计算机仿真概述
计算机仿真
模 型 构 造
行模 与型 改的 进运
运行:确定具体的运行方案,如初始条件、 参数、步长、重复次数等,然后输入数据,运 行程序。 改进:将得出的仿真结果与实际系统比较, 进一步分析和改进模型,直到符合实际系统 的要求及精度为止。
出设 设计出结构清晰的仿真结果输出。包括 仿 计 提供文件的清单,记录重要的中间结果等。 真格 结式 输出格式要有利于用户了解整个仿真过 果 输 程 ,分析和使用仿真结果.
计算机仿真举例: (库存问题) 某电动车行的仓库管理人员采取一种简单的订 货策略,当库存量降低到P辆电动车时就向厂家订 货,每次订货Q辆,如果某一天的需求量超过了库 存量,商店就有销售损失和信誉损失,但如果库存 量过多,会导致资金积压和保管费增加。若现在已 有如下表所示的两种库存策略,试比较选择一种策 略以使总费用最少。
重新订货点P辆 方案1 方案2 125 150 重新订货量 Q辆 150 250
这个问题的已知条件是: (1)从发出订货到收到货物需隔3天。 (2)每辆电动车保管费为0.50元/天,每辆电动车的缺货 损失为1.60元/天,每次的订货费为75元。 (3)每天电动车需求量是0到99之间均匀分布的随机数。 (4)原始库存为110辆,并假设第一天没有发出订货。 分析:这一问题用解析法讨论比较麻烦,但用计算 机按天仿真仓库货物的变动情况却很方便。我们以 30天为例,依次对这两种方案进行仿真,最后比较 各方案的总费用,从而就可以做出决策。 计算机仿真时的工作流程是早上到货、全天 销售、晚上订货,以一天为时间步长进行仿真。
事件: 改变系统状态的瞬间变化的事情.
事件表: 事件表一般是一个有序的记录列,每个记 录包括事件发生时间、事件类型等一些内容.
状态: 系统的状态是指在某一时刻实体及其属性 值的集合.
计算机仿真
计算机仿真引言计算机仿真(Computer Simulation)是利用计算机模拟真实世界或虚拟系统的过程。
它通过创建数学模型和模拟实验来研究和分析各种现象和系统。
计算机仿真在许多领域中都发挥着重要的作用,包括物理学、工程学、生物学、社会科学和医学等。
计算机仿真的应用物理学仿真计算机仿真在物理学中起着至关重要的作用。
它可以模拟天体运动、流体力学、电磁场以及量子物理等现象。
通过计算机仿真,我们可以对复杂的物理系统进行研究和分析,例如黑洞的形成、星系的演化、飞机的气动特性等。
计算机仿真能够大大加速科学研究的进程,并提供准确的预测结果。
工程学仿真在工程学领域,计算机仿真广泛应用于产品设计、工艺优化和性能评估等方面。
通过创建虚拟模型和模拟实验,工程师可以在计算机上测试和优化设计方案。
这种虚拟的仿真环境可以帮助工程师降低开发成本、节省时间和资源。
例如,在汽车工程中,计算机仿真可以模拟车辆的碰撞试验,优化车身结构,提高安全性能。
生物学仿真计算机仿真在生物学研究中也发挥着重要的作用。
生物学仿真可以模拟生物体内的化学反应、细胞分裂、蛋白质折叠等生物过程。
通过计算机仿真,科学家可以深入研究生物系统的复杂性,加深对生命现象的理解。
同时,生物学仿真还可以用于药物研发、疾病模拟以及基因工程等领域。
社会科学仿真社会科学仿真是计算机仿真在社会学、经济学和人文学科中的应用。
它可以模拟人类社会的行为和互动,分析社会系统的稳定性和变化。
社会科学仿真可以用于研究市场经济、政治决策、交通流动等各种社会现象。
通过计算机仿真,我们可以预测社会系统的发展趋势,提供政策决策的参考。
医学仿真在医学领域,计算机仿真被广泛应用于医疗技术的研发和临床实践中。
例如,计算机仿真可以模拟手术过程,帮助医生进行手术前的模拟操作,提高手术的成功率。
此外,计算机仿真可以模拟人体生理过程,用于研究疾病的发展和治疗方法的优化。
计算机仿真的方法和技术数值模拟数值模拟是计算机仿真的一种重要方法。
计算机仿真
计算机仿真中的常用术语
系统----指一些具有特定功能、相互之间以一定的规律联系着 的物体所组成的总体。 系统边界----为了限制所研究问题涉及的范围,一般用系统边 界把所研究的系统与影响系统的环境区分开来。 实体----系统内的对象、系统的组成元素都称为实体。 属性----反映实体的某些性质,比如文字、数字或逻辑。 状态----是指在某一时间点上,实体及其属性值的集合。 活动----导致系统状态变化的一个过程称为活动。反映了系统 变化的规律。 事件----活动是指一段过程,即在一段时间内发生的情况。事 件是一个时间点的情况,系统发生变化的瞬间就发生了事件。
该系统中有顾客到来事件A和服务结束事件D这两个事件 ,且假设顾客到来时若出纳员空闲,则该顾客就立即缴 款,然后离去。若顾客到来时出纳员忙,则该顾客排队 等候。在这个问题中,事件表中的每个记录可简单地设 时间和事件两项。
初始化:仿真时钟置零 设置系统初始状态 累计统计量清零 产生初始事件表 从事件表中找出时间最近事件 仿真时钟步进 是哪一类事件? 事件表
3、模型的运行与改进:首先确定一些具体的运行方 案,如初始条件、参数、步长、重复次数等,然后输 入数据,运行程序,将得出的仿真结果与实际系统比 较,进一步分析和改进模型,直到符合实际系统的要 求和精度为止。 4、设计格式输出仿真结果:包括提供文件的清单, 记录重要的中间结果。输出格式要有利于用户了解整 个仿真过程,分析和使用仿真结果。
注水速度:W/I=6m3/min; 排水速度:W/O=6m3/min; 注入水的含盐率: S/I=0.5kg/m3; 最终含盐率: S/F=0.2kg/m3; T时刻水的体积:V/Tm3; T时刻水的含盐量:S/Tkg; S /T T时刻水的含盐率:S/R= kg/m3 K /T 对于这样一个连续系统仿真时,必须在一系列离散时间点 t0<t1<t2<…<tn上来进行考察,这些离散时间点之间的间隔 T=ti-ti-1(i=1,2,…n)就是时间步长。若要取步长为1min时,就 要每隔1min考察一次系统的状态特性。本题中每隔1min池水的动态 变化过程是:每分钟水的体积增加6-4=2m3;每分钟向池内注入盐 6*0.5=3kg;每分钟向池外流出盐4*SRkg;每分钟池内增加盐 3-4*SRkg。 根据以上分析,仿真过程流程图如下:
计算机仿真与虚拟测试技术
计算机仿真与虚拟测试技术计算机仿真与虚拟测试技术是一种利用计算机技术模拟真实世界中的系统行为和性能的技术。
