1 什么是仿真
第一讲 仿真概述
二、仿真软件介绍
目录 仿真概述 软件介绍 Silvaco简介 Athena Atlas 软件框架 导入示例
• Avanti: Tsuprem4/ Medici Tsuprem4/Medici是 Avanti公司的二维工艺、器件仿真集成软件包。 Tsuprem4是对应的工艺仿真软件，Medici是器件仿 真软件。
• 器件仿真在逻辑上是基于电路仿真的。
• 工艺仿真可以实现离子注入、氧化、刻蚀、 光刻等工艺过程的模拟。可以用于设计新工 艺，改良旧工艺。 • 器件仿真可以实现电学特性仿真，电学参数 提取。可以用于设计新型器件，旧器件改良， 验证器件 的电学特性。 • 如MOS晶体管，二极管，双极性晶体管等等。 提取器件参数，或建立简约模型以用于电路 仿真。
Atlas器件仿真系统组件
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ATLAS器件仿真系统结构
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Atlas 输入输出
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软件框架
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• Silvaco 的仿真组件均在deckbuild 中启 动，包括将结果由可视化工具 tonyplot 输出。主要组件包括 athena， atlas，devedit • Athena 对工艺进行控制，生成器件结 构 • Atlas 对器件特性进行仿真计算 • Devedit 编写器件结构，而不由工艺来 生成
目录 仿真概述 软件介绍 Silvaco简介 Athena Atlas 软件框架 导入示例
仿真技术的分类
仿真技术的分类仿真技术是一种基于计算机建模和模拟的技术，用于对现实世界中的各种系统进行模拟和实验。
根据所用模型的类型，仿真技术可以分为物理仿真、计算机仿真（数学仿真）和半实物仿真。
物理仿真是指根据真实系统的物理模型进行模拟，包括物理现象、化学反应等，计算机仿真则是指通过数学模型进行模拟，包括各种算法、数据结构等，而半实物仿真则是将真实系统和计算机系统结合起来进行模拟。
根据所用计算机的类型，仿真技术可以分为模拟仿真、数字仿真和模拟/数字混合仿真。
模拟仿真是指通过模拟电路、模拟器等工具进行模拟，数字仿真则是指通过计算机软件进行数字模拟，而模拟/数字混合仿真则是将两者结合起来进行模拟。
根据仿真对象中的信号流，仿真技术可以分为连续系统仿真、离散系统仿真和连续/离散混合系统仿真。
连续系统仿真是指对连续变化的系统进行模拟，离散系统仿真则是指对离散事件进行模拟，而连续/离散混合系统仿真则是将两者结合起来进行模拟。
根据仿真时间与实际时间的比例关系，仿真技术可以分为实时仿真（仿真时间标尺等于自然时间标尺）、超实时仿真（仿真时间标尺小于自然时间标尺）和亚实时仿真（仿真时间标尺大于自然时间标尺）。
实时仿真是指仿真的时间进度与实际时间保持一致，超实时仿真则是指仿真的时间进度快于实际时间，而亚实时仿真则是指仿真的时间进度慢于实际时间。
此外，根据不同的应用领域，仿真技术还可以分为不同的类型。
例如，在航空航天领域，仿真技术可以用于模拟飞行器的飞行过程、控制系统的设计和优化等；在汽车领域，仿真技术可以用于模拟汽车的行驶过程、动力系统的设计和优化等；在电子领域，仿真技术可以用于模拟电路的运行过程、信号的处理和分析等。
总之，仿真技术是一种广泛应用于各个领域的综合技术，其分类和应用方式因不同的标准和领域而异。
通过仿真的手段可以更深入地了解现实世界的各种系统和现象，从而更好地设计和优化这些系统，为人们的生活和技术的发展带来更多的便利和进步。
什么是仿真(上)
什么是仿真（上）作者：陈德恒一博科技高速先生团队队员鄙视链是一个很有趣的存在，英剧>美剧>日剧>韩剧>港剧>台剧>内地剧>泰剧，谷歌>百度> BING>搜搜>搜狗>人民，意甲>英超>西甲>德甲>法甲>中超>中甲，twitter /饭否>新浪微博>腾讯微博>搜狐微博等其他微博••••••各种各样的鄙视链不一而足，从其他同类身上寻找优越感好像是人类特别喜欢干的事情。
确实，与其他生物茹毛饮血不同，人类这种大脑极其发达的生物是可以靠着这种精神上的快感活下去的。
在仿真界也会有这样的鄙视链，三维场仿真（HFSS,CST）被认为是精度最高的，所谓的2.5D （SIwave，PowerSI）在低频段以及需要快速分析评估时使用，hyperlynx/SigXplorer这样的就被认为只能做一做MHz级别的。
之所以有这样的鄙视链，不止是因为仿真精度的问题，更是因为维数越多，需要涉及的知识越多，软件的设置也就越繁琐，端口、格点、边界条件的变化对仿真结果都会造成较大的影响。
小陈就听过这样一句话“不是博士，不可能完全弄明白HFSS”。
可是，在小陈的仿真生涯中，并不是一个从鄙视链的底端向上爬的的过程，而是一个爬到半山腰然后又下山的过程。
