1计算机仿真技术绪论PPT课件

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计算机仿真技术1ppt课件

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2.仿真分类 ①实物仿真:又称物理仿真。是指研制某些实体模型,使
之能重现原系统的各种状态。 ②数学仿真:它就是用数学语言去表述一个系统,并编制
程序在计算机上对实际系统进行研究的过程,这种数学 表述就是数学模型。 ③半实物仿真:也称为混合仿真或物理——数学仿真。
六、计算机仿真的一般过程 (见图1-2所示)
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§1.1 计算机仿真的基本概念(续2)
3.连续系统和离散系统 ①连续系统:一个系统的状态随时间的变化是连续的。 ②离散系统:一个系统的状态随时间成间断或突然改变。
4.其它分类方法
三、系统模型 系统模型是对实际系统的一种抽象,是对系统本质
(或是系统某种特性)的一种描述。 模型可以分为实体模型和数学模型两大类。
如果要评价一个模型的好坏,一般遵循以下原则: ⑴精确性:相似度
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§1.1 计算机仿真的基本概念(续4)
⑵合理性:同一系统可建不同模型,关键是对研究问 题有利。
⑶复杂性:在满足精度的前提下,越简单越好。 ⑷应用性:遵循输入量是可以测量的原则。 ⑸鲁棒性:适应的工况范围宽。 五、计算机仿真 1.仿真的概念
2
计算机仿真技术
第一章 概论 第二章 系统建模的基本方法与模型
处理技术 第三章 连续系统的数字仿真 第四章 离散事件系统仿真 第五章 计算机仿真软件
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第一章 概论
§1.1 计算机仿真的基本概念 §1.2计算机仿真的历史及现状 §1.3计算机仿真的发展与展望
4
§1.1 计算机仿真的基本概念
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§1.1 计算机仿真的基本概念(续6)
计算机仿真的一般过程可描述如下: ⑴根据仿真目的确定方案 ⑵建立系统的数学模型 ⑶建立仿真模型 ⑷编写仿真程序 ⑸进行仿真实验 ⑹仿真结果分析

计算机仿真技术PPT

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对于模型的实验应该说是在进行系统研究中的主要手段,选择在模型上 进行实验的原因主要有以下原因: (1)系统尚未设计出来 (2)某些实验会对系统造成伤害 (3)难以保证实验条件的一致性 (4)费用高 (5)无法复原
1.1.3 模型的建立
1.模型
不管采用何种相似形式,仿真的进行都是在模型的基础上进行的,系统的仿真离不开相关的模型,而模型 的好坏与否对系统的仿真是否真正能够和系统“相似”具有决定性的作用。对于不同的专业和研究特点, 其模型应用的侧重点是不一样的,并且在系统仿真研究的不同阶段,其模型的应用也是不一样的。例如在 系统的理论学习阶段模型侧重于数学模型,而在系统的应用实验阶段,物理模型是不可或缺的。另外,随 着现代科学技术的发展,一些模型并不能用传统的数学模型来表示,而是需要采用描述性的语言来建立所 谓的系统数学模型,例如模糊控制的模型。在科学研究的过程中,也需要先有理论模型分析、半实物模型 实验分析和实物运行验证等阶段。一个好的模型是工程设计或科学研究的基础,建立一个好的数学模型, 需要对所要研究系统的内涵及外延有一个比较清晰的认识,从而使模型能够代表所研究的系统。模型可以 是物理模型、数学模型、混合模型甚至是语言描述模型,在本书中主要讲述或应用数学模型。
1.理论解析法
所谓理论解析法,就是运用已掌握的理论知识对控制系统进行理论上的 分析、计算。它是在进行理论学习的一个必然应用的方法,其通过 理论的学习掌握有关的系统的客观规律,通过理论分析推导来对系 统进行研究。
q1
hq2图1-2 单容箱液位控制系统如图1-2所示的单容水箱液位控制系统,通过体积和液位的平衡关系,可 以得到其数学模型。 (1.1)
2.数学模型的建立
建立系统模型就是(以一定的理论依据)把系统的行为概括为数学的函数关系。下面以一种直线倒立摆 建模的过程来说明建模的基本步骤: 1)确定模型的结构,建立系统的约束条件,确定系统的实体、属性与活动。 在忽略了空气阻力和各种摩擦之后,可将直线一级倒立摆系统抽象成小车和均匀质杆组成的系统,如下 图所示:

