仿真技術(shù)11-13

1、仿真技術(shù)仿真技術(shù) 授課教師：金輝授課教師：金輝 自動化教研室自動化教研室 仿真技術(shù)仿真技術(shù)是一門建立在相似理論基礎(chǔ)上、是一門建立在相似理論基礎(chǔ)上、 基于模型實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合性課程，是研基于模型實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合性課程，是研 究、設(shè)計(jì)、分析各種復(fù)雜系統(tǒng)的重要工具。究、設(shè)計(jì)、分析各種復(fù)雜系統(tǒng)的重要工具。 通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步掌握當(dāng)前流通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步掌握當(dāng)前流 行的演算式行的演算式MATLABMATLAB語言的基本知識，結(jié)合所學(xué)課語言的基本知識，結(jié)合所學(xué)課 程程自動控制原理自動控制原理，學(xué)會運(yùn)用，學(xué)會運(yùn)用MATLABMATLAB語言進(jìn)行語言進(jìn)行 控制系統(tǒng)仿真和輔助設(shè)計(jì)

2、的基本技能，為今后從控制系統(tǒng)仿真和輔助設(shè)計(jì)的基本技能，為今后從 事科學(xué)研究打下較好的基礎(chǔ)。事科學(xué)研究打下較好的基礎(chǔ)。 課程任務(wù)課程任務(wù) 學(xué)時(shí)安排與考試形式學(xué)時(shí)安排與考試形式 總學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)：32(32(其中上機(jī)實(shí)驗(yàn)其中上機(jī)實(shí)驗(yàn)8 8學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)) ) 考試方式：閉卷考試方式：閉卷 第一章第一章 控制系統(tǒng)仿真介紹控制系統(tǒng)仿真介紹 第二章第二章 連續(xù)系統(tǒng)數(shù)值積分法數(shù)字仿真連續(xù)系統(tǒng)數(shù)值積分法數(shù)字仿真 第三章第三章 連續(xù)系統(tǒng)離散相似法數(shù)字仿真連續(xù)系統(tǒng)離散相似法數(shù)字仿真 第四章第四章 快速數(shù)字仿真快速數(shù)字仿真 教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容 第第1 1章章 控制系統(tǒng)仿真介紹控制系統(tǒng)仿真介紹 1.1 1.1 控制系統(tǒng)仿真技

3、術(shù)概述控制系統(tǒng)仿真技術(shù)概述 1.1.1 控制控制 生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)踐中，要求設(shè)備、裝置或生產(chǎn)過程按照生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)踐中，要求設(shè)備、裝置或生產(chǎn)過程按照 人們所期望的規(guī)律運(yùn)行或工作。人們所期望的規(guī)律運(yùn)行或工作。 例如例如 人造衛(wèi)星準(zhǔn)確地進(jìn)入預(yù)定軌道運(yùn)行并回收人造衛(wèi)星準(zhǔn)確地進(jìn)入預(yù)定軌道運(yùn)行并回收 導(dǎo)彈發(fā)射與制導(dǎo)系統(tǒng)，自動地使導(dǎo)彈攻擊敵方目標(biāo)導(dǎo)彈發(fā)射與制導(dǎo)系統(tǒng)，自動地使導(dǎo)彈攻擊敵方目標(biāo) 無人駕駛飛機(jī)按照預(yù)定航跡自動升降和飛行無人駕駛飛機(jī)按照預(yù)定航跡自動升降和飛行 數(shù)控機(jī)床按照預(yù)定的程序自動地切削工件數(shù)控機(jī)床按照預(yù)定的程序自動地切削工件 干擾的存在使實(shí)際工作狀態(tài)偏離所期望的運(yùn)行狀態(tài)干擾的存在使實(shí)際工作狀態(tài)偏離

4、所期望的運(yùn)行狀態(tài)。 控制控制：為了滿足預(yù)期需求所進(jìn)行的操作或：為了滿足預(yù)期需求所進(jìn)行的操作或 調(diào)整過程。調(diào)整過程。 控制的任務(wù)可由人工控制或控制的任務(wù)可由人工控制或自動控制自動控制來完來完 成。成。 1.1.2 自動控制自動控制 自動控制，是指在沒有人直接參與的情況下，自動控制，是指在沒有人直接參與的情況下， 利用自動控制裝置（或稱為控制裝置或控制利用自動控制裝置（或稱為控制裝置或控制 器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱為被控器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱為被控 對象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（稱為被控量）對象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（稱為被控量） 自動地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自動地按照預(yù)定的規(guī)律