到现在，一些仿真甚至是用excel完成。
于是这也给小陈引来了一些非议：“我这是10G的信号，不用三维场仿真仿的准吗？”在小陈看来，所谓仿真，不过是字面上的意思，仿出一个与真实相近的东西。
在现在的波长维度，麦克斯韦方程组足以解决所有问题。
只要我们模型做的足够的精确，仿出来的和实际的结果一定是一样的。
问题就出在模型足够精确上，我们通常所认为的介质就是介质，一块介电常数为X，损耗角为Y的空间，但实际上，是这样子的：他是由玻纤与胶组成，各个地方传输线感受到的电气性能是不一样的。
仿真概念归纳总结
仿真概念归纳总结近年来，仿真技术在各个领域中得到了广泛应用，成为解决实际问题、预测结果和培训等方面的重要工具。
本文将对仿真概念进行归纳总结，从定义、分类到应用领域等方面进行探讨。
一、仿真概念定义仿真是指利用计算机模拟真实世界过程、系统或行为的过程。
它通过建立模型并对模型进行计算，以求得关于真实世界的有用信息。
仿真技术以模拟实验的方式，通过模型的演化和结果的观察，在模型中模拟和分析实际系统的运行，并据以进行决策。
二、仿真分类1. 离散事件仿真（DES）离散事件仿真是一种基于事件驱动的仿真方法，它以离散事件为时间推进单位，模拟系统中的离散事件及其之间的发生、处理和发展关系。
这种仿真方法适用于涉及到系统内离散事件交互和非持续性系统行为的问题，如排队、交通流、生产流程等。
2. 连续仿真连续仿真是一种通过对仿真对象的状态进行连续变化而推进仿真时间的方法。
这种仿真方法适用于涉及到系统内连续状态变化和持续性系统行为的问题，如物理模型、流体力学等。
3. 混合仿真混合仿真是离散事件仿真和连续仿真的结合体，将两种仿真方法结合起来，以更好地模拟复杂系统。
这种仿真方法适用于既涉及到离散事件交互，又涉及到连续状态变化的问题，如交通系统、航空系统等。
三、仿真应用领域1. 工业制造仿真在工业制造中的应用非常广泛，可以对生产线、物料流动、装配过程等进行建模和仿真，以优化生产效率、降低成本、提高产品质量。
2. 交通运输仿真技术在交通运输领域的应用可以模拟交通流量、道路网络、交通信号等，以实现交通拥堵预测、交通规划优化和交通管理等目标。
3. 医疗领域仿真可以用于医疗培训和手术模拟，使医生和护士能够在虚拟环境中进行实践，提高医疗技术和减少医疗事故。
4. 军事训练仿真技术在军事训练中的应用可以模拟战场环境、交战双方、武器系统等，提供真实的虚拟训练环境，以提高军事人员的战斗能力和决策水平。
5. 城市规划仿真可以对城市的建筑、交通、人口等进行精确建模和仿真，以帮助城市规划者分析城市发展策略、优化城市布局和改善城市运行。
建模与仿真
1.仿真是基于模型进行的，仿真是对真实世界的模拟。
2.仿真技术：对模型进行试验以便评价、分析和优化系统的技术。
3.物理仿真:是按照实际系统的物理性质构造系统的物理模型，并在物理描写模型上进行实验的过程；4.数学仿真:是在对系统进行抽象，并将其特性用数学关系式加以描述得到系统的数学模型的基础上，对数学模型进行实验的过程；5.半实物仿真:是数学仿真与物理仿真的结合甚至实物联合起来进行实验的过程。
6.数学仿真也称为计算机仿真7.电子计算机的诞生与发展对其起了巨大的推动作用（利用计算机实现仿真）。
8.仿真软件的基本功能：包括模型描述与处理、仿真实验的执行与控制、仿真结果的表达与分析。
9.仿真技术已成为战略研究、系统分析、运筹规划、预测决策、宏观及微观管理等领域的有效工具10.阻碍生产系统仿真技术应用的原因：1建模难度大：某些系统如对于大比例系统模型，建模十分复杂 2机时需求大：仿真需要大量的计算机机时 3数据要求高：仿真需要大量实际的、准确的数据，这是一般企业所难以提供的，因此对仿真结果的准确性带来了影响，导致了人们对仿真能力的怀疑。
11.总体而言，计算机仿真技术正朝一体化建模与仿真环境的方向发展，其主要热点为：面向对象仿真、定性仿真、智能仿真、智能仿真、可视化仿真、多媒体仿真、虚拟现实仿真、网上仿真12.系统：由诸多相互作用、相互依存的要素按照一定规律构成的集合体，它们共同组成具有特定结构和功能的整体。
它具有以下特点：①由两个或两个以上要素组成。
②构成系统的要素之间具有一定的联系，并在系统内部形成特定的结构。
③具有边界（boundary）,进行仿真时必须划清边界。
④系统具有特定的功能，具有存在的价值和作用，并且系统功能受到系统结构和环境的影响13.系统环境：能对系统产生影响且属于系统之外的元素集14.系统分类：①连续系统:指系统状态随时间发生连续性变化的系统。
连续系统的数学模型有常微分方程、偏微分方程、状态空间方程以及脉冲响应函数等形式。
仿真概述
仿真概述－意义
随着计算机软、硬件技术的发展，计算机仿真 的作用也越来越大：
替代难以或者无法实施的试验 解决一般方法难以求解的大型系统问题 降低投资风险，节省研究开发费用 避免时间试验对人身、财产的危害 缩短试验时间而不受时空的限制 获得试验中难以测量或不能测量的数据
仿真概述－意义
