计算机仿真技术基础.

3、半实物仿真
• 有实物参与的计算机仿真。 • 半实物仿真必为实时仿真
实物系统
采样控制
输出控制
A/D 计算机
D/A
实时数字仿真过程框图
九、计算机仿真的应用
• 1）系统分析与设计 • A）系统建立前的方案论证及可行性分析 • B）设计过程中的实验验证，并进行优化设 计 • C)系统建成后，系统的运行状况分析。 • 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 仿真培训系统
3、影响系统活动的因素
1）内部因素（内部环境）：在系统内可 改变的因素；（系统参数、内部激励源） 2) 外部因素（外部环境）：在系统内不 可改变的因素（外部对系统
4、系统具有下列性质
•
• •
整体性 系统是一个整体，它的各个部分既 相对独立，又是不可分割的。 相关性 反映了各组成部分相互联系、相互 制约、相互依存 目的性 系统要完成特定的功能。
三、计算机仿真的定义
• 1) 仿真是利用计算机软件模拟实际环境进行科 学实验的综合技术。 • 2) 仿真是在数字计算机上进行试验的数字化技 术。 • 3) 仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处 理技术和计算技术等理论基础之上的，以计算机 和其它专用物理效应设备为工具，利用系统模型 对真实或假想的系统进行试验，并借助专家经验 知识、统计数据和信息资料对试验结果进行分析 和研究ห้องสมุดไป่ตู้进而做出决策的一门综合性的和试验性 的科学。
•
• •
模拟计算机仿真特点
• 模拟计算机运行时各运算器是并行工作的，模型 的运行速度与模拟机有关，而与模型的复杂程度 无关。 • 模拟机仿真可以进行实时仿真，又可以进行非实 时仿真。 • 易于和实物相连。和实物系统连接时不需要A/D、 D/A转换装置。 • 模拟仿真的精度一般低于数字计算机仿真，且逻 辑控制功能较差，自动化程度也较低。
按使用的工具
1. 模拟计算机仿真 2. 数字计算机仿真 3. 半实物计算机仿真
1、模拟计算机
• 模拟计算机是由运算放大器组成的模拟计 算装置， 它包括运算器、控制器、模拟结果输出设 备和电源等。 基本运算部件为加（减）法器、积分器、 乘法器和函数器。 运算部件的输入输出变量都是模拟量电压， 故称为模拟计算机。
六、计算机仿真的过程
计算机仿真过程
系统
建立系统模型
建立实验模型
完善系统模型
• 仿真技术研 究的核心问 题是建模问 题
运行试验模型 分析仿真结果
七、计算机仿真的优点
• 经济、可靠、实用、安全、灵活、 可多次重复使用。
八、计算机仿真的分类
计算机仿真的分类
按仿真的时间 1. 实时仿真 2. 非实时仿真 （亚实时仿真 超实时仿真） 按仿真的系统 1. 连续系统仿真 2. 离散系统仿真 3. 采样系统仿真 4. 。。。
连续系统：输入和状态 在 所有时间点上有值 3 ） 离散系统：输入与状态 只在 某些时间点上有值 模拟系统：输入与状态 随时间 连续变化的连续系统称 之 数字系统： 输入与状态取值 有限的离散系统称之
以图示说明
状态 状态
非模拟系统
t
t
模拟系统
连续系统
状态
状态
t
t
非数字系统
2、数字计算机仿真
• 数字计算机的基本组成是存储器、运算器、 控制器和外围设备等
数字仿真的特点
– 数值计算的延迟。其延迟的大小与计算机本 身的性能所研究问题本身的复杂程度及使用 的算法有关。 – 仿真模型的数值化。仿真模型必须是离散模 型。 – 计算精度高。 – 模型的运行速度不仅与计算机自身性能有关， 还与模型的复杂度有关。 。 – 利用数字计算机进行半实物仿真时需要有A/D、 D/A转换装置与连续运动的实物相连接
2、系统研究的内容
• • • 实体——组成系统的具体对象； 属性——实体所具有的每一种有效特性 （状态和参数）； 活动——系统内对象随时间推移而发生 的状态变化。
+
R
L
-
e（t）
C
实体：电阻R；电感L；电容C和激励e（t）； 属性：电荷q；电流；激励e（t）； R、L、C的数值； 活动：电振荡（随时间变化）。
四、计算机仿真的基本理论基础：
• • • • 计算机理论（软件、硬件）， 相似理论，（相似理论是仿真的核心理论） 数学理论（计算机的灵魂） 相关领域的系统科学
五、仿真的工具
• 1）计算机（必备工具） 2）物理设备（附加设备）：显示器、打印 机、网络连接器、传感器、数据采集转换 装置、信号放大器等
十、计算机仿真的基本概念
• 1、系统：具有特定功能和运动规律的有机 整体。在这个整体中，各组成部分相互联 系、相互制约、相互依存。 • 子系统（分系统）：系统的组成部分。 • 例如电力系统
1.原动机子系统 1.发电子系统2.砺磁子系统 3.发电机子系统 2.输电子系统 电力系统3.配电子系统 4.用户子系统 5.维护子系统 系统的阶梯组成形式
数字系统
离散系统
线性系统：组成系统的 元件皆为线性元件 线性方程（微分、代数 ） 4) 系统中含有非线性元件 非线性系统： 非线性方程（微分、代 数）
随时间变化 定常系统：系统参数不 5 ） 时间变化 时变系统：系统参数随
统的元件皆 集总参数系统：组成系 6 ） 为集总参数元件 分布参数系统： 系统中含有分布参数元 件
本课程的主要内容
• 计算机仿真技术的基本理论、概念、基本 的仿真方法与实现手段
第一章 绪 论
• 一）计算机仿真: 计算机仿真就是应用计算 机对系统某些特性的近似模仿
真实系统 假想系统 建立模型 计算机 分析结果
• 二）研究计算机仿真技术的意义 • 1） 为科学技术研究提供有效的分析、实验 手段 • 2）为系统、装置的实现提供技术支持
例题
＋
R
L
C
e（t）
－
• 动态系统：t 很小，或 e(t)为非直流和周期 变化的电源 • 静态系统：t 趋于无穷大， e(t)且为直流或 周期变化的电源
确定系统：系统的输入 与状态变量 有完全确定的函数关系 随机系统：系统内部或 环境发生不确定的变动 ， 2 ） 影响系统的状态输出 （输入与状态变量不存 在 完全确定的函数关系）
5、系统分类
系统的状态只取决于同 时刻的输入， 即时系统： ( 无记忆系统） 与他过去的工作状态无 关 系统的状态不仅取决于 同时刻的输入， 动态系统： 1) （有记忆系统） 而且与他过去的工作状 态有关 静态系统：若系统的状 态保持不变，此时的 动态系统又称为静态系 统。（状态保持恒定或 周期变化）