5、運(yùn)行。 自動控制是在人工控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。自動控制是在人工控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 接下來以接下來以“水池水位系統(tǒng)水池水位系統(tǒng)”的人工控制與自動的人工控制與自動 控制為例說明自動控制的基本原理?？刂茷槔f明自動控制的基本原理。 例：水池水位系統(tǒng)的控制例：水池水位系統(tǒng)的控制 控制的目的：水池的水源源不斷地經(jīng)過水管控制的目的：水池的水源源不斷地經(jīng)過水管 流出，以供用戶使用。為了使水位上升或下流出，以供用戶使用。為了使水位上升或下 降都有足夠的余地，避免過滿或抽空，應(yīng)使降都有足夠的余地，避免過滿或抽空，應(yīng)使 水位與要求值相等。水位與要求值相等。 控制的手段：改變進(jìn)水閥門的開度?？刂频氖侄危焊淖?/p>

6、進(jìn)水閥門的開度。 1 1 人工控制過程人工控制過程 測量過程測量過程：用眼睛作為測量工具，測量水位實(shí)際高度。：用眼睛作為測量工具，測量水位實(shí)際高度。 決策過程決策過程：通過大腦，將觀測到的實(shí)際液位與期望液：通過大腦，將觀測到的實(shí)際液位與期望液 位高度進(jìn)行比較，得出偏差。根據(jù)偏差情況位高度進(jìn)行比較，得出偏差。根據(jù)偏差情況( (正、負(fù)、正、負(fù)、 大、小大、小) )進(jìn)行分析運(yùn)算，發(fā)出控制指令。進(jìn)行分析運(yùn)算，發(fā)出控制指令。 執(zhí)行過程執(zhí)行過程：手執(zhí)行大腦的命令，改變手操進(jìn)水閥的開：手執(zhí)行大腦的命令，改變手操進(jìn)水閥的開 度，調(diào)節(jié)進(jìn)水量，使水位偏差減小。度，調(diào)節(jié)進(jìn)水量，使水位偏差減小。 反復(fù)進(jìn)行上述過程，使

7、水位實(shí)際值與要求值相等反復(fù)進(jìn)行上述過程，使水位實(shí)際值與要求值相等( (接接 近或逼近近或逼近) )。 在本例中，由于有人直接參與控制，故稱為在本例中，由于有人直接參與控制，故稱為人工控制人工控制。 水池液位水池液位被控變量被控變量 水池水池被控對象被控對象 2 2 自動控制過程自動控制過程 若用自動控制裝置代替人完成人工操作若用自動控制裝置代替人完成人工操作 過程，則可構(gòu)成自動控制系統(tǒng)。過程，則可構(gòu)成自動控制系統(tǒng)。 自動控制裝置自動控制裝置 測量元件測量元件：測量被控量的實(shí)際值，并進(jìn)行物理量：測量被控量的實(shí)際值，并進(jìn)行物理量 的變換的變換( (變送器變送器人眼人眼) )。 比較元件比較元件：測

8、量值與給定值比較，獲得偏差。：測量值與給定值比較，獲得偏差。 調(diào)節(jié)元件調(diào)節(jié)元件：根據(jù)偏差產(chǎn)生控制信號。：根據(jù)偏差產(chǎn)生控制信號。 ( (控制器：包括比較元件和調(diào)節(jié)元件控制器：包括比較元件和調(diào)節(jié)元件人腦人腦) ) 執(zhí)行器執(zhí)行器：由控制信號改變操縱變量，作用于被控：由控制信號改變操縱變量，作用于被控 對象，使水位偏差減小對象，使水位偏差減小( (調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥手手+ +手操閥手操閥) )。 以上元件共同作用，反復(fù)檢測和控制，使水位實(shí)以上元件共同作用，反復(fù)檢測和控制，使水位實(shí) 際值與要求值相等。際值與要求值相等。 1.1.3 1.1.3 自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng) 被控對象和自動控制裝置按照一定方式被控對

9、象和自動控制裝置按照一定方式 連接起來，完成一定控制任務(wù)的總體，稱連接起來，完成一定控制任務(wù)的總體，稱 為自動控制系統(tǒng)。為自動控制系統(tǒng)。 自動控制系統(tǒng)一般包括如下幾個(gè)部分自動控制系統(tǒng)一般包括如下幾個(gè)部分 1.1.被控對象被控對象 2.2.測量單元測量單元 3.3.控制器控制器 4.4.執(zhí)行器執(zhí)行器 自動控制裝置自動控制裝置 1.1.4 1.1.4 自動控制系統(tǒng)的方框圖自動控制系統(tǒng)的方框圖 方框圖方框圖可以直觀的表達(dá)控制系統(tǒng)的組成及信號間可以直觀的表達(dá)控制系統(tǒng)的組成及信號間 的傳遞關(guān)系。如的傳遞關(guān)系。如： 方框圖由方框、信號方框圖由方框、信號( (帶箭頭的直線帶箭頭的直線) )和信號疊加點(diǎn)、和信