网格划分（离散化） （3/3）
在一定的范围内，网格越粗，那么时间步长越 大，计算速度越快，精度有一定的降低；同理 ，网格越细，那么时间步长越细，计算速度越 慢，精度有一定的提高。 GT-POWER根据COURANT数选择合适的时间步长， 以维持计算的稳定。 用户也可调整最大步长或设固定的步长。
In-house
Competitor
Function
Function analysis Target setting Idea creation
Cost
Condition
Target
Benchmarking
Technology Development
Ideas Ideal Model
Each Technology
网格划分（离散化）（2/3）
网格的粗细（离散化长度）由用户定义。 对于通常的内燃机性能计算，我们推荐：
进气系统：离散化长度≈0.4×缸径 排气系统：离散化长度≈0.55×缸径
计算噪声时，我们建议此时的离散化长度是性 能计算时的一半。 尽量使网格的粗细趋于均匀，这有利于提高计 算精度和减少计算时间。
Evaluate and Improve simulation methods
GT-Power
仿真算法知识点总结图解
仿真算法知识点总结图解一、仿真算法的基本原理1.1 仿真概念仿真是指通过模拟实际系统的运行过程来预测系统性能、评估方案、优化设计等的一种方法。
仿真可以用于模拟现实世界中的各种系统，如物理系统、信息系统、经济系统等。
1.2 仿真模型仿真模型是对实际系统的简化描述，它包括系统的结构、行为规则、参数等信息。
通过建立仿真模型，我们可以在计算机上进行模拟实验，以探索系统的性能、行为特征和优化方案。
1.3 仿真算法的分类根据系统类型和仿真目的的不同，仿真算法可以分为连续系统仿真算法和离散系统仿真算法。
连续系统仿真算法适用于连续变量的系统，如物理系统和控制系统；离散系统仿真算法适用于离散事件的系统，如排队系统和生产系统。
1.4 仿真算法的基本步骤仿真算法的基本步骤包括建模、验证、实验设计、模拟运行和结果分析等。
建模是仿真算法的核心，它涉及到系统结构的抽象化、参数的设定、规则的定义等。
验证是指通过比较仿真结果与实际观测数据的一致性来检验仿真模型的有效性。
实验设计是指设计合理的仿真实验以获取有用的信息。
模拟运行是指在计算机上运行仿真模型进行试验。
结果分析是指对仿真结果进行统计分析和评价。
1.5 仿真算法的评价指标仿真算法的评价指标包括仿真精度、仿真效率和仿真可信度等。
仿真精度是指仿真结果与实际观测数据的一致程度；仿真效率是指仿真模型的计算速度和资源消耗；仿真可信度是指仿真结果的合理性和可靠性。
二、连续系统仿真算法2.1 连续系统方程的数值解法连续系统方程通常是由微分方程或偏微分方程描述的，为了在计算机上进行仿真，需要采用数值解法对这些方程进行离散化处理。
常用的数值解法包括欧拉法、梯形法、四阶龙格-库塔法等。
2.2 连续系统仿真的模拟程序设计连续系统仿真的模拟程序通常包括系统方程的离散化模型、时间步长控制、数值解法的选择、边界条件处理等内容。
设计一个高效、稳定的连续系统仿真程序是非常具有挑战性的。
2.3 连续系统仿真的优化方法针对连续系统仿真的高维度、非线性等特点，通常需要采用一些优化方法来提高仿真效率和精度。
1什么是仿真
• 控制系统工具箱 • 系统辨识工具箱 • 鲁棒控制工具箱 • 多变量频域设计工具箱 • 分析与校正工具箱 • 神经网络工具箱 • 最优化工具箱 • 模糊控制工具箱等
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13
0.3 计算机仿真技术的应用
计算机仿真已被广泛应用于各个 领域，它在系统研究中的重要性在于 它不仅经济而且安全可靠。通过仿真 研究可以预测系统的特性以及外界干 扰的影响，从而可以对制订控制方案
和控制决策提供定量依据。 • 工程系统 • 非工程系统
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一、工程系统
• 如控制系统的设计、分析和研究；电力系 统的可靠性研究；化工流程的模拟；造船、 飞机、导弹等研制过程。
• 50年代初，出现了通用的模拟计算机。 • 50年代末，数字计算机有了很大发展，
加上这时期在微分方程数值解的理论方 面又有很大的发展，所以在几种高级语 言（如FORTRAN，ALGOL等）出现以后， 在50年代末期，数字计算机便在非实时 仿真方面开始得到广泛的应用。
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• 1958年为满足高速动态系统仿真的要求， 出现了第一台专用的模拟/数字混合计算 机，它是用来解决导弹轨迹的计算问题。
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四、当前仿真研究的前沿课题
• 主要有仿真与人工智能技术的结合、分布 式仿真与仿真模型的并行处理、图形与动 画仿真、建模环境与仿真支持系统等。