《计算机仿真技术》PPT课件

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为正定矩阵,则系统是稳定的。 (2) 计算反馈增益矩阵K
KR1BTP
(3) 在线的线性二次型最优控制
u(t)KX(t)
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线性二次型调节器设计的MATLAB函数
函数LQR(Linear-quadratic regulator)用于计算连续状 态空间方程
X AX Bu
y CX Du
矩阵P必须满足黎卡提(Riccati) 代数方程:
P A A T P P B 1 B R P Q 0
●线性二次最优调节器的另一种二次型目标函数具有交叉项
J (XTQ X uTR u2XN )du t 0
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线性二次型调节器的设计
线性二次调节器的设计步骤如下:
(1) 解式(4.5-4) Riccati 方程,求得矩阵P。若所求出P
e Ke
为简化起见,令 Kt Ke K
由牛顿定律,转子力矩平衡关系为
J bKi精选课件ppt Nhomakorabea36
由克希霍夫定律
LdiRiuK dt
u 设系统状态 X,i' 并建立以输入电压
为输入,转速 为输出的系统状态空间表达式为
X AX Bu
Y CX
X
i
Y
A
b
J K
L
K
J R
L

B
设计任务是要计算反馈 K,使 ABK 的特征值
和期望的极点 P相同.
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极点配置的MATLAB函数
函数ACKER是基于Ackermann算法求 解反馈增益K。
Kak ceA ,rB ,(P )
其中,A,B为系统矩阵;P为期望极点向 量;K为反馈增益向量。

《计算机仿真教案》课件

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《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。

计算机仿真技术绪论-第一讲

计算机仿真技术绪论-第一讲


从系统的综合复杂程度方面考虑,我们可以把系统分为三
类九等。 “三类”是:物理系统;生物系统;人类社会及宇宙。
“九等”是: 框架: 物理系统 最简单的系统、静态的系统,如 桥梁、房子等。
时钟:
控制机械:
按预定规律变化,虽动犹静
能自动调整,偶然干扰使运动偏 离预定要求时,系统能自动调节 回去。
细胞:
计算机仿真,保证系统的性能、质量,为以后从事相关
专业工作打下基础。
考核及要求:
平时(20%)+实验(20%)+期末考试(60%) 平时(20%):①考勤:8分;②作业:7分;③创新:5分。
说明:考勤8分,旷课1次扣1分,点1次名算3次,请假须在课前,请3 次假扣1分,扣完为止;作业6分,1次1分;创新6分,完成思考题,作 业中采用新方法、新思路,作业质量、课堂回答问题等。
本章学习要求:

理解并掌握计算机仿真的概念、分类,计算机数字
仿真的基本过程;

了解计算机仿真的发展历程、应用领域及目前研究、 应用现状;

了解目前所涉及的计算机仿真软件,并重点掌握 MATLAB、ADAMS两个软件。
计算机仿真技术基础概述
1.1 从现实问题开始 1.2 1.3 1.5 系统及系统的分类 系统模型的概念及其分类 计算机仿真的定义
1.4 计算机仿真中的系统建模 1.6 计算机仿真技术发展概要
1.7 小结
从现实问题开始
三峡水库总库容393 亿立方米,总装机容量 1820万千瓦,将是世界上最大的水电站。 但是三峡的安全问题是一个很重要的问题,我 们不可能等到建好后再看它的安全性,用计算机仿 真就可以很好的解决这一问题。
从现实问题开始-计算机仿真能做什么?

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长江三峡工程
三峡水库总库容393 亿立方米,总装机容量 1820万千瓦,将是世界上最大的水电站。
但是三峡的安全问题是一个很重要的问题,我 们不可能等到建好后再看它的安全性,用计算机仿 真就可以很好的解决这一问题。
计算机仿真的基本概念
飞机设计
飞机设计中有一个重要环节:风洞试验。 实际的风洞试验费用巨大。 使用计算机仿真进行模拟风洞试验,使费用大大降低。
计算机仿真的基本概念
仿真举例
计算机仿真反映出新的科学技术的时代特
征,它的应用为各个领域带来新气象和成果。
应用的领域有:
航空管理,
公交车的调度,
飞机设计,
动画设计,
三峡的安全、生态, 道路的修建,
医疗保险,
国债的发行,
家居装修,
炼钢的温度估计,
发电厂的操作训练, 飞行员训练,
鼠疫的检测和预报。
计算机仿真的基本概念
Cos (0x) / (0x)2 (at y)2 Sin (at y) / (0x)2 (at y)2
取时间间隔(步长)为t ,则在时刻 t+t ,D的位置是(x x, y y) ,
x btCos
y btSin
(*)
计算机仿真举例
算法:
赋初值:初始时刻 t0,时间步长 t ,速度a,b,初始位置c
找出系统的实体、属性和活动等。
建立模型;

