数字仿真技术概论
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数字仿真技术
dx rx dt
计算机仿真
• 计算机仿真技术课程介绍 • 计算机仿真技术基本概念 • 计算机仿真历史与现状 • 计算机仿真发展与展望
课程介绍
该课程是生产过程自动化技术专业的专业选修课。本课 程是配合自动控制技术理论课程和电子技术课程的一个重要 的实践性教学环节。
本课程系统的介绍了计算机仿真的基本概念，仿真的一 般过程和步骤，以及用于控制系统仿真的MATLAB软件和专 门用于电子电路仿真的软件EWB的使用，通过进行数字仿真 技术实践来系统的指导学生将来进行的控制系统或电子系统 的设计。
其前期课程主要有《高等数学》、《模拟电子技术》、 《数字电子技术》、《自动控制原理》、《基本电路理论》、 《单片机技术》等。
在教学过程中采用课堂教学与实验室实践相结合的教学 手段，并通过上机实验来深刻理解仿真的内涵。本课程的实践 练习主要是做Matlab和EWB的软件实验，熟悉数字仿真的整 个过程。学生应充分利用开放实验室的设备和条件，增加实践 的机会。
在城破时，一位意大利热内亚的富商，帶着妻小和金银珠宝乘 船逃了出來。他在地中海各国漂流很久，沒有国家敢收留他们，大 家都害怕鼠疫的传染。最后回到家乡热內亚，他把所有的财富全部 推在甲板上，对着守城的人说：“我离开卡法城已经六個月了，我 若感染鼠疫早就死了，但我并沒有死，可见我并沒有瘟疫。假如你 让我进城，甲板上的珠宝就是你们的。” 我们现在知道鼠疫是由老 鼠身上的跳蚤传染的，通常老鼠躲在船底污秽处，人们不易察觉。
期末考核 40%
平时出勤 10%
实验作业 50%
平时出勤 实验作业 期末考核
一、仿真的基本概念
仿真
仿真就是将所研究的对象 用其它手段加以模仿的一 种活Βιβλιοθήκη Baidu。
{ 实物仿真 非实物仿真
如曹冲称象、军事演习、 飞行器风洞试验、核爆炸 试验等，属于实物仿真的
例子。
1.计算机仿真的基本概念
计算机仿真
动画设计
影视设计
工厂设计
电路设计
电子仿真
汽车设计
控制系统仿真
2.为什么要进行计算机仿真
• 便于重复进行试验，便于控制参数，时间短，代 价小。
• 可以在真实系统建立起来之前，预测其行为效果， 从而可以从不同结构或不同参数的模型的结果比 较之中，选择最佳模型。
• 对于缺少解析表示的系统，或虽有解析表示但无 法精确求解的系统，可以通过仿真获得系统运行 的数值结果。
计算机仿真是一种非实物仿真方法，是用计
算机对一个系统的结构和行为进行动态演示, 以 评价或预测一个系统的行为效果,为决策提供信 息的一种方法.它是解决较复杂的实际问题的一 条有效途径。
计算机仿真的基本概念
计算机仿真通过建立数学模型、编 制计算机程序实现对真实系统的模拟,从 而了解系统随时间变化的行为或特性。
热内亚人打开城门让这艘船进來后，鼠疫就从热内亚传播开来， 传遍整个欧洲，包括北方的斯堪尼亚半岛都无法幸免。每天黃昏时 有人推著独轮车，手里摇着铃喊着：“bring out the dead , bring out the dead..…”（把尸体拿出來，把尸体拿出來……）家家户户就把尸 体搬出来丟到城外焚烧，说死尸如山是一点都不为过。鼠疫肆虐欧 洲一百多年，使得三分之一的人口死亡。
• 难以在实际环境中进行实验和观察时，计算机仿真是唯 一可行的方法，例如太空飞行的研究．
• 需要对系统或过程进行长期运行比较，从大量方案中寻 找最优方案．
4.仿真常用术语
计算机仿真就是以计算机为工具，用仿真理论来 研究系统。系统是仿真技术研究的对象，而应用恰当 的系统模型是进行仿真研究的核心。因此有必要先了 解一下什么是系统、系统模型及系统仿真。