• 控制系统的仿真是一门涉及到控制理论、 计算数学和计算机技术的综合性科学。
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0.4 控制系统计算机辅助设计 （CAD）的主要内容 及其应用
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1. 控制系统CAD的主要内容 根据所使用的数学工具，控制系统的分析与设 计方法可以分为如下的两大类：变换法（频域 法）和状态空间法（时域法）。
一、仿真的意义
模拟与仿真的区别
诚信·公平·开放·共赢Loyalty Fair Opening Win-win模拟与仿真的区别观点1：模拟：simulation，仿真：simulation。
模拟是以模型为基础的拟合，仿真是以功能为基础的效仿。
观点2：模拟：simulation，仿真：emulation。
simulation是模拟出原系统的一个抽象模型，而不需要真的去做真实系统要做的事情。
因此它其实不具备真实系统的功能，只是当某一功能执行时，通常不必输出功能执行的结果，只是在simulator中记录下由此引发的状态变化。
因此它通常用于设计初期的模型验证。
emulation则更进一步，要真正地去做所有真实系统能做的事情，只不过做的“过程”不同，它一般用于处理兼容性问题和在资源有限的条件下完成系统原型的实现。
如果把真实系统比作一个人的话，simulator就是这个人的一幅肖像画，而emulator则是这个人的一个克隆人。
simulation是用软件实现，emulation要涉及到硬件实现的部分。
观点3：仿真器：emulator，模拟器：simulator仿真器，指的是几乎能够百分之百地模拟某硬件或软件系统的全部特性、行为的装置或程序。
模拟器，指的是仿照真实的硬件、软件、环境、条件，能够在某种程度上再现这些硬件、软件、环境、条件的装置或程序。
仿真是尽可能做到全方位的模拟，而且力求逼真，有点欲将原型或模仿对象取而代之的味道。
仿真更具体，接近实物(也有说接近硬件的，但肯定不局限于硬件)。
模拟只是表面上做做样子，不会有真实的过程发生;但能够给出反馈，多用于研究和培训。
模拟更抽象，侧重建模。
模拟不够“真实”，而仿真非常接近“真实”。
仿真项目知识点总结
仿真项目知识点总结一、概念和基础知识1. 仿真的定义仿真是利用计算机技术模拟和重现实际系统的行为和特性的过程，以便用来分析、设计和测试系统。
它是一种模拟实际系统行为的一种方法，通过构建模型、运行模拟实验来研究和预测系统的性能和行为。
2. 仿真的分类仿真可以根据模拟对象的不同分为连续系统仿真和离散系统仿真两种。
连续系统仿真主要是以微分方程来描述系统的运行机制，例如控制系统、电路系统等；离散系统仿真则是以差分方程或状态转移方程来描述系统的运行机制，如生产系统、交通系统等。
3. 仿真的基本要素仿真的基本要素包括仿真模型、仿真实验、仿真软件和仿真结果分析。
仿真模型是对实际系统行为和特性的抽象描述，仿真实验是利用仿真模型进行实际的模拟和测试，仿真软件是用来构建和运行仿真模型的工具，仿真结果分析则是对仿真实验结果的定量和定性分析。
4. 仿真的应用领域仿真在航空航天、军事、医疗、交通、环境、金融等领域都有广泛的应用。
通过仿真可以为决策提供依据，优化系统设计，减少试验成本和风险，提高工作效率等。
二、仿真建模与仿真软件1. 仿真模型的建立建立仿真模型是仿真项目的第一步，它是对实际系统行为和特性的抽象描述。
仿真模型可以是基于物理规律、数学建模、经验模型等方式建立的，在建立仿真模型时需要考虑系统的复杂性、实时性、计算成本等因素。
2. 仿真软件的选择仿真软件是进行仿真实验的工具，不同的仿真项目需要使用不同的仿真软件。
常见的仿真软件有MATLAB、Simulink、Arena、AnyLogic、Ansys、SolidWorks等，根据具体的仿真需求和仿真对象的特性来选择仿真软件。
3. 仿真模型的验证和验证建立了仿真模型后，需要对其进行验证和验证。
验证是通过与实际系统的比较来验证模型的正确性和准确性，验证是通过不同条件下的实验和测试来验证模型的可靠性和适用性。
4. 仿真建模的技巧在建立仿真模型时，需要考虑模型的简化和精简，尽量减少参数和变量的数量，提高模型的效率和可靠性。
仿真概念
英文全称是:Simulation即:使用项目模型将特定于某一具体层次的不确定性转化为它们对目标的影响，该影响是在项目整体的层次上表示的。
项目仿真利用计算机模型和某一具体层次的风险估计，一般采用蒙特卡洛法进行仿真。
利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统，又称模拟。
这里所指的模型包括物理的和数学的，静态的和动态的，连续的和离散的各种模型。
所指的系统也很广泛,包括电气、机械、化工、水力、热力等系统,也包括社会、经济、生态、管理等系统。