它通过建立数学模型和仿真算法,对系统进行模拟和分析,以预测系统在实际运行中的性能和行为。
1.计算机仿真的概念与分类–概念:计算机仿真是指利用计算机对实际系统进行模拟和仿真的过程。
–分类:根据仿真的目的和应用领域,计算机仿真可以分为数值仿真、物理仿真和虚拟仿真等。
2.计算机仿真的基本步骤–建立数学模型:根据实际系统的特点和需求,建立数学模型,包括连续模型和离散模型。
–选择仿真算法:根据模型的特点和仿真目的,选择合适的仿真算法,如数值积分法、差分法等。
–编写仿真程序:利用编程语言和仿真工具,编写仿真程序,实现模型的仿真和分析。
–分析仿真结果:对仿真结果进行分析和评估,得出结论和优化建议。
3.虚拟测试技术的基本概念与方法–概念:虚拟测试是指利用计算机技术对系统进行测试和验证的过程。
–方法:虚拟测试技术主要包括模型-based测试、基于有限元的测试和基于人工智能的测试等。
4.计算机仿真与虚拟测试技术的应用领域–制造业:用于产品设计、制造和测试,提高产品质量和性能。
–交通运输:用于车辆性能测试、交通流量分析和交通事故模拟等。
–医疗卫生:用于医疗设备性能测试、手术模拟和疾病预测等。
–能源领域:用于能源系统优化、新能源技术测试和能源效率评估等。
5.计算机仿真与虚拟测试技术的优势与挑战–优势:可以节省实验成本、缩短研发周期、提高系统性能和安全性。
–挑战:建模复杂性、仿真精度和实时性问题、数据处理和分析等。
6.计算机仿真与虚拟测试技术的发展趋势–云计算与大数据:利用云计算和大数据技术,提供更加高效和强大的仿真与测试平台。
–人工智能与机器学习:结合人工智能和机器学习技术,提高仿真精度和智能化水平。
–虚拟现实与增强现实:利用虚拟现实和增强现实技术,提供更加直观和沉浸式的仿真与测试体验。
以上是关于计算机仿真与虚拟测试技术的相关知识点,供您参考。
计算机仿真详细讲解
计算机仿真详细讲解1. 引言计算机仿真是通过模拟计算机程序来模拟和分析现实世界的过程。
它可以用来模拟各种复杂系统,并帮助我们理解和预测实际系统的行为。
本文将详细讲解计算机仿真的定义、原理、应用领域和使用的工具。
2. 定义计算机仿真是使用计算机程序模拟实际系统的过程。
它通过模拟系统的输入、输出和内部运行机制,来研究系统的性能和行为。
计算机仿真可以用来研究物理系统、社会系统、生物系统等各种复杂系统。
3. 原理计算机仿真的原理基于数学和物理原理。
它可以分为以下几个步骤:3.1. 建立模型首先,需要建立一个模型来描述实际系统的行为。
模型可以是数学方程、物理实验数据、流程图等形式。
模型应该能够准确地描述系统的输入、输出和内部运行机制。
3.2. 编写仿真程序根据建立的模型,需要编写计算机程序来模拟系统的行为。
仿真程序通常使用编程语言来实现,如Python、C++等。
程序中包含了模型的数学运算、数据处理和结果输出等功能。
3.3. 运行仿真将编写好的仿真程序运行起来,输入系统的初始条件和参数,通过计算机的计算能力来模拟系统的运行过程。
仿真程序会根据模型和输入参数计算出系统的输出结果。
3.4. 分析和验证结果仿真程序运行完成后,需要对结果进行分析和验证。
可以将仿真结果与实际系统的观测数据进行比较,以评估仿真模型的准确性和可靠性。
如果仿真结果与实际观测相符,则说明模型和仿真程序是有效的。
4. 应用领域计算机仿真在各个领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域:4.1. 物理科学计算机仿真在物理科学领域中有着重要的作用。
它可以模拟和研究各种物理现象,如流体力学、电磁学、量子力学等。
通过仿真可以更好地理解和解释物理现象,并为科学研究提供支持。
4.2. 工程和制造业在工程和制造业领域,计算机仿真可以用来模拟和优化工程设计和制造过程。
它可以分析和预测产品的性能、可靠性和生命周期成本,从而提高工程和制造效率。
4.3. 交通运输在交通运输领域,计算机仿真可以用来模拟和优化交通流量、车辆行驶和路网规划等问题。
《计算机仿真教案》课件
《计算机仿真教案》PPT课件第一章:计算机仿真概述1.1 计算机仿真的概念解释计算机仿真的定义强调计算机仿真在科学研究和工程设计中的重要性1.2 计算机仿真的分类介绍连续系统仿真和离散系统仿真的区别列举常见的计算机仿真方法和技术1.3 计算机仿真的应用领域概述计算机仿真在各个领域的应用实例强调计算机仿真在现代社会中的广泛应用第二章:计算机仿真原理2.1 计算机仿真的基本原理解释计算机仿真的基本原理和方法强调计算机仿真需要基于数学模型和算法2.2 计算机仿真的建模方法介绍常见的建模方法,如机理建模、统计建模和机器学习建模强调建模方法的选择和验证的重要性2.3 计算机仿真的求解方法介绍常见的求解方法,如数值求解、符号求解和优化求解强调求解方法的选择和收敛性的考虑第三章:计算机仿真工具3.1 计算机仿真软件介绍概述常用的计算机仿真软件,如MATLAB/Simulink、Ansys和SolidWorks等强调仿真软件的功能和适用领域3.2 计算机仿真软件的使用方法介绍如何使用计算机仿真软件进行仿真的基本步骤强调仿真软件的操作技巧和注意事项3.3 计算机仿真软件的选用原则讨论如何选择合适的计算机仿真软件强调根据实际需求和预算进行合理选择第四章:计算机仿真实验4.1 计算机仿真实验的设计介绍如何设计和规划计算机仿真实验强调实验设计的合理性和可行性4.2 计算机仿真实验的执行介绍如何执行计算机仿真实验强调实验过程中数据的采集和记录的重要性4.3 计算机仿真实验的结果分析介绍如何分析计算机仿真实验的结果强调结果分析的准确性和可靠性第五章:计算机仿真的评估与优化5.1 计算机仿真的评估方法介绍常见的计算机仿真评估方法,如误差评估、效率评估和可信度评估强调评估方法的选择和实施的重要性5.2 计算机仿真的优化方法介绍常见的计算机仿真优化方法,如参数优化、结构优化和算法优化强调优化方法的选择和实施的有效性5.3 计算机仿真的改进与提升讨论如何根据评估和优化结果改进和提升计算机仿真强调持续改进和更新仿真模型的重要性第六章:计算机仿真的可视化6.1 仿真可视化的概念与意义解释仿真可视化在计算机仿真中的作用强调可视化对于理解和分析仿真结果的重要性6.2 可视化工具与技术介绍常用的仿真可视化工具,如Paraview、Maya和Unity等强调不同工具适用于不同类型的仿真数据6.3 