选择合适的仿真方法(如时间步长法、事件表法
型 等);确定系统的初始状态;设计整个系统的仿真流 构 程图。 造 收集数据;
编写程序、程序验证;
模型确认。
仿真研究的步骤
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。

【学习课件】第一章计算机仿真技术概论

【学习课件】第一章计算机仿真技术概论
ZPK形式变换为TF形式
– Svv=tf(Sxx) – [nn,dd]=tfdata(Svv,’v’) – %获得分子分母多项式系数
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部分分式展开
控制系统常用到并联系统,这时就要对系统函数进行分解,使其 表现为一些基本控制单元的和的形式。
[resG,polG,otherG]=residue(numG,denG) resG留数 polG极点
ss2zp: 状态空间模型转换为零极点增益模型
tf2ss: 传递函数模型转换为状态空间模型
tf2zp: 传递函数模型转换为零极点增益模型
zp2ss: 零极点增益模型转换为状态空间模型
zp2tf: 零极点增益模型转换为传递函数模型
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用法举例
已知系统状态空间模型为:
》A=[0 1; -1 -2]; B=[0;1];
– 线性连续系统:用线性微分方程式来描述,如果微分方程的系数为 常数,则为定常系统;如果系数随时间而变化,则为时变系统。今 后我们所讨论的系统主要以线性定常连续系统为主。
– 线性定常离散系统:离散系统指系统的某处或多处的信号为脉冲序 列或数码形式。这类系统用差分方程来描述。
– 非线性系统:系统中有一个元部件的输入输出特性为非线性的系统。
对这线时性系定统常在系MA统T,LA式B中中可s的以系方数便均地为由常分数子,和且分a母1不系等数于构零成,的 两个向量唯一地确定出来,这两个向量分别用num和den表 示。
num=[b1,b2,…,bm,bm+1] den=[a1,a2,…,an,an+1] 注意:它们都是按s的降幂进行排列的。
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举例:传递函数描述
1) G(s)2s414 s23 s3 26ss42 2 2 2s 02 》num=[12,24,0,20];den=[2 4 6 2 2];

计算机仿真教案 绪论课件

计算机仿真教案 绪论课件

学习方法与技巧
学习方法
理论学习与实践操作相结合,注重实际 应用和案例分析。
VS
学习技巧
多做练习,掌握仿真实验的设计和数据分 析方法;积极参与课堂讨论,与同学互相 交流学习心得;利用网络资源,扩展知识 面和视野。
实践环节与项目设计
实践环节
组织学生进行小组讨论,进行仿真实验设计 和数据分析实践。
项目设计
总结词
随着科技的不断发展,仿真技术与其他技术的融合已经成为一种趋势,需要加强技术融合和创新,推动计算机仿 真技术的发展和应用。
详细描述
计算机仿真技术与其他技术的融合发展可以带来更多的创新和应用机会。例如,将仿真技术与人工智能、大数据 等技术相结合,可以实现更高效、准确的仿真分析。未来,需要加强技术融合和创新,推动计算机仿真技术的发 展和应用。
际操作和应用能力。
THANKS
感谢观看
仿真软件的选择与使用
总结词
选择和使用合适的仿真软件可以提高仿真的效率和精度,同时降低成本。
详细描述
目前市面上有许多仿真软件可供选择,如MATLAB、Simulink、Arena、Flexsim等。在选择仿真软件时,需要 考虑其功能、易用性、兼容性和成本等因素。使用仿真软件需要掌握一定的编程和数学基础,以便更好地进行参 数设置、模型建立和结果分析。
交通运输
计算机仿真在交通运输领域 用于模拟交通流、车辆行为 等,以优化交通规划和交通 安全。
生物医学
计算机仿真在生物医学领域 用于模拟人体生理系统和疾 病发展过程,为医学研究和 治疗提供支持。
军事模拟
计算机仿真在军事领域用于 模拟战争和武器系统性能, 以评估战略和战术的有效性 。
计算机仿真的发展历程