• 对于随机性系统，可以通过大量的重复试验，获 得其平均意义上的特性指标。
3.适用计算机仿真解决的问题
• 难以用数学公式表示的系统，或者没有建立和求解数学 模型的有效方法．
• 虽然可以用解析的方法解决问题，但数学的分析与计算 过于复杂，这时计算机仿真可能提供简单可行的求解方 法．
• 希望能在较短的时间内观察到系统发展的全过程，以估 计某些参数对系统行为的影响．
黑死病菌寄生于老鼠身上, 是由跳蚤传染给人类， 又叫鼠疫。病菌随着跳蚤叮咬进入人体，约2-5天的潜伏 期之后，患者鼠蹊部及其他淋巴结开始红肿、 疼痛， 随 之开始发高烧、疲倦、 皮肤变黑，故被称为黑死病。死 亡率高达60-90%……
鼠疫的传播
计算机仿真的基本概念
最原始的生化武器
1346年，蒙古大将去攻打黑海边富庶的卡法城，久攻不下，这 时蒙古军中发生鼠疫，士兵死亡无数，眼看就要无法而退了，这时 蒙古将军想出一个方法，把死亡士兵的尸体用弹弩投入城中，迫使 城中流行鼠疫，城门自然不攻而破。
1、系统
系统由客观世界中实体与实 体之间的相互作用和相互依 赖关系所构成的具有某种特 定功能的有机体。
长江计三峡算工机程 仿真的基本概念
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。
飞机设计计算机仿真的基本概念
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
计算机仿真的基本概念
欧洲鼠疫流行时死亡无数
计算机仿真的基本概念
鼠疫期间贵族纷纷弃城逃往
计算机仿真的基本概念
疫如此让人恐怖，那么有没有什么好的预测方式呢？ 计算机仿真就是一个很好的预测方法。 研究发现，鼠疫是由老鼠身上一种特殊的跳蚤传播的。 跳蚤的多少决定是否发生鼠疫
跳蚤 老鼠
水草
我们可以用计算机根据一个地区的气候模拟出当年此 地水草的情况就可以预测出是否有鼠疫要发生。
dx rx dt
计算机仿真
• 计算机仿真技术课程介绍 • 计算机仿真技术基本概念 • 计算机仿真历史与现状 • 计算机仿真发展与展望
课程介绍
该课程是生产过程自动化技术专业的专业选修课。本课 程是配合自动控制技术理论课程和电子技术课程的一个重要 的实践性教学环节。
本课程系统的介绍了计算机仿真的基本概念，仿真的一 般过程和步骤，以及用于控制系统仿真的MATLAB软件和专 门用于电子电路仿真的软件EWB的使用，通过进行数字仿真 技术实践来系统的指导学生将来进行的控制系统或电子系统 的设计。
其前期课程主要有《高等数学》、《模拟电子技术》、 《数字电子技术》、《自动控制原理》、《基本电路理论》、 《单片机技术》等。
在教学过程中采用课堂教学与实验室实践相结合的教学 手段，并通过上机实验来深刻理解仿真的内涵。本课程的实践 练习主要是做Matlab和EWB的软件实验，熟悉数字仿真的整 个过程。学生应充分利用开放实验室的设备和条件，增加实践 的机会。
在城破时，一位意大利热内亚的富商，帶着妻小和金银珠宝乘 船逃了出來。他在地中海各国漂流很久，沒有国家敢收留他们，大 家都害怕鼠疫的传染。最后回到家乡热內亚，他把所有的财富全部 推在甲板上，对着守城的人说：“我离开卡法城已经六個月了，我 若感染鼠疫早就死了，但我并沒有死，可见我并沒有瘟疫。假如你 让我进城，甲板上的珠宝就是你们的。” 我们现在知道鼠疫是由老 鼠身上的跳蚤传染的，通常老鼠躲在船底污秽处，人们不易察觉。
期末考核 40%
平时出勤 10%
实验作业 50%
平时出勤 实验作业 期末考核
一、仿真的基本概念
仿真
仿真就是将所研究的对象 用其它手段加以模仿的一 种活Βιβλιοθήκη Baidu。
{ 实物仿真 非实物仿真