当所研究的系统造价昂贵、实验的危险性大或需要很长的时间才能了解系统参数变化所引起的后果时，仿真是一种特别有效的研究手段。
仿真的重要工具是计算机。
仿真与数值计算、求解方法的区别在于它首先是一种实验技术。
仿真过程包括建立仿真模型和进行仿真实验两个主要步骤。
简史20世纪初仿真技术已得到应用。
例如在实验室中建立水利模型，进行水利学方面的研究。
40～50年代航空、航天和原子能技术的发展推动了仿真技术的进步。
60年代计算机技术的突飞猛进，为仿真技术提供了先进的工具，加速了仿真技术的发展。
利用计算机实现对于系统的仿真研究不仅方便、灵活，而且也是经济的。
因此计算机仿真在仿真技术中占有重要地位。
50年代初，连续系统的仿真研究绝大多数是在模拟计算机上进行的。
50年代中，人们开始利用数字计算机实现数字仿真。
计算机仿真技术遂向模拟计算机仿真和数字计算机仿真两个方向发展。
在模拟计算机仿真中增加逻辑控制和模拟存储功能之后，又出现了混合模拟计算机仿真，以及把混合模拟计算机和数字计算机联合在一起的混合计算机仿真。
在发展仿真技术的过程中已研制出大量仿真程序包和仿真语言。
70年代后期，还研制成功专用的全数字并行仿真计算机（见全数字仿真计算机）。
分类仿真可以按不同原则分类：①按所用模型的类型（物理模型、数学模型、物理－数学模型）分为物理仿真、计算机仿真（数学仿真）、半实物仿真；②按所用计算机的类型（模拟计算机、数字计算机、混合计算机）分为模拟仿真、数字仿真和混合仿真；③按仿真对象中的信号流（连续的、离散的）分为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分为实时仿真（仿真时间标尺等于自然时间标尺）、超实时仿真（仿真时间标尺小于自然时间标尺）和亚实时仿真（仿真时间标尺大于自然时间标尺）；⑤按对象的性质分为宇宙飞船仿真、化工系统仿真、经济系统仿真等。
仿真的比较全面的介绍
仿真1、仿真的目的：在软件环境下，验证电路的行为和设想中的是否一致。
2、仿真的分类：a)功能仿真：在RTL层进行的仿真，其特点是不考虑构成电路的逻辑和门的时间延迟，着重考虑电路在理想环境下的行为和设计构想的一致性；b)时序仿真：又称为后仿真，是在电路已经映射到特定的工艺环境后，将电路的路径延迟和门延迟考虑进对电路行为的影响后，来比较电路的行为是否还能够在一定条件下满足设计构想。
3、功能仿真的目的：a)设计出能工作的电路：因此功能仿真不是一个孤立的过程，其和综合、时序分析等形成一个反馈工作过程，只有这个过程收敛，各个环节才有意义。
而孤立的功能仿真通过是没有意义的，如果在时序分析过程中发现时序不满足需要更改代码，则功能仿真必须从新进行。
因此正确的工作流程是：b）代码排错：功能仿真是代码排错的最重要的手段之一。
4、modelsim的高级功能：Code Coveragea)代码覆盖率是验证激励是否完备，检验代码质量的一个重要手段。
测试激励的代码覆盖率至少要达到95％以上，才能基本认为代码在逻辑上是通过质量控制的，才能进入综合步骤；b)代码覆盖率是保证高质量代码的必要条件，但却不是充分条件。
即便代码行覆盖和分支覆盖都能够达到100％，也不能肯定的说代码已经得到100％的验证。
除非所有的分支覆盖都能够进行组合遍历。
c)在大的设计中，如果想通过一个激励就验证完一个设计或者模块是不现实的。
一方面是从逻辑功能上很难做到；另外一方面是因为如果在一个激励中包括了各种情况，整个仿真过程的速度会随着计算机内存的消耗而成线性下降，效率低下。
d)通常的做法是每一个激励只验证电路功能的某个方面。
整个电路的功能验证由数个激励共同完成。
在这种验证方法中代码覆盖率更显重要，因为可以通过代码覆盖率来控制激励对功能的覆盖程度。
e)modelsim的Code coverage不但能记录各个激励对代码的“行覆盖”和“分支覆盖”，而且能够将各个激励的覆盖记录进行合并，做到对覆盖率的全面监测。
第0讲-仿真概念与实质优选全文
电配电 线路、用电设备有机 连接起来的整体， 称为电力系统。
它的功能是将自然界的一次能源通过发 电动力装置转化成电能，再经输电、变 电和配电将电能供应到各用户。
为实现这一功能，电力系统在各个环节 和不同层次还具有相应的信息与控制系 统，对电能的生产过程进行测量、调节、 控制、保护、通信和调度，以保证用户 获得安全、经济、优质的电能。
仿真技术的应用领域： 仿真技术已广泛地应用于航空航天、航海、国防、 原子能、电力、冶金、化工、医学、农业等领域。
本课程讨论的对象主要是电力系统。
1·2 系统特点与性质
对系统正确的认识是正确的决策的基础，而 认识系统必须了解系统的基本特点。
系统的特点：
（1）系统具有一定功能——不同功能系统，研究方法不完 全相同；
是否合理，安装、操作和检修是否便利。 这种模型仅反映了其结构特性，而未能反映
锅炉内部传热学、热力学、流体力学的特性。
2、数学仿真：
按真实系统的数学关系构造系统的数学模型， 即将实际系统的运动规律用数学形式表达出来，并 在数学模型上进行试验，再现系统的某些特性。
