文档介绍：计算机仿真技术
第1章概论
计算机仿真技术共有五章组成。将介绍计算机仿真的基本理论与方法以及系统仿真的实现手段。讲述的重点在第二章和第三章,其余三章只作简单的介绍。这样安排的原因是:学时的限制,其二是同学们的知识储备不够,无法作过多的讲解。尤其是第四章,离散事件仿真基础。在我们这个专业中,就很少接触或没有接触过离散事件及其相关的理论,因此,我们很难对这一系统的仿真作深入的讲解。
一)意义
自从第一台计算机问世以来,人们便应用计算机对所研究的系统或者说事件进行仿真实验。计算机仿真技术作为一门独立的科学理论兴起于上世纪的40年代。随着计算机技术和数学理论的发展,计算机仿真理论也得到了快速的发展。它的应用几乎覆盖了人们从事活动的所有的领域。一个大系统或一个大的工程的研究和设计的成功在很大程度上依赖于计算机仿真技术。科研人员的理论研究和解决问题能力的提高也受益于计算机仿真技术。在计算机仿真技术出现以前,人们进行科学技术研究的手段只有两种:理论研究和实验研究。计算机仿真技术为人们提供了又一种新的科学技术研究的手段。这个手段是理论研究和实验研究无法替代的。可以说,这个技术已经成为科学技术研究的第三种手段。计算机仿真技术是当今最实用的技术之一。这一点已被人们所认可。如果认为:计算机仿真技术只为人们的纸上谈兵提供了技术支持,那是错误的。计算机仿真技术也为采样系统、装置的实现提供了技术上的保障。也就是说,不能将计算机仿真技术简单地理解为可以编一个好的程序从而对系统进行分析、设计等等。利用计算机仿真技术也可以制作实际的装置和系统。这些例子在我们周围是经常遇到的。计算机控制系统就是利用仿真技术研制系统的一个很好的例子。所谓计算机控制系统就是利用计算机去替代系统控制回路的硬件部分。而如何用计算机去替代控制回路的硬件,这是计算机仿真技术解决这个问题。再一个典型的例子就是虚拟仪器仪表。在这些仪器中已经不存在传统上意义上的硬件电路,而使用数据处理器替代那些硬件。如何实现这种替代,同样应用了计算机仿真技术。
可以说,只要系统中含有计算机、单片机、DSP等数据处理部件,那么,这个系统就一定含有计算机仿真技术。可以说,利用计算机仿真技术去研制系统或装置已成为目前产品制作的主流。我相信,在未来社会的发展中,计算机仿真技术将直接影响一个国家的科研能力和产品制作。目前,各国对计算机仿真技术的研究投入了大量的人力和财力,这是利益的驱使。
讲述了这么多,希望同学们对计算机仿真技术给与足够的重视。
下面将介绍计算机仿真的定义(研究内容)、概念、分类以及他的发展史和目前的研究情况。
二、计算机仿真定义:
计算机仿真的定义实质上是回答计算机仿真是做什么的,许多学者对此给出了不同的定义。但是人们觉得这些定义都不够完善。这里我们给出三个计算机仿真的定义。其目的是让同学们更好地理解计算机仿真技术。
利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的综合技术。
仿真是在数字计算机上进行试验的数字化技术。
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,进而做出决策的一门综合性的和试验性的科学。
第一、二两种定义简单,但存在不足,(A)有时计算机仿真不存在程序,比如在模拟计算机上的仿真。(B)仿真不仅仅是数字化技术。比如,下面将介绍的半实物计算机仿真。
第三种定义比较完善。但这个定义太长,要想记住他不是个容易的事。理解他就可以了。从第三个定义可看出,计算机仿真技术是建立在诸多科学的理论基础上的。对于一个工程研究人员学****运用和研究计算机仿真技术,这些理论并不是必须掌握的。从计算机的仿真过程看,以下的理论知识应该是必须掌握:计算机技术(软件、硬件),相似理论,数学和相关领域的系统科学。
三、计算机仿真的理论基础:
计算机技术(软件、硬件),相似理论,数学理论和相关领域的系统科学
其中,相似理论是计算机仿真的核心理论,没有相似理论就没有仿真理论。数学是计算机的灵魂,没有数学计算机将什么也做不成。计算机的应用离不开数学。
计算机仿真技术是从各科学领域的仿真技术中发展起来的技术。它对各学科的仿真具有理论上的指导和技术上的支持作用。仿真方的是一个具体的系统,这个系统属于某个具体的学科。这无疑要涉及该学科的理论与方法。
四、仿真的工具
1)计算机
2)物理设备
在计算机仿真中所用到的物理设备,不仅仅使显示器打印机之类的输出设备。有时所用到的设备是相当复杂和昂贵的。这一点突出表现在半实物仿真中。要想进行仿真就得有仿真的工具。因此,对计算机仿真技术的研究和应用应包含两个方面的研究和应用,一是软件,二是硬件。