系统建模与仿真-第1章第2次课.pdf

电气工程与自动化学院 系统建模与仿真 主 讲 人 ： 江 灏 系统建模与仿真基础 1 系统、模型、仿真的基本概念 2 建模的原则、方法、步骤与模型验证 3 仿真技术的分类与系统仿真一般过程 4 现代仿真技术的发展方向和研究热点 系统建模与仿真基础 1 系统、模型、仿真的基本概念 2 建模的原则、方法、步骤与模型验证 3 仿真技术的分类与系统仿真一般过程 4 现代仿真技术的发展方向和研究热点 仿真技术的分类与系统仿真一般过程 3 3.1 仿真技术的分类 1. 根据模型的种类不同，系统仿真可分为三种：物理仿真、数学仿真 和半实物仿真。 物理仿真 ：按照真实系统的物理性质构造系统的物理模型，并在物理模型 上进行实验的过程称为物理仿真。 物理仿真的优点是：直观、形象，也称为“模拟”。 物理仿真的缺点是：模型改变困难，实验限制多，投资较大。 数学仿真 ：对实际系统进行抽象，并将其特性用数学关系加以描述而得到 系统的数学模型，对数学模型进行实验的过程称为数学仿真。计算机 技术的发展为数学仿真创造了环境，亦称为计算机仿真 数学仿真优点是：方便、灵活、经济 数学仿真缺点是：受限于系统建模技术，即系统数学模型不易建立。 仿真技术的分类与系统仿真一般过程 3 3.1 仿真技术的分类 根据模型的种类不同，系统仿真可分为三种：物理仿真、数学仿真和 半实物仿真。 半实物仿真 半实物仿真：即将数学模型与物理模型甚至实物联合起来进行实验。 对系统中比较简单的部分或对其规律比较清楚的部分建立数学模型，并 在计算机上加以实现 对比较复杂的部分或对规律尚不十分清楚的系统，其数学模型的建立比 较困难，则采用物理模型或实物 仿真时将两者连接起来完成整个系统的实验 仿真技术的分类与系统仿真一般过程 3 3.1 仿真技术的分类 2. 根据所使用的仿真计算机类型也可将仿真分为三类： （1 ）模拟计算机仿真 ； （2 ）数字计算机仿真 ； （3 ）数字模拟混合仿真。 仿真技术的分类与系统仿真一般过程 3 3.1 仿真技术的分类 3.根据仿真时钟与实际时钟的比例关系分类 (1)实时仿真 ，即仿真时钟与实际时钟完全一致 ，也就是模型仿 真的速度与实际系统运行的速度相同。当被仿真的系统中存在物理 模型或实物时 ，必须进行实时仿真 ，例如各种训练仿真器就是这样 ， 有时也称为在线仿真。 (2)亚实时仿真 ，即仿真时钟慢于实际时钟 ，也就是模型仿真的 速度慢于实际系统运行的速度。当对仿真速度要求不苛刻的情况下 均是亚实时仿真 ，例如大多数系统离线研究与分析 ，有时也称为离 线仿真。 (3)超实时仿真 ，即仿真时钟快于实际时钟，也就是模型仿真的 速度快于实际系统运行的速度。例如大气环流的仿真、交通系统的 仿真等。 仿真技术的分类与系统仿真一般过程 3 3.1 仿真技术的分类 4.根据系统模型的特性分类 仿真基于模型 ，模型的特性直接影响着仿真的实现。从仿真实现 的角度来看 ，系统模型特性可分为两大类 ，即连续系统和离散事件 系统。由于这两类系统固有运动规律的不同 ，因而描述其运动规律 的模型形式就有很大的差别。相应地 ，系统仿真技术也分为两大类 ： （1 ）连续系统仿真 ； （2 ）离散事件系统仿真。 仿真技术的分类与系统仿真一般过程 3 3.2 系统仿真的一般过程 Ø建模与形式化： 实际系统 Ø确定模型的边界，