及空气中的双层木板隔墙模型上的声传播过程的数字仿真模拟，验证了软件的可行性，同时了解到声音在这三个模型所代表的建筑环境中的传播特点，此实验证实了砖墙隔音效果优于木板墙的直觉体验。     

行星齿轮传动系统动力学特性研究

运用拉格朗日方程建立了2K-H型行星轮系扭转振动动力学模型;在动坐标系中建立了2K-H型行星轮系平移-扭转耦合振动动力学模型,每个构件具有两个平移自由度和一个扭转自由度;建立了Rayingneaux型复合行星轮系在各个工况下的力学模型和数学模型,用来分析其自由振动特性,在MATLAB环境下运用GUI函数开发了齿轮传动系统动力学特性分析软件TVLab,以Rayingneaux型复合行星轮系为例,进行了动力学分析,结果表明此软件可以作为分析齿轮传动系统动力学特性的工具.     

模糊定性建模与仿真集成实现

定性推理是使用定性模型 ,推理演绎物理系统以获取有用信息的技术 ,在系统诊断、功能行为仿真、产品设计与分析等领域得以广泛应用 .其面对的主要挑战是定性模型构造比较困难 ,仿真效率不高 ,得到有效解的仿真过程代价较大 .本文就此进行了研究 :利用模型片断库和面向对象的方法实现图形化建模环境 ,使得建模过程直观且易操作 ;采用模型定性仿真技术 ,拓展了传统定性仿真算法 ,提高了仿真效率 .文章最后给出软件实现和实例验证 .     

基于UML和XML的数据建模方法及应用

随着仿真技术的发展,建模方式趋向规范化、标准化。在舰载作战系统仿真中,将数据模型划分为概念模型、逻辑模型和物理模型三个层次,使用UML与XML相结合的方法进行数据建模。UML类图用来建立概念模型;XML模式用来建立逻辑模型,针对信息的内容实现数据类型的定义;XML文档是信息的载体,XML模式为最终的XML文档内容提供解释和约束。以仿真系统中的部分数据为例描述了建模的过程和方法。

Abstract：

The modeling method becomes more standardization now as simulation technology is developing. In simulation of shipborne combat system,the data model has three levels including conceptual,logical,and physical. UML and XML is used to do data modeling as UML class diagram for conceptual model,XML Schema for logical model,and XML documents for the final data which is described and restricted by XML Schemas. To describe the process and method of data modeling,an example is given.     

基于回归神经网络的氧乐果合成过程建模与仿真

氧乐果合成过程具有非线性、时变和不确定性的特点，难以采用常规的建模方法建立模型。BP网络可用于非线性系统的建模，但不能很好的反映实际系统的动态特性。提出了一种静态BP神经网络加多分头延时(TDL)环节构成回归神经网络建立系统动态模型的方法，用于氧乐果合成反应温度控制过程的建模与仿真研究。结果表明，该方法建立的模型误差较小、网络泛化能力较强，能较好的反应实际系统的动态特性，从而为培训操作人员的控制水平提供了低成本的仿真手段，也为自动控制算法的研究提供了仿真模型。     

基于物理效应分析和非线性度量混合建模策略

对于存在多变量、非线性的现代复杂系统,混合建模策略是获得准确、可靠模型的有效手段之一。在现有混合建模方法中,缺乏对先验模型和非参数模型建模目标的清晰界定,且在分析非参数模型时,对线性化方法的选择也缺乏统一的标准。针对上述问题,以四旋翼飞行器为应用对象,提出一种基于物理效应分析和非线性度量的混合建模策略,根据各类物理效应对飞行姿态的影响程度界定先验模型和非参数模型的建模目标,并根据各类物理效应的非线性程度运用模糊推理算法选择合适的线性化方法。实验结果证明了混合模型的可靠性和建模准确性。     

面向复杂系统运动仿真的信息物理融合建模

传统运动仿真的虚拟建模缺少针对复杂系统中信息子系统与物理子系统的动态性融合建模。融合传统运动学虚拟建模与信息计算的优势,针对运动仿真的精度和实时性难以满足实际工业制造需求的问题,提出面向复杂系统运动仿真的信息物理融合建模方法,并以机械臂的运动学控制为仿真案例进行验证,解决了实际环境中机械臂的驱动与仿真环境虚拟机械臂运动不一致的问题。搭建了复杂系统运动仿真虚实映射平台,集成了虚拟建模环境CoppeliaSim,融合实际机器人的运动反馈,和虚实映射计算模型,确定工业机器人运动方程的唯一位姿解。实验结果表明本文提出的方法实现了工业机器人的虚实映射实时运动仿真。     

用CIMOSA和随机PETRI网对CIM系统进行行为建模

利用ＣＩＭＯＳＡ建模框架和建模语言，一个企业的集成模型能够被建立．用过程规则集能够对企业模型进行行为分析．为了进一步对ＣＩＭＯＳＡ企业模型的操作进行分析，本文提出了将ＣＩＭＯＳＡ企业模型转换为等价的随机Ｐｅｔｒｉ网模型的系统方法．这种方法是一种将“ｂｏｔ－ｔｏｍ－ｕｐ”和“ｔｏｐ－ｄｏｗｎ”建模方法混合使用Ｐｅｔｒｉ网综合技术．由这种方法得到的Ｐｅｔｒｉ网模型能够保持初始Ｐｅｔｒｉ网的某些定性结构性质     

基于Creator的飞行视景三维模型数据库优化技术

根据飞行视景仿真中三维建模的特点和要求,利用Creator强大的可视化建模功能和模型数据库优化技术,从调整模型数据库层级结构、减少模型复杂度和减小模型文件尺寸等几个方面着手,创建飞行视景仿真中所必需的飞机/导弹、座舱仪表和地形等典型对象的三维模型,在模型的复杂度和逼真度之间进行平衡,通过某飞行模拟训练系统软件开发中三维模型优化前后运行性能参数的对比,表明了优化建模的必要性和该建模技术在普通PC平台上支持飞行视景实时仿真的可行性.     

基于Modelica的流体点胶过程仿真技术研究

Modelica是为解决复杂物理系统建模与仿真问题而提出的一种统一建模语言,目前尚未发展出一般性的偏微分方程建模方法。流体点胶则是一种微量流体精确成型技术,需要对流体流动过程进行建模。在Modelica语言的框架下,实现了点胶过程中的流体流动过程建模仿真。实现方法采用了Legendre多项式为基函数,通过对过程方程的谱方法近似求解得到,具有物理上准确、数学上简洁的特点,为Modelica语言在分布式参数系统仿真领域的应用提供了一种新的解决思路。     

虚拟环境下变形线性体实时建模算法研究

研究提出一套虚拟环境下线绳和缆索两类变形线性体的几何变形数学建模算法。首先将变形线性体的物理和几何特性,对它们建模的共同之处进行研究,采用微分几何方法在正交直角坐标系下描述其变形,选择样条函数描述线性体的中心线,提出描述扭转变形的一种简单方法,结合广义弹簧理论建立它们的变形能数学模型,应用材料力学理论设计参数,并采用能量极小化方法求解;其次分别针对线绳和缆索的特性修改共性模型,形成各自的建模算法;第三通过仿真模型与实际变形线性体的对比实验验证仿真算法的正确性。实验结果表明,该算法能够正确描绘线绳和缆索变形,并能够满足虚拟环境的实时交互帧频率。