文档介绍：计算机仿真技术
教材:计算机仿真技术基础刘瑞叶等编著
电子工业出版社
实验指导书:Simulink建模与仿真刘俊等编著
西安电子科技大学出版社
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计算机仿真技术
计算机仿真技术是一门利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术。
它是以数学理论为基础,以计算机和各种物理设施为设备工具,利用系统模型对实际的或设想的系统进行仿真研究的一门综合技术。
本课程主要通过对建模方法与原理、仿真算法分析及具体系统的仿真来介绍计算机仿真技术的有关内容,所针对的系统主要是工程中的自动控制系统。
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。它所遵循的基本原则是相似原理,即几何相似、环境相似和性能相似等。
仿真可以分为物理仿真、数学仿真和混合仿真。
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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
§ 计算机仿真的基本概念
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§ 计算机仿真的基本概念
系统仿真是指通过系统模型的试验去研究一个已经存在的、或者是正在研究设计中的系统的具体过程。计算机仿真就是以计算机为工具,用仿真理论来研究系统。
一、系统
系统是指具有某些特定功能、相互联系、相互作用的元素的集合。
它具有两个基本特征:整体性和相关性。整体性是指系统作为一个整体存在而表现出某项特定的功能,它是不可分割的。相关性是指系统的各个部分、元素之间是相互联系的,存在物质、能量与信息的交换。
对于任何系统的研究,都必须从以下三个方面加以考虑:
:组成系统的元素,对象;
:实体的特性(状态和参数);
:系统由一个状态到另一个状态的变化过程。
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§ 计算机仿真的基本概念(续1)
(P2 .)为例:
①系统的实体为:R,L,C和激励e(t);
②系统的属性为:R,L,C,e(t)及电荷q,电流dq/dt的数值;
③系统的活动为:电振荡(随时间变化)。
二、系统分类

①静态系统:是被视为相对不变的系统。
②动态系统:它的状态是可以改变的

①确定系统:一个系统的每一个连续状态都是唯一确定的;
②随机系统:一个系统在指定的条件和活动下,从一种状态转换成另一种状态不是确定的,而是带有一定的随机性,也就是相同的输入经过系统的转化过程会出现不同的输出结果时,该系统为随机系统。
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§ 计算机仿真的基本概念(续2)

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。

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。
:又称为物理模型,它是根据系统之间的相似性而建立起来的。主要有比例模型、模拟模型、样机模型
:是系统某种特征本质的数学表达式,即用数学公式来描述所研究的客观对象或系统中某一方面的规律。
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§ 计算机仿真的基本概念(续3)
四、建模方法:
系统模型的建立是系统仿真的基础,而建立系统模型是以系统之间的相似性原理为基础的。
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⑴演绎法:通过定理、定义、公理及已经验证的理论推演得出数学模型。
⑵归纳法:通过对系统的输入/输出的测试数据来建立系统的数学模型,即对大量数据的分析、总结和归纳。
⑶混合法:演绎法+归纳法:演绎法确定模型结构,归纳法定参数。

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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§ 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

系统仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算机等理论基础上的,以计算机和其他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,进而做出决策的一门综合性的试验性科学。
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§ 计算机仿真的基本概念(续5)

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。