可视化应用案例分析通过案例展示如何将可视化应用于仿真数据的展示和分析强调可视化在帮助决策和优化过程中的作用第七章:计算机仿真的并行计算7.1 并行计算基础介绍并行计算的基本概念和原理强调并行计算在提高仿真效率方面的作用7.2 并行仿真方法介绍并行仿真的常见方法和实现策略强调在不同场景下选择合适的并行仿真方法的重要性7.3 并行仿真工具与平台介绍常用的并行仿真工具和平台,如OpenFOAM和ParaView的并行计算功能强调并行仿真工具的选择和配置的重要性第八章:计算机仿真的不确定性分析8.1 不确定性分析的基本概念解释不确定性分析在计算机仿真中的重要性强调不确定性来源和影响因素的识别8.2 不确定性分析的方法介绍常见的不确定性分析方法,如蒙特卡洛模拟和敏感性分析强调不同方法的应用场景和优缺点8.3 不确定性分析的应用案例通过案例展示如何进行不确定性分析并指导仿真的改进强调不确定性分析在提高仿真可靠性和准确性的作用第九章:计算机仿真的验证与验证9.1 验证和验证的基本概念解释验证和验证在计算机仿真中的重要性强调验证和验证对于确保仿真准确性的作用9.2 验证和验证的方法介绍常见的验证和验证方法,如实验验证、理论验证和同行评审强调不同方法的选择和实施的重要性9.3 验证和验证的应用案例通过案例展示如何进行验证和验证并提高仿真的可信度强调验证和验证在仿真研究和应用中的关键作用第十章:计算机仿真的未来发展趋势10.1 新兴技术对计算机仿真影响讨论新兴技术如、大数据和物联网对计算机仿真的影响强调技术发展对仿真方法和工具的推动作用10.2 计算机仿真的跨学科应用概述计算机仿真在跨学科领域中的应用前景强调跨学科合作对仿真研究和应用的重要性10.3 计算机仿真的挑战与机遇讨论计算机仿真面临的挑战和机遇强调持续学习和发展以应对未来仿真领域的变化重点和难点解析一、计算机仿真的概念与分类:理解计算机仿真的定义及其在不同类型系统中的应用是学习仿真的基础。
计算机仿真技术
计算机仿真技术计算机仿真技术(Computer Simulation Technology)是指利用计算机模拟系统或过程的方法,通过数学模型和仿真软件来探索和研究实际系统的行为。
在计算机仿真技术的支持下,研究者可以通过对虚拟系统的模拟和观察,对真实世界中的复杂系统进行分析、测试和验证,以获取数据并获得新的洞察力。
一、计算机仿真技术的发展历程计算机仿真技术的发展可以追溯到20世纪早期,当时计算机的出现为仿真技术提供了强大的计算能力,但由于硬件设备和软件工具的限制,计算机仿真技术的应用受到了一定的限制。
随着计算机技术的迅猛发展和计算能力的不断提高,计算机仿真技术得到了广泛应用,并在各个领域取得了显著成果。
二、计算机仿真技术的应用领域1. 工程领域计算机仿真技术在工程领域的应用非常广泛。
例如,在建筑工程中,可以利用计算机仿真技术对建筑物的结构进行模拟,以确保其稳定性和安全性;在电力系统中,可以利用计算机仿真技术模拟电力网络的运行情况,进行负荷分析和故障诊断等。
2. 制造业计算机仿真技术在制造业中的应用也非常重要。
通过对生产线、工艺流程等进行仿真模拟,可以提高生产效率、降低成本,并优化生产过程。
3. 医学领域计算机仿真技术在医学领域的应用也越来越广泛。
例如,在手术模拟中,医生可以使用计算机仿真技术进行手术前的演练,以提高手术的准确性和安全性;在药物研发中,也可以利用计算机仿真技术进行药物分子的模拟,以加快研发过程。
4. 交通运输计算机仿真技术在交通运输领域的应用可以帮助人们更好地规划交通路线、优化交通模型,并提高交通的效率和安全性。
5. 军事领域计算机仿真技术在军事领域中的应用也非常重要。
通过对战场环境的模拟和训练,可以提高士兵的训练质量和作战能力,同时减少因真实演习而产生的风险。
三、计算机仿真技术的优势和挑战1. 优势(1)降低成本和风险:利用计算机仿真技术可以在虚拟环境中进行实验和测试,降低了成本和风险,同时减少了对实际系统的依赖性。
计算机仿真概述
计算机仿真概述引言仿真技术作为一门独立的科学已经有50多年的发展历史了,他不仅用于航天、航空、各种系统的研制部门,而且已经广泛应用于电力、交通运输、通信、化工、核能等各个领域。
特别是近20年来,随着系统工程与科学的迅速发展,仿真技术已从传统的工程领域扩充到非工程领域,因而在社会经济系统、环境生态系统、能源系统、生物医学系统、教育系统也得到了广泛的应用。
在系统的规划、设计、运行、分析及改造的各个阶段,仿真技术都可以发挥重要作用。
随着研究对象的规模日益庞大,结构日益复杂,仅仅依靠人的经验及传统技术难以满足愈来愈高的要求。
基于现代计算机及其网络的仿真技术,不但能提高效率,缩短研究开发周期,减少训练时间,不受环境及气候限制,而且对保证安全、节约开支、提高质量尤其具有突出的功效。
现在,仿真技术成已为各个国家重点发展的一门高新技术,从某种角度上,它代表着一个国家的科技实力的强弱,同时在某些方面也制约着一些国家的现代化建设和发展。
从理论上讲,我们日常生活中以及自然界中碰到的一切问题,都可以利用计算机进行模拟。
因此,要跟上时代的发展要求,学习和了解一定的仿真技术是必要的。
一、系统、模型与仿真在认识仿真之前,首先要了解与仿真相关的两个概念:系统与模型。
系统:一般来说,所谓“系统”就是指按照某些规律结合起来,相互作用、相互依赖、相互依存的所有实体的集合。
描述系统的“三要素”――实体、属性、活动。
实体确定了系统的构成;属性也称为描述变量,用来描述每一实体的特性;活动定义了系统内部实体之间的相互作用,从而确定了系统内部发生的过程。
举个例子说,我们可以把一个理发馆定义为一个系统。
该系统的“实体”包括服务员和顾客,顾客到达模式和服务质量分别是顾客和服务员两个实体的“属性”,而整个服务过程就是“活动”。
模型:所谓“模型”就是系统某种特定功能的一种描述,它集合了系统必要的信息,通过模型可以描述系统的本质和内在的关系。
它一般分为物理模型和数学模型两大类。
计算机仿真法
计算机仿真法计算机仿真法是一种利用计算机进行模拟和模型推演的方法。
它通过建立数学模型和运用计算机算法,模拟复杂的自然和人工系统,以研究系统的行为和性能。
计算机仿真法在科学研究、工程设计、风险评估等领域具有广泛的应用。
一、计算机仿真法的基本原理计算机仿真法的基本原理是将系统的行为和性能用数学模型来描述,然后利用计算机算法进行模拟和模型推演。
数学模型是对系统的抽象和简化,通过模型可以描述系统的结构、参数和运行规律。
