计算机仿真教案01--第一章 绪论.ppt

1.2 系统、系统模型、系统仿真 2.连续系统模型 1）微分方程模型: 未知函数是一元函数，则称为常微分方程；若未知函数是多元函数，则称为偏微分方程. 常微分方程:设系统输入u(t)和系统输出y(t) 1.2 系统、系统模型、系统仿真 1.2 系统、系统模型、系统仿真 2）传递函数模型U(s)与Y(s)分别是输入,输出的拉普拉斯变换 3）状态空间模型 x-状态向量 u-输入向量 y-输出向量 4）结构图模型 当系统中有非线性环节等时，采用此种模型 仿真技术基础 · 绪论 船舶与海洋工程学院 主 讲：李锦云 唐国元 电 话：李) 办公地址：东8楼108室(李) E - mail：jyunl@(李) 教学安排 课时/学分：32/2 教学内容： 1、概论，仿真的基本方法 2、数值积分法 3、连续系统仿真 4、离散相似法仿真 5、MATLAB(SIMULINK )基本使用方法 1.1 引言 1.1引言 1.1.1仿真的定义 1961年G.W.Morgenthler 首次技术性解释 指在实际系统尚不存在的情况下，对于系统或活动本质的复现 雷诺(T.H.Naylor)于1966年在其专著中对仿真作了如下定义：“仿真是在数字计算机上进行试验的数字化技术，它包括数字与逻辑模型的某些模式，这些模型描述某一事件或经济系统(或者它们的某些部分)在若干周期内的特征。” 1978年科恩（ Korn）在《连续系统仿真》一书中将仿真定义为“用能代表所研究的系统的模型做实验” 1.1 引言 1984年Oren提出“仿真是一种基于模型的活动”，被认为是现代仿真技术的一个重要概念。 仿真是对真实世界的模拟。 基本共同观点是：仿真是基于模型进行的。 其它一些定义只对仿真作一些概括的描述： 仿真就是模仿真实系统；仿真就是利用模型来作实验等等。 艾伦(A.Alan)在1979年8月出版的《仿真》期刊上对众多的定义进行了综述 1.1 引言 综合定义： 仿真(Simulation)——通过对系统模型的实验来研究一个存在的或设计中的系统。它是将所研究的对象用其它手段加以模仿的一种活动 系统仿真:是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算技术等理论基础之上的，以计算机和其它专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助于专家经验知识、统计数据和信息资料对试验结果进行分析研究，进而做出决策的一门综合性的和试验性的学科。 1.1 引言 1.1.2 仿真的必要性 1. 必要性 分析、研究和设计一个系统，需要 “理论知识+实验研究”。 一个实际系统的实验研究，有着可实现性与不可实现性。 一个未来系统的实验研究，具有不可实现性。 结论：对系统建立模型，借助于系统模型进行实验研究。 1.1 引言 不可实现性的原因有： 安全性、经济性、实验周期性、可能性等。 例： “旧金山号”核潜艇 “旧金山号”核潜艇2005年1月8日在关岛以南海域撞上了一个海底山脉。这一事故造成一名艇员死亡，60多名艇员受伤。 1.1 引言 2. 充分性－－仿真的好处 便于重复进行试验，便于控制参数，时间短，代价小 可以在真实系统建立起来之前，预测其行为效果，从而可以从不同结构 或不同参数的模型的结果比较之中，选择最佳模型 对于缺少解析表示的系统，或虽有解析表示但无法精确求解的系统，可以通过仿真获得系统运行的数值结果 难以用数学公式表示的系统，或者没有建立和求解数学模型的有效方法． 虽然可以用解析的方法解决问题，但数学的分析与计算过于复杂，这时计算机仿真可能提供简单可行的求解方法 对于随机性系统，可以通过大量的重复试验，获得其平均意义上的特性指标 1.1 引言 2. 充分性－－仿真的好处（续） 希望能在较短的时间内观察到系统发展的全过程，以估计某些参数对系统行为的影响． 难以在实际环境中进行实验和观察时，计算机仿真是唯一可行的方法， 例如太空飞行的研究． 需要对系统或过程进行长期运行比较，从大量方案中寻找最优方案． 1.1 引言 1.1.3 仿真的分类 a) 根据计算机类型 　　模拟计算机仿真 　　数字计算机仿真 　　模拟数字混合仿真 b) 根据系统模型信息流的特性 连续系统仿真 离散系统仿真 离散事件系统仿真 c) 仿真时钟与实际时钟的比例关系 实时仿真 欠(亚)实时仿真 超实时仿真 1.1 引言 1.1.3 仿真的分类(续) d)根据仿真系