数学模型能精确反映系统内部的各种静态和 动态特性，如锅炉运行中的燃料化学反应、传热 过程、能量储存与释放、工质循环流动的特性。
3、数模混合仿真系统
——用模拟计算机和数字计算机组成的仿真系统。
由于模拟计算机和数字计算机的优缺点是互 补的。因此，该系统达到了扬长避短的目的。
该系统适用于：
（1）要求与实物连接，又有许多复杂函数需计算的实时 仿真；
（2）需要进行反复迭代计算（如统计分析、参数寻优） 的仿真；
（3）对计算机控制系统的仿真；
数学仿真一般是利用计算机对系统数学模型 进行运算和试验的。因此，利用计算机实现的系 统数学仿真也称为：计算机仿真。
仿真概念归纳总结
仿真概念归纳总结简介仿真是一种通过模拟真实系统的运行，通过模型来预测系统的行为和性能的方法。
它广泛应用于各个领域，例如物理、工程、计算机科学等。
本文将对仿真的概念进行归纳总结，包括仿真的定义、分类、应用和优势等方面。
1. 仿真的定义仿真是通过创建一个模型来模拟现实系统的行为和性能。
这个模型可以是一个数学模型、物理模型或计算机模型。
仿真通过表达模型中的各个元素之间的关系和规则来模拟系统的运行。
与现实系统相比，仿真可以为我们提供更多的机会来观察、分析和预测系统的行为。
2. 仿真的分类根据仿真系统的类型和目标，仿真可以分为以下几类：2.1 连续仿真连续仿真是指模拟连续系统的行为和性能，其中系统的状态随时间的变化而连续变化。
连续仿真通常使用微分方程来描述系统的动态变化。
2.2 离散仿真离散仿真是指模拟离散系统的行为和性能，其中系统的状态在一系列离散的时间点上发生变化。
离散仿真通常使用差分方程或状态转移图来描述系统的行为。
2.3 混合仿真混合仿真是指同时模拟连续和离散系统的行为和性能。
混合仿真通常使用混合系统理论来描述系统的动态变化。
3. 仿真的应用仿真在各个领域都有广泛的应用，以下是一些常见的仿真应用示例：3.1 物理仿真物理仿真用于模拟物理系统的行为和性能。
例如，通过模拟重力、摩擦等物理规律，可以预测物体的运动轨迹和碰撞结果。
3.2 工程仿真工程仿真用于模拟工程系统的行为和性能。
例如，在设计一座桥梁时，可以使用仿真来测试桥梁的耐久性、承重能力等。
3.3 计算机仿真计算机仿真用于模拟计算机系统的行为和性能。
例如，在开发软件时，可以使用仿真来测试软件的性能、稳定性等。
3.4 生物仿真生物仿真用于模拟生物系统的行为和性能。
例如，通过模拟人体器官的功能和相互作用，可以预测药物的副作用和疾病的发展趋势。
4. 仿真的优势仿真作为一种研究和预测系统行为的方法，具有以下几个优势：4.1 降低成本和风险通过仿真，可以在现实系统投入大量时间和资源之前，预测系统的性能、问题和风险。
仿真是什么意思
仿真是什么意思仿真概念是波德里亚在1976年出版的《象征性交换与死亡》一书中提出来的，在 1981年出版的《仿真》一书中又有进一步的阐释。
在描述仿真的基本特征时，波德里亚在《拟像》一书中说：文艺复兴以来，显现的三种秩序，是与价值规律的变化相联系的：一、仿造是“古典”时期的主要形态，这一时期指的是文艺复兴到工业革命时期;二、生产是工业时代的主要形态;三、拟像是当前阶段的主导形态，这一阶段被代码所控制。
仿真的第一种秩序建立在价值的自然规律之上，第二种秩序建立在价值的商品规律之上，第三种秩序建立在价值的结构规律之上。
波德里亚对仿真的三种秩序做了进一步的说明。
首先，仿造产生于文艺复兴时期，既是人/神关系解放的一种反映，更是等级关系的一种解放。
此前的封建社会是一个等级森严的社会，符号受到禁令的保护，是绝对固定和透明的。
从这一意义上说，符号的透明性与等级制度的残酷性相辅相成。
资产阶级的兴起，资产阶级梦想建构自我形象这一社会动机，催发符号增殖，使符号从中世纪的凝固状态中解脱出来。
由于从有限的符号秩序过渡到符号需求的拓展和内涵的增殖，由于民主制度替代了等级制度对符号的控制和运用，符号开始寻求新的内涵。
自然、现实和理性成为现代符号的表征对象。
其次，工业革命的到来标志着符号的第二种秩序——生产的诞生。
生产是马克思使用的一个概念，波德里亚把生产作为他的仿真秩序之一种，就潜在地把马克思作为了一个重要的参照和批判对象。
波德里亚指出：“新一代的符号和物品伴随着工业革命而来，这些符号没有种姓传统，从不知晓任何约束。
它们无须被仿造，因为它们是在一个巨大的规模上被生产的。
它们的独一无二性和本源不再受到关注，它们的本源是技术化的。
只有在工业仿真的维度内，它们才拥有意义。
”可见，生产成功地主导社会运作之后，符号的存在状态和性质也随之发生根本性变化。
“这就是所谓的系列，存在两个或n个相同的物品是可能的。
它们之间的关系不再是原物与仿造品的关系——既不是类比也不是反映——而是一种等同的、无差异的关系。
模拟仿真
现在希望能用某种方式把我方将要对敌人实施 的20次打击结果显现出来，确定有效射击的比率及 毁伤敌方火炮的平均值。
分析：这是一个概率问题，可以通过理论计算得到相应的概 率和期望值.但这样只能给出作战行动的最终静态结果，而显 示不出作战行动的动态过程.