计算机仿真技术课件

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梯形法
将函数图像与坐标轴所围成的面 积划分为若干个小梯形,计算每 个小梯形的面积并求和,得到函 数在指定区间内的定积分近似值。
辛普森法
基于牛顿-柯特斯公式的一种数 值积分方法,通过选取合适的节 点和权系数,构造出具有高阶代 数精度的求积公式,从而提高数
值积分的精度。
蒙特卡罗方法
随机抽样
通过生成随机数或伪随机数的方式,从待求解问题的概率分布中进行抽样,得到一组样本数据。
生物医学领域的应用
人体生理系统仿真
利用计算机仿真技术,可以对人体生 理系统进行模拟和预测,为医学研究
和治疗提供支持。
药物研发
通过仿真技术,可以对药物在人体内 的代谢过程进行模拟和预测,加速药
物研发过程。
生物组织工程仿真
利用仿真技术,可以对生物组织工程 的设计方案进行虚拟验证,评估工程
对生物体的影响和治疗效果。
05
计算机仿真技术的挑战与发展趋 势
面临的主要挑战
复杂系统建模
对于复杂系统的仿真,如气候、生态、经 济等,建模过程极具挑战性,需要处理大
量的数据和变量。
高性能计算需求
高精度的仿真需要强大的计算能力,对计 算机硬件和算法提出了更高的要求。
多领域交叉融合
计算机仿真技术涉及多个学科领域,如计 算机科学、数学、物理等,实现多学科知
设计实验方案
选择合适的仿真模型、算法和参数,构建实验 环境,设定实验步骤和流程。
遵循可重复性原则
确保实验设计具有可重复性,以便他人能够验证和重现实验结果。
实验数据分析与处理
数据收集与整理
按照实验设计,收集仿真过程中产生的数据,并进行整理和 分类。
数据分析方法
运用统计学、机器学习等方法对实验数据进行处理和分析, 挖掘数据中的规律和趋势。

《计算机仿真教案》课件

《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 计算机仿真的定义与作用解释计算机仿真的概念讨论计算机仿真在各个领域的应用1.2 计算机仿真的基本原理介绍计算机仿真的基本原理和流程解释模拟、建模和仿真之间的关系第二章:计算机仿真软件与工具2.1 常见计算机仿真软件介绍介绍常用的计算机仿真软件,如MATLAB/Simulink、Ansys、Fluent等解释各自的特点和应用领域2.2 计算机仿真工具的使用方法演示如何使用至少一种计算机仿真软件进行仿真介绍仿真软件的基本操作和功能第三章:数学建模与仿真3.1 数学建模的基本概念解释数学建模的概念和重要性讨论数学建模的方法和步骤3.2 数学建模与仿真的结合介绍如何将数学模型转化为计算机仿真模型讨论仿真结果的验证和优化方法第四章:系统仿真与应用4.1 系统仿真的基本概念解释系统仿真的概念和作用讨论系统仿真的方法和流程4.2 计算机仿真在实际应用中的案例分析分析至少两个计算机仿真在实际应用中的案例讨论案例中的问题和解决方案第五章:计算机仿真的未来发展趋势5.1 计算机仿真技术的最新发展讨论计算机仿真技术的最新发展趋势介绍新兴的仿真技术和方法5.2 计算机仿真在未来的应用前景探讨计算机仿真在未来的应用前景和挑战讨论如何应对这些挑战和利用机会第六章:虚拟现实与增强现实在计算机仿真中的应用6.1 虚拟现实与增强现实的定义与区别解释虚拟现实(VR)和增强现实(AR)的概念讨论VR和AR在计算机仿真中的应用和区别6.2 VR和AR技术在计算机仿真中的案例分析分析至少两个VR和AR技术在计算机仿真中的实际应用案例讨论案例中的创新点和实际效益第七章:与机器学习在计算机仿真中的应用7.1 与机器学习的基本概念解释()和机器学习(ML)的概念讨论和ML在计算机仿真中的应用领域7.2 和ML技术在计算机仿真中的案例分析分析至少两个和ML技术在计算机仿真中的实际应用案例讨论案例中的创新点和实际效益第八章:计算机仿真的伦理与法律问题8.1 计算机仿真的伦理问题讨论计算机仿真可能引发的伦理问题,如隐私保护、数据安全等探讨如何在计算机仿真中遵守伦理原则和规范8.2 计算机仿真的法律问题分析计算机仿真可能涉及的法律问题,如知识产权、法律责任等讨论如何在计算机仿真中遵守相关法律法规第九章:计算机仿真的评估与优化9.1 计算机仿真评估的方法与指标介绍计算机仿真评估的方法和指标,如准确性、效率、可靠性等讨论如何选择合适的评估方法和指标9.2 计算机仿真优化的方法与技术介绍计算机仿真优化的方法和技巧,如模型调整、参数优化等讨论如何通过优化提高计算机仿真的性能和效果第十章:计算机仿真的教学与应用10.1 计算机仿真在教育中的应用讨论计算机仿真在教育领域的应用,如虚拟实验室、远程教育等探讨计算机仿真在教育中的优势和挑战10.2 计算机仿真在科研与工程中的应用分析计算机仿真在科研和工程领域的应用案例讨论案例中的创新点和实际效益重点解析本教案《计算机仿真教案》PPT课件共分为十个章节,涵盖了计算机仿真的基本概念、原理、软件工具、数学建模、系统仿真、应用案例、未来发展趋势、虚拟现实与增强现实、与机器学习、伦理与法律问题、评估与优化、教学与应用等多个方面。

