最新0427011335540756_第六届计算机仿真大赛赛前培训ppt

仿真建模
数学模型
计算机
和仿真试验。
物理仿真：按照实际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试验研究；直观 形象，逼真度高，但不如数学仿真方便；
数学仿真：建立数学模型，并转化成仿真计算模 型、通过仿真模型的运行达到对系统运行的了解。 经济性、灵活性和仿真模型通用性等；
--早期主要为物理仿真，计算技术发展起来后数学仿真成 为主流
热传导 计算机采样 交通系统、市场系
电磁、 控制系统 统、电话系统、计
引力场
算机分时系统
计算机仿真研究的步骤（1）
明确问题和提出总体方案：
系 ➢把被仿真系统的内容表达清楚；
统 分
➢弄清仿真的目的、系统的边界；
析 ➢确定问题的目标函数和可控变量；
➢找出系统的实体、属性和活动等。
计算机仿真研究的步骤（2）
同于传统仿真技术的方法，以产生面向对象的系 统。 与传统的仿真方法不同，它根据组成系统的对象 及其相互关系来构造仿真模型。 OOS强调模型的模块化、层次化和框架化，这就 使得模型具有较强的封装性、重用性、可扩展性 和可维护性
对象(Object)和传递消息(Message Passing)分别是表现事 物及事物间相互联系的概念
半实物仿真有以下几个特点：
(1)原系统中的子系统或部件很难建立准确的数学模 型，再加上各种难以实现的非线性因素和随机因 素的影响，使得进行纯数学仿真十分困难或难以 取得理想效果。
--将不易建模的部分以实物代之参与仿真试验，可以避免 建模的困难；
(2)利用半实物仿真可以进一步检验系统数学模型的 正确性和数学仿真结果的准确性；
201204270113355407 56_第六届计算机仿真
大赛赛前培训PPT
系统仿真
系统仿真是研究、设计、分析各种复杂系统的重要工具，广 泛应用于国防、军事、能源、交通等领域
(1) 70年代仿真费用占总经费1％，导弹系统研制仿真费约占导弹 研制费用的5％； (2)1989年北约制定“欧几里德计划”，系统仿真作为11项优先 合作发展的重点项目之一； (3)1992年美国提出22项国家关键技术中列16位； (4)1994年美国国防部预研工作7大重点之一； (5)1995年美国DARPA投资战略的4核心方面(开发先进信息技术、 国防技术、军民一体化工业基础建设、新技术向军品转移)，每 方面都把模拟与仿真，特别是分布式仿真列为年度投资重点之 一。
b. 数学模型：包括原始系统数学模型和仿真系统数 Байду номын сангаас模型。
(1) 原始系统数学模型(一次建模)：概念模型和正 规模型
概念模型是用说明文字、框图、流程和资料 等描述原始系统；
正规模型用数学表达式(方程、逻辑表达关系 式)来表示系统。
仿真系统数学模型（二次建模）：适合在计算机上 进行运算和试验的模型，根据计算机运算特点、仿 真方式、计算方法、精度要求，将原始系统数学模 型转换为计算机的程序。
统一建模语言(UML：Unified Modeling Language)是一 个通用的可视化建模语言，用于对软件进行描述、可视化 处理、构造和建立软件系统文档。
类图：
用例图
读卡机 #卡号 +插卡() +退卡() +读卡()
帐目 #账号 #PIN #结余 +打开() +取钱() #扣钱() #验钱数()
系统仿真
系统仿真是以相似原理、信息处理技术和计算技 术等为基础，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 究的综合性的和试验性的学科。
系统仿真三个基本要素： 系统、系统模型、计算机； 联系三项要素的基本活动： 模型建立、仿真模型建立
物理系统
系统建模
仿真实验
一般将原始系统数学模型和仿真系统数学模型 分别简称为数学模型和仿真模型。
数学模型分类:
模型 静态系 分类 统模型
动态系统模型
连续系统模型
离散事件系统
集中参数
分布参 时间离散 数
数学 代数方 微分方程
描述 程
传递函数
状态方程
偏微分 方程
差分方程、 脉冲传递函 数、离散状 态方程
概率分布、排队论
应用 稳态解 动力学 举例
系统分析
建立模型
收集数据
计
编程序
算
N
程序验证
模型构造
机
Y
N
模型确认
N
仿
Y
试验设计
真
运行与分析
模型运行
步
Y
进一步运行 Y
N
骤
输出结果
输出结果
仿真结束
典型的仿真软件
MATLAB ADMAS/PTC Maple SimCar Vega OPNET STK……
计算机仿真的发展
1.面向对象仿真技术 将面向对象技术应用于仿真领域而形成的一种不
建立模型； ➢选择合适的仿真方法（如时间步长法、事件
模 表法等）； 型 ➢确定系统的初始状态； 构 ➢设计整个系统的仿真流程图。 造 收集数据；
编写程序、程序验证； 模型确认。
计算机仿真研究的步骤（3）
模 运行：确定具体的运行方案,如初始条件、参数、
型 步长、重复次数等,然后输入数据,运行程序。
的
运 行
改进：将得出的仿真结果与实际系统比较,进一
与 步分析和改进模型,直到符合实际系统的要求及
改 精度为止。
进
计算机仿真研究的步骤（4）
输 ➢设计出结构清晰的仿真结果输出。包括
出 仿
提供文件的清单,记录重要的中间结果等。
真 ➢输出格式要有利于用户了解整个仿真过
结 果
程 ,分析和使用仿真结果。
问题的阐述 设置目标及完整的项目研究计划
物理-数学仿真(半实物仿真)或者硬件在环仿真 (Hardware in the Loop, HIL) ：将系统的一部分 以数学模型描述，并把它转化为仿真计算模型； 另一部分以实物(或物理模型)方式引入仿真回路。
控制系统半实物仿真形式：仿真控制器+物理模 型（在系统仿真，仿真研究控制算法）、实际控 制器+数字仿真系统（硬件在环中仿真）、数字 仿真系统（系统的一部分）+物理模型（系统的 其它难以建模的部分）等。
(3)利用半实物仿真可以检验构成真实系统的某些实 物部件乃至整个系统的性能指标及可靠性，准确 调整系统参数和控制规律。
建模
系统模型包括实体模型、数学模型和仿真模型。
a. 实体模型/物理模型： 根据系统之间的相似性建立 起来的物理模型，包括静态模型和动态模型。静态 模型：比例模型，如沙盘、样机模型等；动态实体 模型：铁路运输系统模型；