第0章计算机仿真概述.ppt

小结 以相似原理、信息技术和系统技术及应用领域有关专门技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际或设想的系统进行动态试验研究的一门多学科综合的技术性学科。 仿真技术 仿真三要素 系统、模型、计算机 习题与思考题 1.1 什么是系统?系统具有什么性质? 1.2 系统仿真的目的是什么? 1.3 系统的分类方法有哪些? 1.4 系统模型的分类方法有哪些? 1.5 系统建模的基本原则是什么?建模方法有哪些? 1.6 系统仿真一般分为哪几类? 1.7 什么是计算机仿真?计算机仿真的方法有哪些? 1.8 什么是计算机仿真软件?什么是计算机仿真语言? 1.9 目前计算机仿真发展到了什么阶段? 1.10 结合自己的专业谈谈计算机仿真的发展趋势。 几 个 概 念 系统 系统是一个可辨别的、复杂的动态实体。它由互相关联、具有不同特征的部分或子系统所组成。其整体能保持稳定性，并能调整其行为，以适应外界的影响。模型是对实际系统或系统部分的某种形式的描述与表示。 系统——由相互联系、相互制约、相互依存的若干部分(要素)结合在一起形成的具有特定功能和运动规律的有机整体。 系统——按照某些规律结合起来，互相作用、互相依存的所有实体的集合或总和。 在定义一个系统时，首先要确定系统的边界。尽管世界上的事物是相互联系的，但当我们研究某一对象时，总是要将该对象与其环境区别开来。 边界确定了系统的范围，边界以外对系统的作用称为系统的输入，系统对边界以外的环境的作用称为系统的输出。 系统 输入 输出 激励 响应 原因 结果 系统 系统构成三要素 物质 构成系统 的形体 系统的运动 离不开能量 信息则是 系统的灵魂 能量 信息 信息反映了系统运动的状态和特征。 世界的统一性在于物质性，除了运动着的物质，什么也没有。 哲学观点 信息的概念与信号 信息既 不是物质 也不具有 能量 信息是 事物客观 存在或 运动状态 的特征 信息寓于 信号之中 信号是 传输信息 的载体 信号是 含有能量 的物质， 具有 可观测性 工程领域 中使用的 物理变量 就是信号 信息是宇宙物质和运动（包括人的思维活动）的不均匀性的度量。 信息是知识的内涵。 系统描述三要素 实体 组成系统的具体对象。 确定了系统的构成， 也就确定了系统的边界。 也称为描述变量， 描述每一实体的特征，即状态和参数。 定义了系统内部实体之间的相互作用， 从而确定了系统内部发生变化的过程， 即对象随时间推移而发生的状态变化。 属性 活动 系统要研究的内容 实体、属性和活动是任何系统都需要研究的三个内容 系统的实体为： 电阻R；电感L；电容C和激励e(t)； 系统的属性为： 电荷q；电流dq/dt；激励e(t)，R、L、C的数值； 系统的活动为： 电振荡(随时间变化)。 系统的主要性质 1.整体性 2.相关性 3.目的性 各个部分之间按一定的规律相互联系、相互作用。系统的关联性主要表现为每个环节之间的信息流动和信息反馈作用。 各个部分既相对独立，又是不可分割的。按一定的规律组成一个整体 一个系统的目的性表现在两个方面：一是系统要完成特定的功能；二是在完成基本功能的同时要使系统达到最优化。 系统的边界和环境 系统的边界（可以是物理的也可以是概念的）包围了所研究对象的所有部件； 位于边界以外的那些部件以及能够在系统特性上施加某些重要影响的因素（但不能从系统内部控制这些影响）构成了系统的环境。 环境的变化有可能影响系统的性能，系统也会产生一些作用，使系统之外的物体发生变化。 系统的边界不是固定不变的，要根据所研究的目标来确定哪些属于内部因素、哪些属于外部因素。 系统分类 1.静态系统和动态系统 2.确定系统和随机系统 3.连续系统和离散系统 常用的分类方法还有：按照方程的类型分为线性系统和非线性系统；按参数类型分为定常系统和时变系统；还可以分为集中参数系统和分布参数系统；按照变量的个数分为单变量系统和多变量系统。 系统模型 2.数学模型 1.物理模型 系统模型是系统的某种特定的性能的一种抽象形式。系统模型实质是用某种形式来近似地描述或模拟所研究的对象或过程。模型可以描述系统的本质和内在的关系，通过对模型的分析和研究，达到对原系统的了解。 系统模型的建立是系统仿真的基础，而建立系统模型是以系统之间相似性原理为基础的。相似性原理指出，对于自然界的任一系统，都存在另一个系统，它们在某种意义上可以建立相似的数学描述或存在相似的物理属性。一个系统可以用模型在某种意义上来近似，这是整个系统仿真的理论基础。 缩尺模型；模拟模型；样机模型 人们将现实世界称为系统，那么数学模型就是现实系