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）位姿传感器主要的性能参数是采样率，执行时间，精度，分辨率机械式传感器可分两类为测角器（“安在身上的”机械跟踪器中，机械全部安在身上）机械链接（“安在地面上”的机械跟踪器中，机械部分安在地面上）机械式传感器的优缺点是优点便宜，比较精确。

可以测量整个身体运动，没有延迟，可以同时实现力反馈。

缺点：妨碍身体运动。

跟踪球测量的物理量是用户的手施加在弹性元件上的三个力和三个力矩触觉通道给人体表面提供触觉和力觉。

当人体在虚拟空间中运动时，如果接触到虚拟物体，虚拟现实系统应该给人提供这种触觉和力觉。

触觉通道涉及操作以及感觉，包括触觉反馈和力觉反馈。

触觉通道的结构分为：安在身体上和安在地面上的设备。

接触反馈给用户提供的信息有：物体表面几何形状表面纹理滑动等。

力反馈给用户提供的信息有：总的接触力表面柔顺物体重量等DataGlove的测量元件是光纤VR系统的帧频应为8-10延迟时间应为0.1s基于工作站的虚拟现实机器的两种发展途径是和平式：利用虚拟工具改变现有工作站革命式：采用专门虚拟服务工作站虚拟现实机器采用并行处理的目的是节省处理时间虚拟现实工具软件的四个要求是工具软件(工具盒)是为虚拟现实技术要求设计的面向对象函数的可扩充的库。

虚拟现实工具盒具有的另一个重要特征是硬件独立性。

所有的工具盒都支持某种形式的网络（内部的或任选的）。

这里讨论的所有的工具盒都接受CAD 3-D文件（DXF 等）。

不同工具软件对比的四个领域是性能价格比较输入工具的比较输出工具的比较图形格式的比较VRML中节点是构成虚拟世界的基本要素，路由是节点间传送信息的途径。

人工几何建模的两种途径是自制建模工具，市场销售建模工具。

人工几何建模的主要困难是不能自动获取环境模型。

获取三维信息的六项技术工业CT、机械测量臂、自动断层扫描仪、坐标测量机、基于计算机视觉原理、激光或超声波测距器。

增强现实技术的两个主要问题是观察者运动的精确测量，获取和维持场模型。

非刚体动态仿真的基本方法是用仿真的柔软材质雕刻媒体。

物理建模应该考虑的三类对象是刚体运动，塑性物体变形运动，流体运动。

影响透视投影的三个因素是运动视差，双目视差，深度感。

惯性传感器使用加速度计和角速度计。

测量加速度和角速度。

线性加速度计同时测量物体在三个方向上的加速度。

可动部件由弹性件支撑，弹性件的变形就表示加速度。

例如利用硅的微机械可以制造很小的惯性传感器。

加速度计的输出需要积分两次，得到位置。

角速度计利用陀螺原理测量物体的角速度。

角速度计的输出需要积分一次，得到姿态角。

惯性传感器的主要特点是没有信号发射，唯一的轻便的设备安装在被测物体上。

因此，不怕遮挡，没有外界干扰，而且有无限大的工作空间。

问题是积分误差。

需要减少传感器的大小和价格，使惯性跟踪器比磁性跟踪器更方便更经济。

惯性传感器的优点：不存在发射源，所以不受干扰不怕遮挡，物体运动不受约束，大的工作空间，低的延迟时间。

惯性传感器敏感传感器的积分偏移，没有磁干扰问题，没有视线障碍和环境噪音问题。

蒸汽发生器模拟仿真系统应模拟：膨胀和收缩(swell and shrink)的瞬态过程和再循环流量效应；瞬态时，一回路和二回路系统间的热交换计算必须考虑冷流束的热惯性；安全壳内、外不同的蒸汽管道破裂的故障及其产生的后果（冷却利系统中的温度下降等等）；给水管道破裂事故及其可能导致的蒸发器烧干事故；蒸汽发生器内介质因主冷却泵停泵，而变为自然循环的暂态过程；从满功率降功率至冷停堆以及各种异常工况下，蒸汽发生器的热力参数的稳态和动态值。

稳压器模拟需要考虑液相中波动管和稳压器底部半球体中的液体以及液相的其余部分；在各种瞬态和稳态过程中，压力和水位应该如同真实情况一样模拟：液体和蒸汽从饱和曲线偏离的瞬变过程应该模拟并且反映出液相与汽相中的不同温度；反应堆中子物理模型必须能够按照堆外和堆芯测量范围的要求，确定中子注量率，确定中子注量率，反应性和功率值。

模拟核电厂正常运行行为:包括调硼、提升控制棒达到临界、提升功率、在额定工况下的稳态运行,稳态运行下的功率扰动(象限倾斜和轴向偏差等)降功率、停堆等。

模拟停堆后的变化:包括模拟停堆后剩余功率的变化和计算氙浓度的变化。