计算机算法是对模型进行数值计算和仿真的方法,通过计算机的计算能力,可以模拟并推演出系统的行为和性能。
二、计算机仿真法的应用领域1. 科学研究:计算机仿真法在物理学、化学、生物学等科学领域具有广泛的应用。
通过建立数学模型和进行计算机仿真,可以模拟和研究分子结构、物质性质、生物过程等复杂系统的行为和性能,为科学研究提供重要的工具和手段。
2. 工程设计:计算机仿真法在工程设计中发挥着重要的作用。
通过建立系统的数学模型和进行计算机仿真,可以模拟和评估不同设计方案的性能和可行性,优化设计方案,减少试验和开发成本,提高工程设计的效率和质量。
3. 风险评估:计算机仿真法在风险评估中起到了重要的作用。
通过建立风险系统的数学模型和进行计算机仿真,可以模拟和评估不同风险因素对系统的影响,预测系统的风险水平,并制定相应的风险控制策略,提高风险管理的能力和水平。
三、计算机仿真法的优势和不足1. 优势:- 灵活性:计算机仿真法可以对系统的各种变量和参数进行灵活的调整和控制,方便研究人员进行不同条件下的模拟和推演。
- 精确性:计算机算法可以进行高精度的数值计算,能够准确模拟和推演系统的行为和性能。
- 可视化:计算机仿真法可以将仿真结果以图形、动画等形式展示出来,使研究人员更直观地理解系统的行为和性能。
2. 不足:- 假设和简化:计算机仿真法建立在数学模型的基础上,对系统进行了一定的假设和简化,可能会引入一定的误差和不确定性。
计算机仿真共63张3篇
计算机仿真共63张第一篇:计算机仿真简介计算机仿真是指利用计算机软件和硬件,模拟出实际物理过程或系统行为的过程。
它可以用来研究和预测一些复杂系统的行为,如交通、天气、流体、化学等。
计算机仿真可以分为离散和连续两种类型。
离散仿真是模拟离散事件的发生和处理,如电子器件的工作、传感器的信号处理等;而连续仿真是模拟连续变化的过程,如气体的流动、机械物体的运动等。
计算机仿真的应用非常广泛,如工业制造、军事防御、交通运输、医疗等。
它可以帮助人们了解系统的行为和性质,优化设计方案和决策策略,降低实验成本和风险,提高生产效率和产品质量。
然而,计算机仿真也存在一些问题和挑战。
首先,仿真模型需要足够准确的初始条件和参数设置,否则可能会出现较大误差。
其次,仿真结果的可信度和有效性需要经过实验验证和统计分析。
最后,仿真过程需要大量的计算资源和能源支持,因此需要考虑资源的分配和利用效率。
总之,计算机仿真是一种重要的工具和方法,可以帮助人们更好地理解和掌握复杂的自然和社会系统,推动科学和技术的进步,促进人类社会的发展。
第二篇:计算机仿真的实现技术计算机仿真的实现涉及多种技术和方法,如数值解法、随机过程、优化算法、图形计算、人工智能等。
其中,数值解法是计算机仿真的核心方法之一,它主要利用数学模型和计算机程序,求解复杂物理和工程问题的数值解。
数值解法可以分为有限元法、有限差分法、有限体积法等,它们的本质都是将物理现象离散化成一个个的小元素,通过计算和迭代求解元素之间的相互作用和变化,最终得到整个系统的行为和性质。
另外,随机过程也是计算机仿真常用的方法之一,它可以模拟出真实世界中的随机性和不确定性,并用统计学方法来研究随机变量的概率和分布规律。
随机过程应用于很多领域,如金融、信号处理、图像识别、遗传算法等。
优化算法是计算机仿真中的另一种经典方法,它可以帮助人们在复杂的系统环境下,寻找到一个最优的决策策略和设计方案。
优化算法有多种类型,如遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等,它们的目标都是通过不断的优化和迭代,找到一个局部或全局最优解。
计算机仿真概述
计算机仿真概述引言仿真技术作为一门独立的科学已经有50多年的发展历史了,他不仅用于航天、航空、各种系统的研制部门,而且已经广泛应用于电力、交通运输、通信、化工、核能等各个领域。
特别是近20年来,随着系统工程与科学的迅速发展,仿真技术已从传统的工程领域扩充到非工程领域,因而在社会经济系统、环境生态系统、能源系统、生物医学系统、教育系统也得到了广泛的应用。
在系统的规划、设计、运行、分析及改造的各个阶段,仿真技术都可以发挥重要作用。
随着研究对象的规模日益庞大,结构日益复杂,仅仅依靠人的经验及传统技术难以满足愈来愈高的要求。
基于现代计算机及其网络的仿真技术,不但能提高效率,缩短研究开发周期,减少训练时间,不受环境及气候限制,而且对保证安全、节约开支、提高质量尤其具有突出的功效。
现在,仿真技术成已为各个国家重点发展的一门高新技术,从某种角度上,它代表着一个国家的科技实力的强弱,同时在某些方面也制约着一些国家的现代化建设和发展。
从理论上讲,我们日常生活中以及自然界中碰到的一切问题,都可以利用计算机进行模拟。
因此,要跟上时代的发展要求,学习和了解一定的仿真技术是必要的。
一、系统、模型与仿真在认识仿真之前,首先要了解与仿真相关的两个概念:系统与模型。
系统:一般来说,所谓“系统”就是指按照某些规律结合起来,相互作用、相互依赖、相互依存的所有实体的集合。
描述系统的“三要素”――实体、属性、活动。
实体确定了系统的构成;属性也称为描述变量,用来描述每一实体的特性;活动定义了系统内部实体之间的相互作用,从而确定了系统内部发生的过程。
举个例子说,我们可以把一个理发馆定义为一个系统。
该系统的“实体”包括服务员和顾客,顾客到达模式和服务质量分别是顾客和服务员两个实体的“属性”,而整个服务过程就是“活动”。
模型:所谓“模型”就是系统某种特定功能的一种描述,它集合了系统必要的信息,通过模型可以描述系统的本质和内在的关系。
它一般分为物理模型和数学模型两大类。
计算机仿真与模拟实验
计算机仿真与模拟实验计算机仿真与模拟实验是一种通过计算机技术来模拟真实世界中的现象和过程的方法。
它利用计算机软件和硬件资源,通过对现实世界中的数据、模型和算法进行处理,模拟出真实世界中的实验过程,从而达到研究、分析和解决问题的目的。
一、计算机仿真的概念计算机仿真是指利用计算机技术对真实世界中的系统或过程进行模拟和再现的过程。
它通过对系统的行为、性能和特点进行建模和模拟,以预测系统在特定条件下的运行情况,或者验证某种理论的正确性和有效性。
二、计算机模拟实验的特点1.虚拟性:计算机模拟实验是在虚拟环境中进行的,不需要真实的实验设备和资源,可以在计算机上模拟出真实实验的整个过程。