Monte Carlo 方法
Monte Carlo 是世界著名赌城－摩洛哥的蒙特 卡罗，在二次世界大战中，美国军方将一项绝 密研究计划的代号命名为Monte Carlo ，其目 的是研究铀裂变过程中链式反应的能量计算问 题。
Monte Carlo 方法是随机模型的计算机仿真方 法，在用传统方法难以解决的问题中，有很大 一部分可以用概率模型描述，由于这类问题含 有不确定的随机因素，难以用定量分析法得到 解析结果，在这种情况下， Monte Carlo 方法 是非常有效。
• 系统的输入输出信号均为时间的连续函数，可 用一组数学表达式来描述，比如采用微分方程、 状态方程等。（如各种物理和工程领域中的 “场”问题）
•离散系统仿真（随机事件、随机函数）
• 一个系统，如电话交换台系统、交通管理系统、 物流管理系统等，这些系统的状态变化发生在随 机时间点上，称为离散事件系统，可以用概率分 布、排队论等数学模型来描述。在计算机上建立 相应的仿真模型并运行和实验，称为离散事件系 统仿真。
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
1-什么是仿真
• （3） 高级仿真语言阶段: 1970～1980年间 商用的连续系统仿真语言SSLIV、DAREP、 ACSL,以及离散事件系统仿真语言GPSSIV、 SIMCRIPⅢ和SLAM等。 • （ 4 ）一体化建模与仿真环境软件 : 如美国 Pritsket 于 1989 年推出的 TESS ，它是具有数 据库 , 而且能将数据存储与检索，脚本仿真 / 数据采集，数据分析报告和图形生成，脚本 动画，网络模型输入，运行控制，数据管理 等八个部分组成一体化仿真软件环境。
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• 1958 年为满足高速动态系统仿真的要求， 出现了第一台专用的模拟/数字混合计算 机，它是用来解决导弹轨迹的计算问题。 • 60年代初期，出现了混合计算机商品。 • 近年以来，由于计算机技术的飞速发展， 数字计算机已有可能解决高速动态系统 的实时仿真问题，所以模拟/数字混合计 算机将被数字计算机所取代。
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0.3 计算机仿真技术的应用
计算机仿真已被广泛应用于各个 领域，它在系统研究中的重要性在于 它不仅经济而且安全可靠。通过仿真 研究可以预测系统的特性以及外界干 扰的影响，从而可以对制订控制方案 和控制决策提供定量依据。 工程系统 非工程系统
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一、工程系统
• 如控制系统的设计、分析和研究；电力系 统的可靠性研究；化工流程的模拟；造船、 飞机、导弹等研制过程。
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2. 控制系统CAD的应用
(1) 控制系统CAD可以广泛地应用于工业生产部门。 (2) 控制系统CAD对于从事自动控制的研究人员来 说也是必部可少的工具和手段。 (3) 控制系统CAD在控制系统教学中的应用也是十 分明显的。
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0.5 基于MATLAB的控制系统 仿真的现状
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1.是目前国际控制界最流行的仿真语言 2.设计控制系统
仿真简介及其应用
仿真简介及其应用11.1 仿真的定义我们这里所述的仿真，并不是针对一些设备的机械的动作的仿真，而是指系统仿真。
系统仿真是评估对象系统（例如制造系统、物流仓储、生产计划等）的整体能力等为目的的一门专业技术。
（备注：计算机没有普及以前, 进行物流系统仿真, 普遍采用数学方法建立数学模型。
）系统仿真的发展基本上是伴随着仿真软件和优化算法的发展而成长的。
而随着技术的发展和成熟，以及与其他信息技术的集成，而这种集成化的仿真技术也是未来发展的主要方向，目前，我们将集成化的系统仿真在制造行业的应用称之为数字工厂。
数字工厂的定义如下：在仿真环境中构建与现实工厂相对应的、完整的数字工厂，实现对实际生产过程的实时动态监测；同时基于仿真分析系统，可实现对规划方案前期的验证和优化，实现生产数据的多维分析，支持资源配置方案评估、多层次计划验证和优化等业务决策。
1.2 仿真的发展仿真，也称为模拟, 通俗来讲, 它就是按照客观的实际情况, 把所要研究的问题或对象构造成模型, 然后在模型上进行实验或试验, 以观察一项设计或计划方案, 在接近于实际的条件下, 其工作或运行情况是否合乎主观的意图或要求, 或者是同时分析比较几个设计或计划方案, 以确定其中哪一个方案更符合主观的意图或要求, 具有更好的技术性能或经济效果, 从而确定选择其中一个较好的设计或计划方案。
仿真技术是在世纪年代末以来, 伴随着计算机技术的发展, 仿真技术最初主要应用于航空、航天、原子反应堆等价格昂贵、周期长、危险性大、实际系统试验难以实现的少数领域, 后来逐步发展到电力、石油、化工、冶金、机械等一些主要工业部门, 并进一步扩大到今天的社会系统、经济系统、交通运输系统等一些非工程系统领域。
现代系统仿真技术和综合性仿真系统已经成为复杂系统, 特别是高技术产业中不可缺少的分析、研究、设计、评价、决策和训练的重要手段, 其应用范围还在不断扩大。
2随着全球范围内市场竞争的加剧，缩短产品的设计周期、生产周期、上市周期，降低开发成本已成为企业追逐的目标。
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一、硬件的发展
• 40年代出现了模拟计算机，这时的计算 机大都是用来设计飞机的专用计算机。
• 50年代初，出现了通用的模拟计算机。 • 50年代末，数字计算机有了很大发展，
加上这时期在微分方程数值解的理论方 面又有很大的发展，所以在几种高级语 言（如FORTRAN，ALGOL等）出现以后， 在50年代末期，数字计算机便在非实时 仿真方面开始得到广泛的应用。
第一章 绪 论
• 0.1 仿真技术简介
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一、仿真的意义
把实际系统建立成物理模型或数学模型进 行研究，然后把对模型实验研究的结果应用到 实际系统中去，这种方法就叫做模拟仿真研究， 简称仿真。
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二、仿真的定义
• 仿真------就是用模型（物理模型 或数学模型）代替实际系统进行 实验和研究
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三、仿真所遵循的基本原则
• 是相似原理，即 * 几何相似 * 环境相似 * 性能形似
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四、仿真的分类
