计算机仿真新）课件.ppt

机电工程学院机电工程系 李 安 Tel: 0532O) Email: lian@ jdgc_lian@126.com 参考文献 1.系统仿真概论，肖田元等编，清华大学出版社 2.现代仿真技术与应用，康风举编，国防工业出版社 3.先进仿真技术与仿真环境，熊光楞编， 国防工业出版社 4.仿真技术与软件，贾连兴主编，国防工业出版社 第1章 概述 Three topics to be discussed WWH What to learn Why to learn How to learn 理解并掌握系统仿真的概念、分类、作 用； 了解计算机仿真的发展历程、应用领域及 目前研究、应用现状； 熟悉掌握计算机数字仿真的基本过程。 1.1 仿真的基本概念及其分类 1.1.1 系统仿真的定义、分类及作用 1.1.2 计算机仿真的定义及其分类 1.2 计算机仿真的发展及其应用领域 1.3 计算机数字仿真的基本过程 1.4 先进仿真技术 1.系统仿真的定义（system simulation) 系统仿真是通过对系统模型的实验，研究一个存在的或设计中的系统。简言之，系统仿真是对系统动态模型的实验，即在仿真中，系统的动态模型在一定的实验条件下被行为产生器驱动，产生模型行为。 系统仿真是以相似原理、系统技术、信息技术及其应用领域有关专业技术为基础，以计算机、仿真器和各种专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实的或设想的系统进行动态研究的一门多学科的综合性技术。 仿真学科的理论体系包括以下几个方面： ①相似理论 相似理论是研究事物之间相似规律及其应用的科学，是仿真科学的基本理论。系统仿真是通过研究模型来揭示原型（实际系统）的形态特征和本质，从而达到认识实际系统的目的。相似论基本内容包括相似定义、相似定理、相似类型和相似方法。因为系统具有内部结构和外部行为，因此系统的相似有两个基本水平：结构水平和行为水平。同构必具有行为等价的特性，但行为等价的两个系统并不一定具有同构关系。 因此系统相似无论具有什么水平，基本特征都归结为行为等价。基本类型包括几何相似、离散相似、等效、感觉相似、思维相似。 ②模型论（建模理论） 模型论是以各应用领域内的科学理论为基础，建立符合仿真应用要求的、领域专用的各种模型的理论和方法 ，模型论中有模型的体系结构、建模的工具环境等技术和方法。 ③仿真系统理论 研究和论述构建符合应用要求的仿真系统理论和技术，包括仿真系统的体系和构成、仿真系统的设计及其公共关键技术、仿真系统的研制和运用、仿真系统的规范标准等。 ④仿真方法论 结合各应用领域的不同要求，研究仿真基本思想和方法，其中有定量仿真（集中参数系统仿真方法、分布参数系统仿真方法和离散事件系统仿真方法）、定性仿真的理论方法；人、实物在回路中的仿真方法；集 中式仿真和分布交互式仿真方法；面向对象（OO）仿真方法；智能（如智能体AGENT、神经网络）仿真方法等。 ⑤仿真的可信性理论 表述仿真过程及结果评价、控制的概念和方法的基本理论，研究仿真环境和真实环境的相似性的理论和方法，研究提高仿真可信性的各种方法、技术和规范。如VVA工程方法。 ⑥仿真科学和技术的应用理论 论述仿真运行实验设计、仿真管理、仿真过程的可视化、仿真及其结果综合分析的理论。 应用领域技术包括：自然科学与工程仿真应用；社会科学中仿真应用；管理科学中仿真应用；军事领域中仿真应用等。 2.系统仿真的分类 ①根据系统模型分类 物理仿真、数学仿真、半物理仿真 ②根据仿真系统的结构和实现手段不同分类 数学仿真、物理仿真、半实物仿真、人在回路中仿真、软件在回路中仿真。 ③根据虚实结合的程序分类 构造仿真、虚拟仿真、实况仿真。 3.系统仿真的作用 由于仿真技术在应用上的特殊功效(安全性和经济性),仿真技术获得了十分广泛的应用。世界各国几乎所有大型的发展项目,如阿波罗登月计划、战略防御系统、计算机集成制造、并行工程等，因为投资极大，又有相当的风险，而仿真技术的应用可以用较小的投资换取风险上的大幅度降低。根据国外有关统计资料分析，由于采用系统仿真技术，使武器系统靶场试验次数减少了30%~60%，研制费用节省了10%~40%，研制周期缩短了30%~40%。仿真技术在复杂工程系统的分析和设计的研究中已成为不可缺少的工具，归纳起来，系统仿真技术的主要作用有： ⑴优化系统设计。在复杂的系统建立以前，能够通过改变仿真模型结构和调整参数来优化系统设计。 ⑵对系统或系统的某一部分进行性能评价。 ⑶节省费用。 ⑷重现系统故障，以便判断故障产生的原因。 ⑸可以避免试验的危险