文档介绍：系统仿真
(控制系统仿真)
System Simulation
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联系方法
王雷
电二楼215实验室
3603245
******@
信箱：系楼二楼
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课程简介
系统仿真技术涉及难以在实际环境中进展实验和观察时，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展长期运行比较，从大量方案中寻找最优方案．
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计算机仿真的应用
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。
但是三峡的平安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平安性，用计算机仿真就可以很好的解决这一问题。
长江三峡工程
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计算机仿真的应用
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。
使用计算机仿真进展模拟风洞试验，使费用大大降低。
飞机设计
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相似原理与相似理论
系统仿真遵循相似原理：
几何相似：风洞试验等，工作原理一样、质地一样，但几何尺寸不同
环境相似：虚拟现实等
性能相似：数学模型，计算机仿真
在具体实现时，那么基于相似理论，对应仿真的不同层次
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相似理论
几何相似：实物模型等
模拟：如用电量表示物理量，也称异类相似
离散化：可以用数字计算机计算
等效：在数学描述层次上相似，常见的仿真器
感觉相似：虚拟现实等
思维相似：逻辑思维、形象思维、灵感思维
生理相似：如人体生理系统数学模型
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例：模拟计算仿真
用相比照较容易实现与调整的电气、电子系统对其它物理系统进展仿真。
模拟电子计算机。
模型与原型之间状态运动规律特性相似
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列写图1所示电网络以ui(t)为输入量，uo(t)为输出量的微分方程和图2所示 弹簧-质量-阻尼器机械位移系统在外力F(t)作用下，位移x(t)的运动方程。
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列写电网络微分方程。
设回路电流为i(t)
根据回路电压定理：
根据电容特性：
因此：
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列写机械位移系统微分方程。
根据力平衡方程：
从微分方程上看：
两类系统在状态运动规律上相似。
因此，可以用电网络模拟机械位移系统的状态运动规律。
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仿真的分类(1)
根据模型的种类分类
物理仿真：电力系统仿真、风洞试验等，实物仿真；早期常用
数字仿真：基于计算机的仿真，本课程的内容；各种学科、工程领域
半实物仿真：军事领域、水利工程等重要、大型应用
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仿真的分类(2)
根据仿真时钟与实际时钟的比例关系分类
实时仿真：仿真时钟(仿真时模型采用的时钟)与实际时钟(实际动态系统的时间基)完全一致；常用于训练仿真器，称为在线仿真
亚实时仿真：仿真时钟慢于实际时钟，即模型仿真的速度慢于时间系统运行的速度；常用于离线分析，称为离线仿真
超实时仿真：仿真时钟快于实际时钟；如大气环流仿真、交通系统仿真等
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仿真的分类(3)
根据系统模型的特性分类
连续系统仿真
离散事件系统仿真
研究对象的特征完全不同
研究方法本质上不同
是本课程研究的两个重点内容
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连续系统仿真
系统状态量随时间连续变化〔包括由于数据采集是在离散时间点上进展时所产生的非连续数据〕
数学模型形式
连续模型〔微分方程描述〕
离散时间模型〔差分方程描述〕
根本特点：能用一组方程式描述
一般的物理系统、工程系统均属此类〔连续流程工业、石油、化工、医药等〕
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离散事件系统仿真
系统状态只在一些时间点上由于某种随机事件的驱动而发生变化〔状态是在两个事件之间保持不变即离散变化〕
数学模型：一般不是数学方程，而用流程图或者网络图描述
当前的研究热点，如城市交通系统、计算机网络、生态系统，管理系统、柔性制造系统、计算机集成制造系统等
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系统仿真的研究内容
仿真三要素：系统、模型、计算机
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联系三者的三个根本活动
系统建模：一直是研究的重点，技术成熟，包括抽象的公式、定理等，需要结合相关专业知识
仿真建模：难点之一，先要设计算法使系统模型能被计算机所承受，然后编程，再在计算机上运行，由此产生仿真算法、仿真软件，技术也较为成熟
仿真试验及结果分析：最有实际意义，但常常被忽略，技术难点多
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系统仿真的根本步骤
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系统仿真过程即建立模型并通过模型在计算机上的运行对模型进展检验、修正和分析的过程。与软件开发类似，可以分为假设干阶段。
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系统仿真的过程I
系统定义：求解问题前，先要提出明确的准那么来描述系统目标及是否到达的衡量标准，其次必须描述系统的约