• 依据相似原理仿真可分为： • * 物理仿真 • * 数学仿真 • * 混合仿真 • 随着计算机技术的发展，计算机
仿真越来越多地取代纯物理仿真。
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五、仿真过程
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0.2 计算机仿真技术的发展概况
仿真硬件的发展 仿真软件的发展
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• （3） 高级仿真语言阶段: 1970～1980年间 商用的连续系统仿真语言SSLIV、DAREP、 ACSL,以及离散事件系统仿真语言GPSSIV、 SIMCRIPⅢ和SLAM等。
• （4）一体化建模与仿真环境软件: 如美国 Pritsket于1989年推出的TESS，它是具有数 据库,而且能将数据存储与检索，脚本仿真/ 数据采集，数据分析报告和图形生成，脚本 动画，网络模型输入，运行控制，数据管理 等八个部分组成一体化仿真软件环境。
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• 人机环境也由初期的图形支持，到动画， 交互式仿真，进一步发展到矢量的图形支 持，并向虚拟现实发展，仿真软件的发展 基本经历了以下五个阶段。
• （1）通用程序设计语言：1960年左右的 FORTRAN，以及具有适应并行处理功能的 Ada,C++等语言。
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• （2）初级仿真语言阶段: 1960～1970年间面 向框图的MIDAS；面向大型连续系统的仿真规 范的CSSL(Continuous System Simulation Language)；CSMP(Continuous System Modeling Program)；基于差分方程模型的 DYNAMO(Dynamic Models)；基于离散事件的 SIMLIB 和CSL(Control and simulation Language)；还有以过程为基础的通用仿真系 统GPSS(General purpose Simulation System)等。
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二、非工程系统
• 如用于研究社会经济、人口、污染、生物、 医学系统等。
• 由于其应用广泛及卓有成效，在国际 上成立国际仿真联合会（International Association for Mathematic and Computer in Simulation-IAMCS）。
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三、新的研究热点
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• 1958年为满足高速动态系统仿真的要求， 出现了第一台专用的模拟/数字混合计算 机，它是用来解决导弹轨迹的计算问题。
• 60年代初期，出现了混合计算机商品。 • 近年以来，由于计算机技术的飞速发展，
数字计算机已有可能解决高速动态系统 的实时仿真问题，所以模拟/数字混合计 算机将被数字计算机所取代。
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四、当前仿真研究的前沿课题
• 主要有仿真与人工智能技术的结合、分布 式仿真与仿真模型的并行处理、图形与动 画仿真、建模环境与仿真支持系统等。
• 控制系统的仿真是一门涉及到控制理论、 计算数学和计算机技术的综合性科学。
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0.4 控制系统计算机辅助设计 （CAD）的主要内容 及其应用
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1. 控与设 计方法可以分为如下的两大类：变换法（频域 法）和状态空间法（时域法）。
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0.3 计算机仿真技术的应用
计算机仿真已被广泛应用于各个 领域，它在系统研究中的重要性在于 它不仅经济而且安全可靠。通过仿真 研究可以预测系统的特性以及外界干 扰的影响，从而可以对制订控制方案
和控制决策提供定量依据。 工程系统
非工程系统
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一、工程系统
• 如控制系统的设计、分析和研究；电力系 统的可靠性研究；化工流程的模拟；造船、 飞机、导弹等研制过程。
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2. 控制系统CAD的应用
(1) 控制系统CAD可以广泛地应用于工业生产部门。 (2) 控制系统CAD对于从事自动控制的研究人员来 说也是必部可少的工具和手段。 (3) 控制系统CAD在控制系统教学中的应用也是十 分明显的。
• (1)面向对象的仿真方法，从人类认识世界 的模式出发提供更自然直观的系统仿真框 架；
• (2)分布式交互仿真通过计算机网络实现交 互操作，构造时空一致合成的仿真环境,可 对复杂、分布、综合的系统进行实时仿真；
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• (3)定性仿真以非数字手段处理信息输入、 建模、结果输出，建立定性模型；
• (4)人机和谐的仿真环境，发展可视化仿真、 多媒体仿真和虚拟现实等。这些新技术、 新方法必将孕育着仿真方法的新突破。
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二、仿真软件的发展
• 近四十年来，仿真软件充分吸收了仿真 方法学、计算机、网络、图形/图像、多 媒体、软件工程、系统工程、自动控制、 人工智能等技术成果，从而得到了很大 发展。
• 仿真软件也从初期的机器代码，经历较 高级的编程语言，面向问题描述的仿真 语言，发展到模块化概念，并进而发展 到面向对象编程，图形化模块编程等。
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• （5）智能化仿真软件环境: 它于80年代 后期问世，由一体化仿真软件环境，专 家系统，智能接口等组成并具有知识库、 模型库、方法库、实验程序库和数据库， 该软件充分利用了FORTRAN、C、Ada、 LISP等语言的优良特性。
• 到目前为止，已形成了许多各具特色 的仿真语言。其中美国Mathworks软件公 司的动态仿真集成软件Simulink与该公司 著名的MATLAB软件集成在一起，成为当今 最具影响力的控制系统应用软件。