2.可重复性:计算机模拟实验可以重复进行多次,通过多次实验可以得到更加准确和可靠的结果。
3.灵活性:计算机模拟实验可以方便地对实验条件和参数进行调整,可以模拟出不同情况下的实验结果。
4.经济性:计算机模拟实验可以节省实验设备和资源的使用,降低实验成本。
5.安全性:计算机模拟实验可以在安全的虚拟环境中进行,避免了真实实验中可能出现的风险和危险。
三、计算机模拟实验的应用领域1.自然科学:计算机模拟实验在物理学、化学、生物学等领域中有着广泛的应用,可以模拟出自然界中的各种现象和过程。
2.工程技术:计算机模拟实验在机械、电子、建筑、航空航天等领域中有着重要的应用,可以用于产品设计和性能测试。
3.社会科学:计算机模拟实验在经济学、政治学、社会学等领域中也有着广泛的应用,可以模拟出社会系统中的各种现象和过程。
4.医学与生物学:计算机模拟实验可以用于模拟人体生理和病理过程,用于新药研发和疾病治疗研究。
5.环境科学:计算机模拟实验可以用于模拟环境污染和生态系统的变化,用于环境保护和资源管理研究。
四、计算机仿真与模拟实验的方法和技术1.建模方法:计算机仿真与模拟实验首先需要建立数学模型,通过数学语言描述系统的行为和性能。
2.数值计算方法:计算机仿真与模拟实验需要运用数值计算方法对模型进行求解,得到系统的运行结果。
计算机仿真技术概论
验几乎不可能,这时通过仿真技术的应用可以获得对系统 的某种超前认识。
三、计算机仿真技术的发展趋势
1、硬件方面:基于多CPU并行处理技术的全数字仿真将有 效提高仿真系统的速度,大大增强数字仿真的实时性。
2、应用软件方面:直接面向用户的数字仿真软件不断推陈 出新,各种专家系统与智能化技术将更深入地应用于仿真 软件开发之中,使得在人机界面、结果输出、综合评判等 方面达到更理想的境界。
⑧ 高 效 方 便 的 矩 阵 和 数 组 运 算 ——MATLAB 语 言 像 FORTRAN和C语言一样规定了矩阵的算术运算符、关系 运算符、逻辑运算符、条件运算符及赋值运算符,而且这 些运算符大部分可以毫无改变地照搬到数组间的运算。高 版本的MATLAB已逐步扩展到科学及工程计算的其他领域。 因此,不久的将来, MATLAB一定能名副其实地成为“万 能演算纸”式的科学算法语言。
*计算机仿真:计算机仿真是基于所建立的系统仿真模型, 利用计算机对系统进行分析与研究的方法。
二、仿真模型
1、模型的定义:模型是对现实系统有关结构信息和行为的某 种形式的描述,是对系统的特征与变化规律的一种定量抽象, 是人们认识事物的一种手段或工具。
2、模型的分类 物理模型:指不以人的意志为转移的客观存在的实体,如: 飞行器研制中的飞行模型;船舶制造中的船舶模型等。 数学模型:是从一定的功能或结构上进行相似,用数学的方 法来再现原型的功能或结构特征。
第一章计算机仿真技术概述11概述在工程设计与理论学习过程中我们会接触到许多系统其是客观实际中实体与实体间相互作用和相互依赖关系构成的具有特定功能的有机整体如果想定量的研究系统的述
计算机仿真3篇
计算机仿真第一篇:计算机仿真的概述计算机仿真是指利用计算机模拟真实的物理、化学、生物、社会等系统的过程。
计算机仿真的出现得益于计算机技术和数学方法的不断发展,它已经成为科学研究、工程设计、产品开发、市场预测等领域中不可或缺的工具。
计算机仿真的优点在于可以消除许多实验的限制和风险,并且产生的数据更加精确和全面。
在仿真过程中,可以对不同的因素进行修改和控制,从而观察到不同的结果。
此外,计算机仿真还可以大大缩短设计和开发的周期,减少开发成本,降低市场风险。
计算机仿真的应用范围非常广泛,例如在物理领域,可以通过仿真来模拟自然界中的各种现象,如天体运动、流体力学、物理实验等;在化学领域,可以模拟反应过程和分子间相互作用,并用于创新药物设计和材料研发;在生物领域,可以对生物体系进行模拟和分析,用于疾病诊断、医疗设备研发和药物研究等;在社会领域,可以模拟人口结构、交通流、市场供需等现象,用于城市规划和经济预测等。
总之,计算机仿真在各个领域都有着重要的作用,它不仅可以提高工作效率,还可以帮助人们更好地理解和探索复杂的自然和社会现象。
因此,我们应该积极推广和应用计算机仿真技术,为人类的发展进步贡献力量。
第二篇:计算机仿真的技术和方法计算机仿真的技术和方法取决于仿真的对象和目的。
以下是常见的计算机仿真方法:1. 数学建模:数学建模是将实际问题转化为数学模型的方法。
通过数学模型可以描述出实际问题的一般行为规律,从而进行仿真。
2. 离散事件仿真:离散事件仿真是以离散事件为触发条件的仿真方式。
通过定义事件发生的条件和变量的变化规律,仿真出时间序列上不同状态的变化。
3. 连续系统仿真:连续系统仿真是以时间为连续变量进行仿真的方式。
通过差分方程或微分方程描述系统状态的变化规律,仿真出系统在时间上的变化。
4. 人工神经网络仿真:人工神经网络仿真是模拟人脑神经元工作原理的仿真方法。
通过模拟神经元之间的突触连接和信息传递过程,得出结果。
计算机仿真复习范文
计算机仿真复习范文计算机仿真是一门涉及建立数学模型、编写程序、进行实验和模拟的科学方法。
通过模拟现实世界中的各种过程和系统,计算机仿真可以帮助我们更好地理解和解决实际问题。
本文将从计算机仿真的定义、应用领域、基本原理和常见方法等方面进行回顾与复习。
一、计算机仿真的定义二、计算机仿真的应用领域1.工程领域:计算机仿真可以用于汽车、航空航天、建筑等工程领域的设计和测试,帮助工程师预测和评估系统的性能和稳定性,提高产品的质量和可靠性。
2.生物医学领域:计算机仿真可以用于研究人体组织、器官和生理系统的运行机制,模拟药物的作用和治疗效果,帮助医生做出准确的诊断和治疗方案。
3.社会科学领域:计算机仿真可以用于模拟人类行为、群体互动和社会系统的运行规律,帮助社会科学家研究社会现象,并预测和评估政策的效果。
4.自然科学领域:计算机仿真可以用于物理、化学、天文学等自然科学领域的研究和实验,帮助科学家探索自然规律,模拟和分析各种复杂的自然现象。
三、计算机仿真的基本原理1.建立数学模型:计算机仿真首先需要建立一个数学模型,即将需要研究的系统或现象用一组数学方程或逻辑关系来描述。
这个模型可以是连续的(如微分方程),也可以是离散的(如差分方程),根据具体情况选择适当的模型。
2.编写仿真程序:建立了数学模型后,需要将其转化为计算机可以执行的程序。
根据模型的特点和仿真目的,选择合适的计算方法和编程语言,编写仿真程序。
