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(控制)系统仿真 (CONTOL) SYSTEM SIMULATION 第一章 绪论 一、概念 （一）、系统 指具有某些特定功能、按照某些规律结合起来、互相作用、互相依存的所有物体的集合或总和，如生态系统、控制系统等。 分类 1、按物理特征分: 工程系统 人造系统 非工程系统 自然系统 2、按状态规律分（最主要的分类） 连续系统：集中参数系统，分布参数系统 离散时间系统：采样系统 数字系统 离散系统： 离散事件系统 混合系统 （二）模型与建模 1、实体模型，物理效应模型 2、数学模型： 概念模型：框图、流程图等形式化模型 正规模型：符号和方程式 数学模型的建模称为一次建模 3、仿真模型 适合在计算机上进行运算和试验的模型 称为二次建模，如连续系统的微分方程数值解 系统仿真的建模主要是仿真建模，重点是仿真模型 3、仿真 （系统）仿真是以相似原理、系统论、信息技术、数学及其应用领域有关专业技术为基础，以计算机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；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。 其中相似论是系统仿真的主要理论依据。 几何相似 如缩比模型 物理相似 指物理原理、过程、效应及环境条件等的相似 离散相似 连续时间系统离散化为离散时间系统以进行数字仿真或控制实现。 等效性 保证数学描述相同或者频率特性相同、相似 感觉相似 感觉相似涉及：耳、眼、鼻、舌、身等感官和经验，如人在回路中应用于培训仿真器和虚拟现实 思维相似 包括逻辑思维相似和形象思维相似，如专家系统和神经网络 （二）系统仿真 1、优点 号称与理论研究、实验研究并列的第三大认识改造世界的方法 协同（虚拟）制造，军事演习，仿真训练， ①可预料性 ②全面性 ③经济性 ④可重复再现性 ⑤安全性 2、发展 1600-1940年左右， 物理科学的仿真（手段和应用领域）。 二十世纪40-50 年代，计算机出现，并应用于航空领域的仿真。 二十世纪50-60年代，开始应用于工业过程控制。 二十世纪60-70年代， 经济、军事、社会、环境等大系统的仿真。 二十世纪70-90年代， 系统仿真与决策支持、集成化建模、仿真系统出现。 二十世纪90-今 在线、实时仿真、仿真建模方法学、可视化建模与仿真、人工智能、虚拟现实、分布式交互式仿真（DIS，HLA）等的日益成熟并在各领域得到广泛的应用。 核反应过程、宇宙起源、生物工程、结构材料、社会经济和战争 3、分类 按计算机：数字 模拟 时间标尺：实时仿真，时效性 非实时仿真：超实时 亚（欠）实时 结构：物理仿真，数学仿真 半实物仿真：硬件在环（回路）仿真(Hardware In the loop Simulation:HILS) 快速控制原型（Rapid Controller Prototyping:RCP） 人在回路中仿真 ，软件在回路（嵌入式仿真 ） 4开发工具 通用语言 仿真语言 SIMLIB．CASP和GSP等 仿真工具包 如IBM的CSMP、美国的ACSL和与之类似的瑞典的SIMNON、英国的ESL等 一体化建模仿真工具 通用：MATLAB/SIMULINK，SYSTEMBUILD ，LABVIEW 专用：如用于模拟电路仿真的ORCAD PSPICE、机械动力学分析的ADAMS、可用于电、磁、热力学等分析的ANSYS，用于汽车电子控制仿真开发的德国dSPACE、美国的RT-lab、英国的OpenECU，等等， * * 交通系统、市场系统、电话系统、计算机分时系统 计算机采样控制系统 热传导场 工程动力学系统动力学 稳态解 应用举例 概率分布、排队论 差分方程、脉冲传递函数、离散状态方程 偏微分方程 微分方程 传递函数 状态方程 代数方程 数学描述 时间离散 分布参数 集中参数 离散事件系统 连续系统模型 动态系统模型 静态系统模型 模型分类 *