1.2.1 模拟计算机仿真组成 - Read.PPT

1.2 计算机仿真 数学仿真的基本工具是计算机，通常将数学仿真称为计算机仿真。 分类：按照所使用的计算机的种类不同，可将计算机仿真分为模拟计算机仿真、数字计算机仿真和混合计算机仿真。 1.2.1 模拟计算机仿真 组成 模拟计算机是由运算放大器组成的模拟计算装置，它包括运算器、控制器、模拟结果输出设备、电源等。 基本运算部件　模拟计算机的基本运算部件为加（减）法器、积分器、乘法器、函数器和其它非线性部件。 这些运算部件的输入输出变量都是随时间连续变化的模拟量电压，故称为模拟计算机。 模拟仿真具有以下特点 能快速求解微分方程　模拟计算机运行时各运算器是并行工作的，模拟机的解题速度与原系统的复杂程度无关。 可以灵活设置仿真试验的时间标尺　模拟机仿真既可以进行实时仿真，也可以进行非实时仿真。 易于和实物相连　模拟计算机仿真是用直流电压表示被仿真的物理量，因此和连续运动的实物系统连接时一般不需要A/D、D/A转换装置。 模拟仿真的精度较低　由于受到电路元件精度的制约和易受外干扰，所以一般低于数字计算机仿真，且逻辑控制功能较差，自动化程度也较低。 　 1.2.2 数字计算机仿真 组成　数字计算机的基本组成是存贮器、运算器、控制器和外围设备等。 由于数字计算机只能对数码进行操作，因此任何动态系统在数字计算机上进行仿真时都必须将原系统变换成能在数字计算机上进行数值计算的离散时间模型。 与模拟仿真的最基本的差别：数字仿真需要研究各种仿真算法，这是数字计算机仿真与模拟仿真的最基本的差别。 数字仿真的特点是： 数值计算的延迟　任何数值计算都有计算时间的延迟，其延迟的大小与计算机本身的存取速度、运算器的解算速度、所求解问题本身的复杂程度及使用的算法有关。 仿真模型的数值化　数字计算机对仿真问题进行计算时采用数值计算，仿真模型必须是离散模型，如果原始数学模型是连续模型，则必须转换成适合数字计算机求解的仿真模型，因此需要研究各种仿真算法。 计算精度高　特别是在工作量很大时，与模拟机相比更显其优越性。 实现实时仿真比模拟仿真困难　对复杂的快速动态系统进行实时仿真时，对数字计算机本身的计算速度、存取速度等要求高。 利用数字计算机进行半实物仿真时需要有A/D、D/A转换装置与连续运动的实物连接　 1.2.3 混合计算机仿真 混合计算机系统　是由模拟计算机、数字计算机通过一套混合接口（A/D、D/A装置）组成的数字、模拟混合计算机系统，该系统具有模拟计算机的快速性和数字计算机的高精度和灵活性的优点。 混合仿真系统的特点 混合仿真系统可以充分发挥模拟仿真和数字仿真的特点。 仿真任务同时在模拟计算机和数字计算机上执行，这就存在按什么原则分配模拟机和数字机的计算任务的问题，一般是模拟计算机承担精度要求不高的快速计算任务，数字计算机则承担高精度、逻辑控制复杂的慢速变化任务。 混合仿真的误差包括模拟机误差、数字机误差和接口操作转换误差，这些误差在仿真中均应予以考虑。 一般混合仿真需要专门的混合仿真语言来控制仿真任务的完成。 由于混合仿真组成复杂、造价高，过去只在航空、宇航等部门使用较多。目前随着多处理器的并行处理数字计算机的快速发展，混合仿真计算机已有被其替代的趋势。 * *