3.进行实验和模拟:利用编写的仿真程序,在计算机上进行实验和模拟。
通过改变输入条件、参数或初值等,观察和记录系统的运行状态和结果,得到对实际情况的认识和理解。
4.分析和评估结果:分析和评估仿真结果,比较不同条件下的模拟结果,从中找出规律和趋势,得出结论,并对实际情况作出预测和评估。
四、计算机仿真的常见方法1.数值求解法:将连续模型转化为离散模型,利用数值方法求解差分方程或积分方程。
常用的数值求解方法有欧拉法、龙格-库塔法、有限差分法等。
计算机仿真(共63张PPT)
计算机仿真(共63张PPT)计算机仿真是一种通过软件实现对现实世界进行模拟的技术,通过计算机的运算能力和数据处理能力,将现实世界的大量数据输入到计算机中,通过模拟计算得到与现实世界相关的结果。
计算机仿真技术在各个领域都有广泛应用,例如汽车行业、航空航天领域、化工领域、金融行业、人工智能等领域都在使用计算机仿真技术来提高生产效率、降低成本、提高产品质量和减少风险。
计算机仿真技术包括基于物理模型的仿真、基于控制系统的仿真、基于机器学习的仿真等多种技术。
其中,基于物理模型的仿真是最常用的一种仿真技术,它使用数学模型来描述实际系统的运行规律,然后把这些规律通过计算机程序转换成数值计算,最后通过图表展示出来。
基于物理模型的仿真通常包括各种工具,例如MATLAB、Simulink、ANSYS等,这些工具具有强大的数值计算功能和可视化功能,能够帮助工程师准确预测系统的运行情况,从而在设计和生产过程中提高效率和质量,并降低成本和风险。
基于控制系统的仿真技术主要是用于测试和优化控制算法,例如PID控制算法和模糊控制算法等。
基于控制系统的仿真通常使用Simulink等工具,可以对控制系统进行快速测试和优化,并能够解决一些实际中难以测试的问题,例如系统的稳定性、抗干扰能力等。
基于机器学习的仿真技术主要用于回归分析、分类和聚类分析等领域,例如用于金融行业的股票预测和风险预测。
基于机器学习的仿真通常使用Python等工具,可以帮助金融分析师更好地分析历史数据、了解市场动态,并通过预测模型生成更准确的预测结果,从而帮助投资者更准确地投资。
计算机仿真技术在各个领域中发挥着重要的作用。
它可以帮助工程师更好地解决问题,提高生产效率和质量,降低生产成本和风险,还可以帮助决策者制定更准确和更有效的决策,从而推动社会经济的发展。
《计算机仿真技术基础》计算机仿真技术
适合进行经济和金融领域的数据分析
详细描述
EViews适用于经济和金融领域的数据分析,可以处理各 种类型的数据,包括时间序列数据、面板数据等,并提供 了丰富的图表和可视化工具。
总结词
支持多种编程语言和数据库连接
详细描述
EViews不仅支持EViews自身的脚本语言,还支持其他编 程语言的接口,如C、C、Java等,同时可以连接多种数 据库,如MySQL、Oracle等。
汽车工业领域仿真案例
01
车辆动力学仿真
通过计算机仿真技术模拟车辆的 动力学性能,如加速、制动、操 控稳定性等,优化车辆设计。
02
汽车碰撞安全仿真
03
发动机性能仿真
利用仿真技术模拟汽车碰撞过程, 评估车辆的安全性能,降低开发 成本和风险。
通过仿真技术模拟发动机的工作 过程,预测其性能和排放,优化 发动机设计。
MATLAB/Simulink
总结词
功能强大、应用广泛的仿真软件
详细描述
MATLAB是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析和 数值计算的编程语言和开发环境。Simulink是MATLAB 的一个组件,提供了一个交互式的图形界面来进行系统建 模和仿真。
总结词
适用范围广泛
详细描述
MATLAB/Simulink适用于多种领域的系统建模和仿真, 包括控制系统、信号处理、通信系统、图像处理等。
Arena
总结词
专注于离散事件系统仿真的软件
详细描述
Arena是一款专注于离散事件系统仿真的软件,如制造系 统、物流系统等。它提供了一个图形化的界面来进行系统 建模和仿真,支持多种类型的离散事件仿真模型。
总结词
适用于离散事件系统的性能分析和优化
计算机仿真技术介绍
计算机仿真技术介绍计算机仿真技术是一种模拟、复制和预测真实系统行为的方法。
它模拟复杂系统的运作,通过数值计算和现实的物理模型,可以在计算机环境中快速评估系统的性能和效果。
计算机仿真技术广泛应用于多个领域,包括工程、科学、医学、经济等。
本文将介绍计算机仿真技术的基本原理、分类及应用领域。
一、基本原理1.数值计算:仿真模型将真实系统抽象成数学方程,并通过数值计算方法求解这些方程来模拟系统的行为。
这些方程可以是微分方程、代数方程或差分方程等。
2.离散事件仿真:将系统分解成一系列离散的事件和决策,依次模拟每个事件的发生和处理,以评估系统整体的效果。
这种方法常用于复杂的交互式系统中,如交通流、供应链等。
3.物理模型:通过物理模型来模拟真实系统的运作,将系统的各个部分抽象成适当的物理元素,并模拟其相互作用。
这种方法可以更直观地理解系统的行为。
二、分类1.离散事件仿真:主要用于模拟具有离散、非连续事件的系统,如交通流、供应链、队列系统等。
离散事件仿真方法可以模拟系统中每个事件的发生和处理,以评估系统整体的效果。
2.连续仿真:主要用于模拟具有连续变化的系统,如风洞试验、液体流动、电子电路等。
连续仿真方法通过对系统在一段时间内的变化进行连续的观察和计算,以评估系统的行为。
3.混合仿真:将离散事件仿真和连续仿真结合起来,可以同时模拟具有离散事件和连续变化的系统,如控制系统、机械系统等。
三、应用领域1.工程领域:计算机仿真技术可以用于模拟和评估新产品的设计和性能,如飞机设计、汽车碰撞测试、建筑结构耐久性等。
2.科学研究:计算机仿真技术可以用来解决科学问题,如天体模拟、气象预测、分子模拟等。
通过建立适当的数学和物理模型,可以模拟和预测自然系统的行为。
3.医学领域:计算机仿真技术可以用于医学图像处理、手术模拟、药物研发等。
通过模拟和分析医学数据,可以帮助医生做出更准确的诊断和治疗方案。
4.经济领域:计算机仿真技术可以用于模拟和研究经济系统,如股市波动、金融风险评估、市场供需模拟等。
计算机仿真 中文核心
计算机仿真中文核心计算机仿真(Computer Simulation)是指利用计算机技术模拟和重现现实系统的行为和过程的方法。