动态系统的计算机仿真完整PPT

动态系统的计算机仿真完整PPT
第十六页
第1章 绪 论
计算机作为一种最重要的仿真工具,已经推出了模 拟机、模拟数字机、数字通用机、仿真专用机等各种 机型并应用在不同的仿真领域。除了计算机这种主要 的仿真工具外还有两类专用仿真器:一类是专用物理 仿真器,如在飞行仿真中得到广泛应用的转台,各种 风洞、水洞等;另一类是用于培训目的的各种训练仿 真器,如培训原子能电站、大型自动化工厂操作人员 和训练飞行员、宇航员的培训仿真器、仿真工作台和 仿真机舱等。
第六页
第1章 绪 论
数学模型可以分为许多类型。按照状态变化可分为 动态模型和静态模型。用以描述系统状态变化过程的 数学模型称为动态模型。而静态模型仅仅反映系统在 平衡状态下系统特征值间的关系,这种关系常用代数 (5) 对模型、实验数据、文档资料和其它仿真信息的存储、检索和管理(即用于仿真数据信息管理的数据库系统)。
组成系统的实体之间相互作用而引起的实体属性的 变化,通常用状态变量来描述。研究系统主要研究系 统的动态变化。除了研究系统的实体属性活动外,还 需要研究影响系统活动的外部条件,这些外部条件称 之为环境。
第四页
第1章 绪 论
2. 系统模型 系统模型是对实际系统的一种抽象,是对系统本质 (或是系统的某种特性)的一种描述。模型可视为对真实 世界中物体或过程的信息进行形式化的结果。模型具 有与系统相似的特性,可以以各种形式给出我们所感 兴趣的信息。
第十九页
第1章 绪 论
(3) 验证系统设计的正确性。 (4) 对系统或其子系统进行性能评价和分析。多为物理仿
真,如飞机的疲劳试验。 (5) 训练系统操作员。常见于各种模拟器,如飞行模拟器、
坦克模拟器等。 (6) 为管理决策和技术决策提供支持。
第二十页
第1章 绪 论
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1.1 系统仿真的基本概念
1.1.1系统与模型
系统:有相互联系、相互制约、相互依存的若干部分(要 素)结合在一起形成的具有特定功能和运动规律的有机整 体。
系统一般均具有四个性质:
系统的整体性 系统的相关性 系统的目的性 系统的环境适应性
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1.1.2系统分类
系统的分类方法很多,主要有以下几种分类方法:
静态模型:系统处于平衡状态下的属性
一般表示形式是代数方程、逻辑表达
关系式
动态模型:
系统属性随
时间而发生
变化
连续 系统 模型
随机 模型
确定 模型
线性数学模型和非线性数学模型 微观数学模型和宏观数学模型 集中参数模型和分布参数模型 定常数数学模型和时变数学模型
存储系统模型和非存储系统模型
离散系统 时间离散系统
(1)计算机仿真基本概念、基本分类 (2)系统模型 (3)实现模型的语言(主要讲基本的Matlab 语言以及Simulink) (4)Simulink与数字信号处理、通信原理的 基本结合
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3、参考书目
① 劳尔(Law.A.M.) .Simulation Modeling and Analysis, 3rd Ed,清华大学出版社.2000.12
版). 科学出版社, 2003年3月 ⑧ 韩利竹 .MATLAB电子仿真与应用.国防工业出版社 .2003
3
4、图书馆可借参考书目 ① Matlab相关 ② Simulink仿真相关
5、联系方式 Tel: Email: xinjie1023@
4
Chapt 1 Introduction
线性系统与非线性系统 定常系统与时变系统
集中参数系统与分布参数系统
单变量系统与多变量系统
8
1.1.3 系统模型
1.系统模型:
是系统的某种特定的性能的一种抽象形式。实质是用某种 形式来近似的描述或模拟所研究的对象或过程。
2.模型的表达形式一般分为两类:
(1)物理模型
缩尺模型 模拟模型
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(2)数学 模型
模型 离散事件模型 10
1.1.4 建模方法
实际建立数学模型一般要遵守以下的原则:
(1)精确性 (2)合理性 (3)复杂性 (4)应用型 (5)鲁棒性
建立数学模型的一般方法有以下三种:
(1)演绎法 (5 系统仿真
