仿真复习题

1在系统建模方面，现代仿真技术提出了用仿真方法确定实际系统的模型。

物理模型：是一类具有某种实物物理特征的模型，如各种缩比实物模型以及各种物理效应设备。

数学模型：是采用数学语言对系统或实体内的运动规律及与外部的作用关系进行抽象或对其本质特征进行的描述。

仿真是通过模型的驱动来实现的，也可以视为是以数据为中心利用消息传递来实现的一种活动，数据是构建仿真模型的基本元素。

2在仿真建模方面，现代仿真技术采用模型与实验分离技术，即模型的数据驱动(data driven)。

现代仿真技术将模型又分为参数模型和参数值两部分，参数值属于实验框架的内容之一。这样，模型参数与其对应的参数模型分离开来。仿其实验时，只需对参数模型赋予具体参数值，就形成了一个特定的模型，从而大大提高了仿真的灵活性和运行效率。

仿真的基本概念框架：建模—实验-分析。系统的三要素:实体，属性，活动。系统仿真的三个基本活动：系统建模、仿真建模、仿真实验，系统仿真三要素：系统、模型、计算机

3在仿真实验方面，现代仿真技术将实验框架与仿真运行控制区分开来。

一个实验框架定义一组条件，包括：模型参数、输入变量、观测变量、初始条件、终止条件、输出说明。

将输出函数的定义也与仿真模型分离开来。这样，当需要不同形式的输出时，不必重新修改仿真模型，甚至不必重新仿真运行。

4：①按所用模型的类型：物理仿真、数学仿真、半实物仿真；

②按所用计算机的类型：模拟计算机仿真、数字计算机仿真和数字模拟混合仿真；

③按仿真对象中的信号流：连续系统仿真和离散系统仿真；

④按仿真时间与实际时间的比例关系：实时仿真（仿真时间标尺等于自然时间标尺）、超实时仿真（小于）和亚实时仿真（标尺大于）

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。

数学仿真：采用层次化、模块化的方法建立真实系统的全部数学模型、选择合理的算法，按照软件工程规范建立仿真模型、编写源代码，并在计算机上运行、实验。

半实物仿真：在某些系统的研究中，把数学模型和物理模型以及实物联合在一起进行实验，即将系统的一部分写成数学模型，并将它放到计算机上，而另一部分则构造其物理模型或直接采用实物，然后将它们联结成系统进行实验

连续系统仿真：指对那些系统状态随时间连续变化的系统建立数学模型并将它放在计算机上进行实验。其基本特点是能用一组方程式来描述。这类系统的数学模型包括连续模型(微分方程),离散模型(差分方程)以及连续－离散混合模型。

离散系统仿真：指对那些系统状态只在一些时间点上由于某种事件的驱动而发生变化的系统建立数学模型并将它放在计算机上进行实验。这类系统的状态在两个事件之间保持不变，其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。

实际动态系统的时间基称为实际时钟；系统仿真时模型所采用的时钟称为仿真时钟

实时仿真：即仿真时钟与实际时钟完全一致，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。

亚实时仿真：即仿真时钟慢于实际时钟，模型仿真的速度慢于实际系统运行的速度，也称为离线仿真。

超实时仿真：即仿真时钟快于实际时钟，模型仿真的速度快于实际系统运行的速度。

5系统建模的一般步骤（六步）

第一步：针对实际系统建立模型。进行建模与形式化以确定系统的边界，再对模型进行形式化处理，以得到计算机仿真所要求的数学描述，最后进行可信性验证。

第二步：仿真建模，根据系统的特点和仿真的要求选择合适的算法

第三步：程序设计,将仿真模型用计算机能执行的程序来描述。

第四步：程序检验，程序调试并检验所选算法是否合理。

第五步：仿真活动，根据仿真的目的对模型进行多方面的实验，得到输出。

第六步：对仿真输出进行分析，决定仿真的有效性以及可信性检验。

6仿真模型：将系统的数学模型通过数学仿真算法转换成为能在计算机上运行的数学模型，即将数学模型离散化，建立相应递推公式，便于迭代运算。

分布交互仿真：采用协调一致的结构、标准、协议，通过局域网或广域网，将分散在各地、各类的仿真系统互联，构造一个时、空一致，人也参与其中，并实现动态、交互仿真的分布式虚拟环境。分布交互式仿真系统具有以下特点：（1）在结构上没有中心计算机节点对仿真过程的控制，采用分布式对等的体系结构。（2）仿真节点具有自治性，节点间信息以广播或组播的方式在网络上传输。（3）所有交互的信息都遵循标准的格式和规范。（4）保证在分布环境下时、空一致性和资源的共享与重用。

仿真网格：是将网络技术、Web服务于现代建模/仿真技术结合，构建一个包括仿真网格门户层、仿真网格服务管理层、仿真网格服务层、基础网格服务层和仿真资源层的协同建模/仿真体支撑环境。

数据库是一种存储数据并对数据进行管理的工具，是信息的集合，其作用在于组织和表达信息。模型是对某种对象功能、性能和动态行为的描述。模型库存储模型，提供模型的定义、特征信息及软件代码，是模型元素的集合。

7建模途径：演绎法建模：运用先验信息，通过数学上的逻辑推导和演绎推理，从理论上建立描述系统中各部分的数学表达式或逻辑表达式。是从一般到特殊的方法，试验数据只被用来证实或否定原始的假设或原理。也称演绎法或理论建模法。

归纳法建模：根据观测道的系统行为结果，导出与观测结果相符合的模型，是一个从特殊到一般的方法。也称为归纳法或系统辨识法。系统辨识就是按照一个准则在一组模型中选取一个与数据拟合得最好的模型。

实用法建模：对于那些内部结构和特性有些了解但又不十分清楚的“灰色”系统（灰箱问题），只能采用综合建模法。

8一个复杂对象的数学模型包括稳态模型及动态模型两大部分。

模型分别称为理论解析模型、经验归纳模型及混合模型。

各个模型的表示方式

连续系统数学模型（微分方程传递函数状态空间表达式结构图）

离散系统数学模型（概率分布排队论）

离散时间系统模型表示方式（差分方程 Z传递函数离散空间状态表达式离散系统结构图）9遥操作系统的三个部分是人类操作者、人机接口、遥机器人

增强显示系统是组合了虚拟环境和真实环境

合成显示系统是遥操作系统，虚拟环境系统和增强现实系统

虚拟现实系统的三个特点是(内容形式效果的改变)

虚拟现实系统的3I浸没感（Immersion）、交互性（Interactivity）、构想性（Imagination）虚拟现实系统的三个部分是人类操作者、人机接口、计算机

人眼的分辨率在10m距离上为1.5—2mm

确定电影和电视的帧频应该考虑人眼的视觉暂留现象

位姿传感器测量的物理量是三个平移（沿着x y z轴）和三个转动（偏航俯仰滚动）