它通过建立模型和设定参数,运用数值计算、统计分析和可视化等技术手段,对现实系统进行虚拟实验,以预测系统的行为、优化参数、评估方案、制定决策等。
计算机仿真可以分为离散事件仿真和连续仿真两种类型。
离散事件仿真以离散的事件为基本单位,如模拟交通系统中的车辆行驶、交通信号灯变化、车辆碰撞等。
连续仿真则以连续的时间为基本单位,如模拟物理系统中的运动、流体力学、电磁场等。
在计算机仿真中,模型的建立是关键步骤之一。
模型通常由一系列方程、规则和参数组成,用于描述系统的动态行为。
根据不同的仿真目的和对象,可以采用不同的建模方法,如系统动力学模型、代理模型、统计模型等。
模型的建立需要准确地理解系统的结构、行为和作用机制,并将其转化为数学或逻辑表达式。
参数的设定是另一个重要的步骤。
参数的设定直接影响到模拟结果的准确性和可靠性。
参数的确定通常需要依据实际数据或经验判断进行,同时也可以通过敏感性分析和优化算法进行优化。
参数的设定不仅要考虑系统内部的因素,还需要考虑外部环境的影响。
数值计算是计算机仿真的核心技术之一。
数值计算通过离散化的方法将连续的时间和空间进行离散化处理,然后借助于数值算法求解数学模型。
常用的数值算法包括欧拉法、隐式法、龙格-库塔法等。
数值计算的精度和稳定性直接影响到仿真结果的准确性和可靠性。
统计分析是对仿真结果进行分析和评估的重要手段。
统计分析可以通过搜集、整理、汇总仿真结果,分析系统的特征和性能指标,探索系统的规律和变化趋势,为决策提供感性和量化的依据。
常用的统计分析方法包括平均值、方差、概率分布、假设检验等。
可视化是对仿真过程和结果进行展示和呈现的有效方式。
可视化可以通过图表、动画、虚拟现实等方式将仿真结果可视化表示,使决策者和用户能够直观地理解和分析仿真结果。
可视化不仅能够提高仿真结果的表达效果,还可以帮助发现隐藏的规律和问题,减少决策者的认知负担。
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计算机仿真概述引言仿真技术作为一门独立的科学已经有50 多年的发展历史了,他不仅用于航天、航空、各种系统的研制部门,而且已经广泛应用于电力、交通运输、通信、化工、核能等各个领域。
特别是近20 年来,随着系统工程与科学的迅速发展,仿真技术已从传统的工程领域扩充到非工程领域,因而在社会经济系统、环境生态系统、能源系统、生物医学系统、教育系统也得到了广泛的应用。
在系统的规划、设计、运行、分析及改造的各个阶段,仿真技术都可以发挥重要作用。
随着研究对象的规模日益庞大,结构日益复杂,仅仅依靠人的经验及传统技术难以满足愈来愈高的要求。
基于现代计算机及其网络的仿真技术,不但能提高效率,缩短研究开发周期,减少训练时间,不受环境及气候限制,而且对保证安全、节约开支、提高质量尤其具有突出的功效。
现在,仿真技术成已为各个国家重点发展的一门高新技术,从某种角度上,它代表着一个国家的科技实力的强弱,同时在某些方面也制约着一些国家的现代化建设和发展。
从理论上讲,我们日常生活中以及自然界中碰到的一切问题,都可以利用计算机进行模拟。
因此,要跟上时代的发展要求,学习和了解一定的仿真技术是必要的。
一、系统、模型与仿真在认识仿真之前,首先要了解与仿真相关的两个概念:系统与模型。
系统:一般来说,所谓“系统”就是指按照某些规律结合起来,相互作用、相互依赖、相互依存的所有实体的集合。
描述系统的“三要素”一一实体、属性、活动。
实体确定了系统的构成;属性也称为描述变量,用来描述每一实体的特性;活动定义了系统内部实体之间的相互作用,从而确定了系统内部发生的过程。
举个例子说,我们可以把一个理发馆定义为一个系统。
该系统的“实体”包括服务员和顾客,顾客到达模式和服务质量分别是顾客和服务员两个实体的“属性” ,而整个服务过程就是“活动” 。
模型:所谓“模型”就是系统某种特定功能的一种描述,它集合了系统必要的信息,通过模型可以描述系统的本质和内在的关系。
它一般分为物理模型和数学模型两大类。
物理模型与实际系统有相似的物理性质,它们与实际系统外貌相似,只不过按比例改变尺寸,如各种飞机、轮船的模型等。
数学模型是用抽象的数学方程描述系统内部各个量之间的关系而建立的模型,这样的模型通常是一些数学方程。
如带电粒子在电场中运动的数学模型,我们关心的是粒子的速度、位移随时间的变化。
于是我们将系统的特征如电场强度,时间,粒子的荷质比全部数量化,根据动力学列出它们之间的关系,也就是数学模型:dv qE dt m(1)dxv (2)dt一般的计算机模拟模型都是数学模型。
有了以上的知识,我们就可以得出仿真的定义:明确研究系统,建立系统模型,然后在模型上进行试验,这一过程称为仿真。
二、仿真的意义及目的仿真的目的在于:在系统研制之前用于规划、评价和研究,通过系统仿真可以评价系统某一部分的性能,可以估价系统各个部分或各个分系统之间的相互影响,以及它们对整体性能的影响,可以比较各种设计方案,从中获得最佳设计;在系统研制中间用于设计和精密分析,可以对一些新建的理论、假设进行校验;在系统研制成功后则用于考核设计和训练系统的操作人员等。
可能有人会说,这些事情在真实系统上做不是更好吗?为什么要仿真呢?主要原因在于:(1)系统还处在设计阶段,真实的系统尚未建立,人们需要更准确地了解未来系统的性能,这只能通过对模型的实验来了解。
(2)在真实系统上进行实验可能会引起系统破坏或是发生故障,例如,对于一个真实的化工系统或是电力系统进行没有把握的试验将会冒巨大的风险。
(3)需要进行多次试验时,难以保证多次系统试验的条件都相同,因而无法准确判断试验结果的优劣;(4)系统试验时间太长或费用昂贵;早期的仿真主要是物理仿真(或称实物仿真),采用的模型是物理模型,物理仿真的优点是直观、形象化,如柴油机模型,建筑物模型等。
但是要为系统构造一套物理模型,尤其是十分复杂的系统,将花费很大的投资,周期也很长。
另外,在物理模型上做实验,很难修改其中的参数,改变系统结构也比较空难,而且它对实际的贡献并不大。
至于社会、经济现象和生态系统就更无法用实物来做仿真实验了。
故现在广泛采用的是数字仿真,为所研究的系统建立合适的数学模型,通过计算机求出相应的数值解并作出相应的二维或三维图象、动画。
在某些系统的研究中,还把数学模型与物理模型以及实物结合起来一起实验,这种仿真称为数学——物理仿真,或称为半实物仿真。
现在我们说的计算机仿真主要是数字仿真,或是半实物仿真。
