计算机仿真技术

u0
ui (t)
述
系
统
电压：ui (t),u0 (t)
属 电感：L
性 电容：C
电阻：R
系
ui (t)
统
活
u0 (t)
动
t
机械系统
k
y(t)
m f(t) c
m d 2 y c dy ky f (t) dt 2 dt
位移：y(t) 力：f (t) 弹簧刚度：k 阻尼系数：c 质量：m
f (t) y(t)
t
· 描述系统的 “三要素”
实体(Entity):组成系统的具体对象。分为两类: (1) 永久性或固定的实体:如服务系统内的服务员(或台)； (2) 临时性或流动的实体:又叫动态实体(Transaction)，它是
激活系统的实体。如接受服务的顾客。 属性(Attributes)：实体所具有的特性，如表1所示。 活动(Activity)：占用一定时间和资源的并导致系统状态发生改
变的一种过程或行为。比如，顾客接受服务，一道工序等。
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实体（集） 顾客
服务“员” 队列
表1 实体(集)的属性
属性 到达平均间隔时间，排队平均等时间，…;年龄,
性别,…;类型/规格,役龄;优先等级;等等. 服务平均时间,忙/闲时间率,…;设备类型, 完好状态,… ;有效利用率,负载状态,…;等等.
非线性系统：不具备叠加性和齐次性。
（4）其他分类方法
1.1.1.2 模型
定义：模型是建模者根据建模目的,按照相似原理,对于 实际系统的科学抽象与简化描述。
计算机仿真中常将模型按其性质分为物理模型、数学 模型和仿真模型。
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系统模型的分类
（1）物理模型：主要基于相似性原理对系统进行 模拟。 ①动态物理模型：系统行为通过决定模型的物 理定律反映出来。 ②静态物理模型：直接将所研究对象的形式进 行按比例放大或缩小的处理。如实际系统的缩 小（或放大）、样机模型。
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系统模型的分类（续）
（2）数学模型：描述系统动态特性的数学表达 式。表示系统变化过程中各变量间的逻辑关系 和数理关系。
①静态模型：给出了系统处于稳定状态时 系统属性间的数学关系。一般是代数方 程、逻辑表达关系式。
②动态模型：分为连续系统动态模型和离散系 统动态模型。
(3) 仿真模型
仿真模型，又叫仿真数学模型，是一种可以在计算机上 进行运算和试验的模型。借以对真实系统进行数值模拟。 仿真模型多数是通过模型的转换，将数学方法描述的模 型通过各种适当的算法和计算机语言转换成为计算机能 够处理和运行的形式，由一组相关的程序和数据组成， 即为计算机仿真建模过程中的二次建模。这个过程是进 行计算机仿真的关键
第一章 计算机仿真技术概述
1.1 计算机仿真的概念 1.2 计算机仿真的分类 1.3 计算机仿真涉及的主要技术 1.4计算机仿真的 1.5 计算机仿真技术发展趋势
广州数控加工仿真系统
湖南信息职业技术学院学生参加微软足球机器人仿真比赛
Simulink中一阶系统无反馈仿真
Simulink中一阶系统带负反馈仿真
平均队长,最大队长,排队规则,等等.
➢ 定义系统时，还要确定系统边界。 ➢ 边界确定了系统的范围，取决于系统研究的目的。 ➢ 环境：边界之外，对系统有影响的外界因素。 ➢ 系统的输入：边界以外的环境对系统的作用。 ➢ 系统的输出：系统对边界以外的环境的作用。
输入
系统 环境
输出
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系统 交通系统
银行系统 超市购物
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系统模型的分类（续）
离散系统动态模型：分为时间离散系统模型和 离散事件系统模型。
时间离散系统模型：一般用差分方程、离散状态方程 和脉冲传递函数表示。如各种数字控制器的输出。 离散事件系统模型：往往有多种可能的输出，一般用 概率模型表示。
系统模型的分类（续）
连续系统动态模型：分为确定型模型和随机型 模型。
确定型系统：系统输出与系统输入之间存在确定的性质和数量关系 的系统。
确定型模型：分为集中参数模型和分布参数模型。
集中参数模型：如描述系统运动用的常微分方程、状态方程和传 递函数。 分布参数模型：如描述热传递过程的偏微分方程。 随机型系统：系统输出与系统输入之间存在随机性的或概率性的关 系的系统。
非工程系统是指由自然和社会在其发展过程 中形成的、被人们长期的生产劳动和社会实践中 逐步认识的系统，如管理系统、生态系统、社会 系统和经济系统等。
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系统的分类（续）
（2）按系统状态随时间的变化分： 连续型系统：系统状态随时间连续且光滑性变化
的系统，可用微分方程来描述其状态变化的， 称为连续型系统。 离散型系统：系统状态的变化只发生在一系列离 散的时间点上，一般可用差分方程来描述的， 称为离散型系统。 可分为：
汽车驾驶仿真系统
物流仿真系统
汽车安全碰撞试验中使用的仿真人
仿真的实质是利用计算机描述系统随时间 的状态变化过程。 本课程的学习关键 1.理解计算机仿真与数学方程求解过程之间 的关系。 2.学会一种工程计算软件——matlab 3.学会仿真中常用的数值分析方法。
1.1 计算机仿真的概念
1.1.1系统、模型和仿真
系统描述实例
几个系统的实例
实体 汽车
属性 速度、距离
驾驶员
年龄、性别
道路 存折
路况 存款额、余额
储户 顾客
年龄 购物单
商品
价格
行为 驾驶
储蓄 付帐
2.系统系统） 人们为了满足某种需要或某个预定的功能，
采用某种手段构造的系统 非工程系统（自然系统）
1.1.1.1.系统
定义：系统是一个内涵十分广泛的通用性概念， 它是计算机仿真研究的对象，通常认为是由相互 联系、相互制约、相互依存的若干组成部分（要 素）结合在一起形成的具有特定功能和作用规律 的有机整体。
电系统
系
统
R
实
ui (t)
体
L C
u0 (t)
系
统 描
LC
d 2u0 dt 2
RC
du0 dt
时间离散系统（采样控制系统）：系统状态连续 变化，离散采样，仅研究采样点的输出；
离散事件系统：系统状态的变化只发生在一系列 离散的时间点上，且是随机的。
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（3）按系统物理结构和数学性质
线性系统：具有叠加性和齐次性。叠加性体现在当线性 系统的输入信号可以分解为多个输入的叠加时，其输 出响应也等于这些输入信号单独作用的响应叠加；齐 次性指系统输入信号放大常数n倍，系统的输出响应也 放大为原输出响应的n倍。