如曹冲称象、军事演习、 飞行器风洞试验、核爆炸 试验等，属于实物仿真的
例子。
1.计算机仿真的基本概念
计算机仿真
动画设计
影视设计
工厂设计
电路设计
电子仿真
汽车设计
控制系统仿真
2.为什么要进行计算机仿真
• 便于重复进行试验，便于控制参数，时间短，代 价小。
• 可以在真实系统建立起来之前，预测其行为效果， 从而可以从不同结构或不同参数的模型的结果比 较之中，选择最佳模型。
• 对于缺少解析表示的系统，或虽有解析表示但无 法精确求解的系统，可以通过仿真获得系统运行 的数值结果。
计算机仿真是一种非实物仿真方法，是用计
算机对一个系统的结构和行为进行动态演示, 以 评价或预测一个系统的行为效果,为决策提供信 息的一种方法.它是解决较复杂的实际问题的一 条有效途径。
计算机仿真的基本概念
计算机仿真通过建立数学模型、编 制计算机程序实现对真实系统的模拟,从 而了解系统随时间变化的行为或特性。
热内亚人打开城门让这艘船进來后，鼠疫就从热内亚传播开来， 传遍整个欧洲，包括北方的斯堪尼亚半岛都无法幸免。每天黃昏时 有人推著独轮车，手里摇着铃喊着：“bring out the dead , bring out the dead..…”（把尸体拿出來，把尸体拿出來……）家家户户就把尸 体搬出来丟到城外焚烧，说死尸如山是一点都不为过。鼠疫肆虐欧 洲一百多年，使得三分之一的人口死亡。
• 难以在实际环境中进行实验和观察时，计算机仿真是唯 一可行的方法，例如太空飞行的研究．
• 需要对系统或过程进行长期运行比较，从大量方案中寻 找最优方案．
4.仿真常用术语
计算机仿真就是以计算机为工具，用仿真理论来 研究系统。系统是仿真技术研究的对象，而应用恰当 的系统模型是进行仿真研究的核心。因此有必要先了 解一下什么是系统、系统模型及系统仿真。
• 对于随机性系统，可以通过大量的重复试验，获 得其平均意义上的特性指标。
3.适用计算机仿真解决的问题
• 难以用数学公式表示的系统，或者没有建立和求解数学 模型的有效方法．
• 虽然可以用解析的方法解决问题，但数学的分析与计算 过于复杂，这时计算机仿真可能提供简单可行的求解方 法．
• 希望能在较短的时间内观察到系统发展的全过程，以估 计某些参数对系统行为的影响．
黑死病菌寄生于老鼠身上, 是由跳蚤传染给人类， 又叫鼠疫。病菌随着跳蚤叮咬进入人体，约2-5天的潜伏 期之后，患者鼠蹊部及其他淋巴结开始红肿、 疼痛， 随 之开始发高烧、疲倦、 皮肤变黑，故被称为黑死病。死 亡率高达60-90%……
鼠疫的传播
计算机仿真的基本概念
最原始的生化武器
1346年，蒙古大将去攻打黑海边富庶的卡法城，久攻不下，这 时蒙古军中发生鼠疫，士兵死亡无数，眼看就要无法而退了，这时 蒙古将军想出一个方法，把死亡士兵的尸体用弹弩投入城中，迫使 城中流行鼠疫，城门自然不攻而破。
1、系统
系统由客观世界中实体与实 体之间的相互作用和相互依 赖关系所构成的具有某种特 定功能的有机体。
长江计三峡算工机程 仿真的基本概念
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。
飞机设计计算机仿真的基本概念
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
计算机仿真的基本概念
欧洲鼠疫流行时死亡无数
计算机仿真的基本概念
鼠疫期间贵族纷纷弃城逃往
计算机仿真的基本概念
疫如此让人恐怖，那么有没有什么好的预测方式呢？ 计算机仿真就是一个很好的预测方法。 研究发现，鼠疫是由老鼠身上一种特殊的跳蚤传播的。 跳蚤的多少决定是否发生鼠疫
跳蚤 老鼠
水草
我们可以用计算机根据一个地区的气候模拟出当年此 地水草的情况就可以预测出是否有鼠疫要发生。