它主要包括三个要素:系统、系统模型与计算机。
联系这些要素的三个基本活动是:模型的建立(抽象出数学关系式、仿真模型的建立(选择合适的算法)和仿真实验(运行程序并进行分析)。
计算机仿真主要研究数字仿真方法、仿真语言和仿真技术、仿真计算机及其应用。
仿真方法是包括仿真算法、仿真模型的建立、仿真模型的误差计算以及仿真算法的选择等;仿真语言是指仿真的程序设计;仿真技术是研究系统最优化的问题;仿真计算机则是研究仿真专用计算机的结构和特点。
三、仿真的主要类型1、根据被研究系统的特征可以分为两大类:连续系统仿真及离散事件系统仿真。
连续系统仿真是指对系统状态变量随时间连续变化,其基本特点是能用一组方程来描述。
离散事件系统仿真则是指系统状态只在一些时间点上由于某种随机事件的驱动而发生变化的系统。
在两个事件之间状态变量保持不变,也即是离散变化的,这类系统的数学模型一般很难用数学方程来描述,通常是用流程图或网络图来描述。
2、按使用的计算机分类,则有:1)模拟计算机仿真。
由于模拟计算机能快速解算常微分方程,所以当采用模拟计算机仿真时,应设法建立描述系统特性的连续时间模型。
由于在模拟计算机上进行的计算是“并行的” ,因此运算速度快。
当参数变化时,容易掌握解的变化,这些是主要优点;主要缺点是:在处理多变t 时或非线性较强的场合,对于偏微分方程难以求得高精度的解。
2)数字计算机仿真。
60 年代后,由于数字计算机的发展,它已逐步取代早期采用的模拟计算机,而成为仿真技术的主要工具,它适用于把数学模型当作数字计算问题,用求解的方法进行处理,而且由于数值分析及软件的发展,使数字式仿真领域不断扩大,由于数字计算机不仅能解算常微分方程,而且还有较强的逻辑判断能力,所以数字式仿真可以应用于任何领城。
如系统动力学问题,系统中的排队、管理决策问题。
主要缺点是计算速度不如模拟式仿真。
但近年来已开发了大量数字仿真的软件,因而提高了仿真工作的自动化程度。
③混合计算机仿真。
这是一种将模拟式仿真与数字式仿真的优点结合起来,通过一套混合接口(如A/D,D/A 转换器)组合在一起的混合计算机系统。
它兼有模拟计算机的快速性及数字计算机的灵活性,它不仅能解决系统的动力学间题,而且也能解决许多排队、管理决策等问题,并且还包括流程图形式的模型。
这种仿真的结果是模拟模型和数字模型的最优系统,混合式仿真最近也应用于解偏微分方程和求最优值的问题。
缺点是造价昂贵,难于在民用部门推广。
四、计算机仿真的步骤和仿真技术计算机仿真,概括地说包括“建模一实验一分析”这三个基本部分,即仿真不是单纯的对模型的实验,而且包括从建模到实验到分析的全过程。
因此进行一次完整的计算机仿真应经过以下步骤:1、明确仿真对象(系统)。
要明确以什么样的精密度来校真对象的哪一部分和仿真什么样的行为,并根据仿真的目的确定所研究系统的边界及约束条件,以及系统的规模及变量个数等;2、建立数学模型(或流程图)。
建立什么样的数学模型与建模的目的有密切的关系。
如果仅仅要求了解系统的外部行为,则要设法建立一个描述系统的外部行为的外部模型;如果不仅要了解系统的外部行为,还要求了解系统内部的活动规律,就要设法建立一个描述系统输人集合、状态集合及输出集合之间关系的模型,称为内部模型或状态模型;3、模型变换。
即把数学模型变成计算机可以接受的形式,称为仿真模型;4、设计仿真实验,例如利用数学公式、逻辑公式或算法等来表示实际系统的内部状态和输人输出间的关系;5、模型装载。
把模型装人计算机;6、仿真实验。
模型装人计算机后,便可以利用计算机对模型进行各种规定的实验,并测定其输出;7、实验结果的评价和分析。
首先要确定评价标准,然后反复进行仿真,对诸次仿真的数据进行分析、整理,从代替方案中选出最优系统或找出系统运用的最优值,列出仿真报告并输出。
四、现代仿真计算机—微型计算机仿真时代50年代仿真的主要工具是模拟计算机,60 年代是混合计算机的黄金时代,70年代后期利用超大规模集成电路研制成的微型计算机。
体积小、功耗少价格便宜,功能也较齐全,因而在仿真技术上得到了广泛的应用。
现在,微型计算机已成为系统仿真的主要工具,特别是80 年代以后,越来越多的训练仿真系统采用微型计算机作为仿真计算机。
现在,对于一般的系统,我们都可以在宿舍或是家里的个人PC上进行仿真。
五、仿真技术的应用比如,我们想决定到底是去北京旅游好呢?还是去上海好呢?对于这样的问题,也可以进行模拟,但我们得懂得相关的运筹学知识。
仿真技术是世界发达国家十分重视的一门高新技术,广泛应用于航空、导弹、原子能、宇航等控制系统。
随着仿真的发展,在化工、冶金、电力、汽车制造等工程系统中,仿真技术也得到了广泛的应用。
1992 年,清华大学300兆瓦火力发电仿真系统研制成功。
1997 年大亚湾核电站购买法国核电站仿真机花去1300 万美元,后来我国自己研制了核电仿真机,秦山核电站已使用自己研制的仿真机培训人员。
同时,训练操作人员也是仿真技术应用的一个重要方面。
比如,训练飞行员的飞机仿真器,训练宇航员的宇航仿真器等,要发展航天事业,仿真技术必须得跟得上。
计算机仿真在教学中也有着广泛的应用,比如带电粒子在电场中运动的模拟,单摆的模拟等等。
五、连续系统的仿真建模方法1、离散化原理及要求我们知道,数字计算机计算出的数值是离散的,而被仿真的系统具有连续性,如何用前者来实现后者呢?从根本意义上讲,数字计算机所进行的计算仅仅是“数字”计算,它表示数值的精度受限于字长,这将引入舍入误差;另一方面,这种计算是按指令一步一步进行的,因而,还必须将时间离散化,这样只能得到离散时间点上系统性能。
用数字仿真的方法对微分方程的数值积分是通过某种数值计算方法来实现的。
任何一种计算方法都只能是原积分的一种近似。
因此,连续系统仿真,从本质上讲是从时间、数值两个方面对原系统进行离散化,并选择合适的数值计算方法近似积分运算,由此得到离散模型来近似原连续模型。
设连续系统模型为:t),其中u(t) 为输入变量,y(t) 为输出变量。
dt令仿真时间间隔为h,离散化后的输入变量为血),系统变量为?(t k),其中t k表示t kh。
如果?t k) u(tQ,y(t k) y(t k),即e u(t k)U(t k) u(t k) 0,e y(t k)%k)y(t k)0,对所有(k=o, i, 2…),则可认为连续系统模型与离散仿真模型等价,这称为相似原理,也就是连续系统的离散化原理。