仿真界专家和学者对仿真下过不少定义,其中雷诺于1966年在其专著 中对仿真作了如下定义:仿真是在数字计算机上进行试验的数字化技术, 它包括数字与逻辑模型的某些模式,这些模式描述了某一事件或经济系 统(或者他们的某些部分)在若干周期内的特征。
离散事件系统仿真是指对那些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进行仿真试验。
(2)按仿真实验中所取的时间标尺与自然时间的时间尺度之间 的比例关系分为:
非实时仿真
实时仿真
(3)按参与仿真的模型种类不同,分为:
物理仿真
数学仿真
半实物仿真
13
1.1.7 系统仿真的一般步骤
系统仿真包括以下几个阶段
Computer Simulation Technology
Qing DaoTechnological University Communication and Electronic College Instructor : Wang Xinjie
1、课时安排
20学时理论课 12学时上机
课程分值比例: 考试65% 上机 35% 2、课程涵盖内容
战略设计(Strategic Planning)
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战术设计(Tactical Planning) 仿真执行(Simulation Execution) 结果整理(Result Interpretation) 实现与维护(Implementation and Maintenance)
1.1.8 系统仿真的应用
(1)根据系统状态的变化分类
静态系统和动态系统
(2)根据系统状态的确定性
确定性系统是指输出完全由系统的输入以及相应的转换 关系(包括决策、措施等)所决定的系统。 •随机系统是在既定的输入下,系统的输出是非确定的, 带有随机的性质。产生随机性的原因是由于在系统的输 入过程和转换过程中存在多种难以预知的偶然因素的作 用。
建模
系统
仿真实验
模型
二次建模 计算机
1.1.6 系统仿真
根据不同的分类方法,可以将系统仿真进行不同的分类:
(1)根据被研究系统的特征可以分为两类:连续系统仿真和离
散事件系统仿真
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连续系统仿真是指对那些系统状态量随时间连续变化的系统仿 真研究,包括数据采集与处理系统的仿真。数学模型包括:连续模 型(微分方程等),离散时间模型(差分方程等)及连续-离散混合 模型。
(1)建模阶段 (2)模型实验阶段 (3)结果分析阶段
一般意义下的系统仿真
系统定义(System Definition)
数据准备(Data Preparation)
模型表达(Model Formulation)
模型变换(Model Translation)
模型认可(Model Accreditation)
1、在系统分析与设计中的应用 2、在系统理论研究中的应用 3、在专职人员训练与教育方面的应用
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1.2 计算机仿真发展的历史及现状
1.2.1 计算机仿真
1.模拟计算机仿真
能快速求解微分方程 可以灵活设置仿真试验的时间标尺 易于和实物相连 由于受到电路元件精度的制约和易于受到外界的干扰
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(3)按照系统状态随时间变化是否联续分为:
连续系统系统的状态变量随时间连续变化,就称为连续系统。 系统的动态特性可以用微分方程或一组状态方程来描述,也 可以用一组差分方程或一组离散状态方程来描述。 离散系统系统的状态变化只在时间的离散时刻发生,而且往 往又是随机的,这样的系统称为离散系统
(4)其他分类:
② 刘瑞叶.计算机仿真技术基础. 电子工业出版社.2008年3月 ③ 吴旭光.计算机仿真技术.化学工业出版社,2005年8月 ④ 薛定宇.基于MATLAB/SIMULINX的系统仿真技术与应用.
清华大学出版社,2000年 ⑤ 张亮. MATLAB7.x系统建模与仿真.人民邮电出版社,
2006年11月 ⑥ 冯辉宗.《控制系统仿真》.人民邮电出版社.2009年 ⑦ Stephen J. Chapman, MATLAB编程(英文影印版第二
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