PIC單片機有什么特點(diǎn)和優(yōu)勢？

在流體動(dòng)力學(xué)中，通?？捎脷W拉和拉格朗日兩種不同坐標系來(lái)求解流體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，即所謂歐拉法和拉格朗日法。歐拉法可用于求解流體大畸變問(wèn)題，但精度不高，而且在各個(gè)區域進(jìn)行物質(zhì)輸運時(shí)會(huì )產(chǎn)生嚴重的物質(zhì)擴散，使界面和自由面的位置不能精確確定。拉格朗日法正好相反，計算精度較高，能精確確定界面和自由面，但不能處理流體大畸變和在各種介質(zhì)之間有剪切間斷的滑移現象。針對這種情況，美國F.H.哈洛等人于1955年成功地把歐拉法和拉格朗日法結合起來(lái)，提出了質(zhì)點(diǎn)網(wǎng)格法。

基本要點(diǎn) PIC法的基本要點(diǎn)是,把含有多種介質(zhì)的流動(dòng)所通過(guò)的區域用歐拉法分成有限個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格中的每種流體，用一組特定的離散化拉格朗日質(zhì)點(diǎn)表示。

只包含一種流體質(zhì)點(diǎn)的格子稱(chēng)為純單元，兩種流體質(zhì)點(diǎn)同時(shí)存在的格子稱(chēng)為混合單元，不存在任何流體質(zhì)點(diǎn)的格子稱(chēng)為空單元。每個(gè)質(zhì)點(diǎn)具有一定的質(zhì)量，每個(gè)網(wǎng)格單元內的質(zhì)點(diǎn)數目和質(zhì)點(diǎn)分布都以流體流動(dòng)的初始狀態(tài)為依據，而且這些質(zhì)點(diǎn)具有一定的速度和能量。計算開(kāi)始后,質(zhì)點(diǎn)在歐拉網(wǎng)格之間遷移,表示流體在運動(dòng)。

在每個(gè)時(shí)間步長(cháng)內，計算分兩步：第一步用歐拉法計算，即忽略偏微分方程中的輸運效應，用差分方法計算由壓力分布所引起的歐拉網(wǎng)格上速度(或動(dòng)量)和能量的變化。若一個(gè)網(wǎng)格內含有多種流體，就應按一定的規則把能量的改變量適當分配給不同的質(zhì)點(diǎn)。第二步是質(zhì)點(diǎn)遷移計算，它是在第一步的基礎上，按一定的加權平均方法計算出每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的速度和在時(shí)間步長(cháng)結束時(shí)的新位置。一個(gè)質(zhì)點(diǎn)從一個(gè)網(wǎng)格遷移到另一個(gè)網(wǎng)格，就把所攜帶的質(zhì)量以及相應的動(dòng)量和能量從原來(lái)的網(wǎng)格輸送到新的網(wǎng)格中去。這一步實(shí)質(zhì)上是對第一步計算中忽略的輸運效應計算的補償。

在具有激波間斷的流動(dòng)中，處理激波間斷是一個(gè)難題(見(jiàn)激波數值處理)。 PIC法由于有非線(xiàn)性的耗散效應，不僅可以減少差分格式所引起的起伏現象，而且起著(zhù)類(lèi)似于人工粘性的作用。因此,PIC法能自動(dòng)處理流動(dòng)中的激波間斷。但在低速流動(dòng)和固壁條件的計算中，這個(gè)耗散效應很弱，為了使計算穩定，還須引入人工粘性。

PIC17CXX是適合高級復雜系統開(kāi)發(fā)的系列產(chǎn)品，其性能在中檔位單片機的基礎上增加了硬件乘法器，指令周期可達成160ns，它是目前世界上8位單片機中性?xún)r(jià)比最高的機種，可用于高、中檔產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，如馬達控制要得到較好的計算結果，除應考慮滿(mǎn)足一定的穩定性條件外，還須考慮每個(gè)單元內的質(zhì)點(diǎn)數目和分布以及它們的內能等。

方法的推廣 在PIC法基礎上,人們提出了流體網(wǎng)格法(fluid-in-cell method),簡(jiǎn)稱(chēng)FLIC法。它和PIC法一樣采用歐拉網(wǎng)格，不同的只是在第二步計算中不計算質(zhì)點(diǎn)的遷移，而計算連續流體的遷移，即先算出通過(guò)網(wǎng)格邊界的質(zhì)量輸送量，得出每個(gè)網(wǎng)格的新密度，再算出通過(guò)網(wǎng)格的質(zhì)量所攜帶的動(dòng)量和能量的輸送量，最后得到每個(gè)網(wǎng)格的新速度和能量。FLIC法還有一套局部網(wǎng)格單元的計算格式，能計算一些邊界形狀比較復雜的問(wèn)題。

計算二維不可壓縮粘性流動(dòng)的 PIC法后來(lái)還發(fā)展成為所謂標記網(wǎng)格法(marker-and-cell method),簡(jiǎn)稱(chēng)MAC法。此法仍然采用歐拉矩形網(wǎng)格單元，對納維-斯托克斯方程則用差分近似，而把壓力和速度分量作為基本未知量。此外,這種方法還在網(wǎng)格中布置適量的標記點(diǎn),但這種標記點(diǎn)和PIC法中的質(zhì)點(diǎn)不同，本身并不帶有質(zhì)量。在每一個(gè)時(shí)間步長(cháng)上,只用PIC法中確定質(zhì)點(diǎn)速度的方法來(lái)確定每個(gè)標記的速度，并在整個(gè)計算中跟蹤每個(gè)標記，以判定網(wǎng)格里有哪種流體存在。 因此MAC法能用于計算多種流體和帶有自由面的問(wèn)題。近年來(lái)，在研究爆炸和高速碰撞的現象中還發(fā)現介質(zhì)會(huì )經(jīng)歷從固體(彈性、塑性、斷裂)到流體的各個(gè)階段，因而在計算時(shí)必須考慮固體強度效應，為此在PIC、FLIC和MAC等方法的基礎上又導出一種計算流體-彈塑性流動(dòng)的方法(computational method of hydro-elastic-plastic flow)其中最典型的是HELP編碼(HELP code)計算方法。HELP編碼包括三個(gè)步驟：第一步計算壓力效應;第二步計算輸運效應;第三步計算應力偏量效應。此外在多種介質(zhì)界面和自由表面上引入一些沒(méi)有質(zhì)量的標記點(diǎn),用以確定界面和自由面的位置。此外,近年來(lái)還廣泛采用其他一些類(lèi)型的歐拉-拉格朗日的混合方法。 最常用的是任意拉格朗日-歐拉方法(Arbitrary lagrangian-Eulerian Method)，簡(jiǎn)稱(chēng)ALE法。它將離散化的方程建立在既非歐拉，又非拉格朗日的任意活動(dòng)的網(wǎng)格上，以達到不斷重分網(wǎng)格，適應大變形計算的目的。

質(zhì)點(diǎn)網(wǎng)格法以及由它演變出來(lái)的其他方法都具有數值模擬的特點(diǎn)。這些方法大都直接來(lái)源于對物理問(wèn)題的描述，受數學(xué)方程的約束較小，因此能廣泛應用于流體動(dòng)力學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域,如爆炸、燃燒高速碰撞以及物理-化學(xué)流體動(dòng)力學(xué)、液體動(dòng)力學(xué)等方面，甚至還可應用于電流體動(dòng)力學(xué)、磁流體力學(xué)和相對論流體力學(xué)等方面。但是，對上述的研究還很不夠，許多問(wèn)題還只處于實(shí)驗階段。