10、號疊加點(diǎn)、 分支點(diǎn)組成。分支點(diǎn)組成。 方框圖中，每一個(gè)方框代表了自動控制系統(tǒng)的一方框圖中，每一個(gè)方框代表了自動控制系統(tǒng)的一 個(gè)環(huán)節(jié)。箭頭指向方框表示為該環(huán)節(jié)的輸入。個(gè)環(huán)節(jié)。箭頭指向方框表示為該環(huán)節(jié)的輸入。 常用術(shù)語：常用術(shù)語： 系統(tǒng)輸出系統(tǒng)輸出：是指被控對象中要求按一定規(guī)律變化的物理量，又是指被控對象中要求按一定規(guī)律變化的物理量，又 稱稱被控量被控量，它與輸入量之間保持一定的函數(shù)關(guān)系。，它與輸入量之間保持一定的函數(shù)關(guān)系。 給定值給定值( (參考輸入?yún)⒖驾斎? )：系統(tǒng)的給定輸入，由控制者決定的被控變：系統(tǒng)的給定輸入，由控制者決定的被控變 量的期望值。量的期望值。 干擾干擾：系統(tǒng)不需要而又難于避

11、免的輸入，它使被控量偏離給定：系統(tǒng)不需要而又難于避免的輸入，它使被控量偏離給定 值。干擾即可以來自系統(tǒng)內(nèi)部又可來自系統(tǒng)外部。值。干擾即可以來自系統(tǒng)內(nèi)部又可來自系統(tǒng)外部。 系統(tǒng)輸入系統(tǒng)輸入：影響系統(tǒng)輸出的因素，包括給定輸入和干擾輸入。：影響系統(tǒng)輸出的因素，包括給定輸入和干擾輸入。 偏差偏差：給定值：給定值- -測量值測量值。 操縱變量操縱變量：受控于執(zhí)行器：受控于執(zhí)行器( (調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥) )，用于調(diào)節(jié)被控變量大小的，用于調(diào)節(jié)被控變量大小的 物理量，稱為操縱變量，它是執(zhí)行器的輸出。物理量，稱為操縱變量，它是執(zhí)行器的輸出。 方框圖的簡化：方框圖的簡化： 除控制器外，將執(zhí)行器、被控對象、測量單元除控

12、制器外，將執(zhí)行器、被控對象、測量單元 合并成一個(gè)環(huán)節(jié)，稱為廣義對象。合并成一個(gè)環(huán)節(jié)，稱為廣義對象。 整個(gè)控制系統(tǒng)用一個(gè)大方框圖表示：整個(gè)控制系統(tǒng)用一個(gè)大方框圖表示： 1.1.5 1.1.5 反饋控制原理和特點(diǎn)反饋控制原理和特點(diǎn) 原理：被控變量原理：被控變量( (輸出輸出) )作為反饋信號，與期望作為反饋信號，與期望 值比較得到偏差輸入；根據(jù)輸入偏差大小，調(diào)值比較得到偏差輸入；根據(jù)輸入偏差大小，調(diào) 整控制信號；控制信號通過執(zhí)行器的操作消除整控制信號；控制信號通過執(zhí)行器的操作消除 偏差，實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。偏差，實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。 反饋反饋：輸出量經(jīng)過測量后的信號送到輸入端。：輸出量經(jīng)過測量后的信號送到輸入

13、端。 反饋連接方式有負(fù)反饋和正反饋。反饋連接方式有負(fù)反饋和正反饋。 負(fù)反饋負(fù)反饋：反饋信號的極性與輸入信號相反，使：反饋信號的極性與輸入信號相反，使 被控對象的輸出趨向期望值。被控對象的輸出趨向期望值。 負(fù)反饋構(gòu)成負(fù)反饋構(gòu)成閉環(huán)閉環(huán)是自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。是自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)：輸出量：輸出量( (即被控量即被控量) )不返回不返回 到系統(tǒng)的輸入端到系統(tǒng)的輸入端( (不反饋不反饋) )。 閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)： 1.1.由負(fù)反饋構(gòu)成閉環(huán)，利用偏差信號進(jìn)行由負(fù)反饋構(gòu)成閉環(huán)，利用偏差信號進(jìn)行 控制?？刂?。 2.2.抗干擾，控制精度高?？垢蓴_，控制精

14、度高。 3.3.存在穩(wěn)定性問題。系統(tǒng)元件參數(shù)配合不存在穩(wěn)定性問題。系統(tǒng)元件參數(shù)配合不 當(dāng)，容易產(chǎn)生振蕩，使系統(tǒng)不能正常工作。當(dāng)，容易產(chǎn)生振蕩，使系統(tǒng)不能正常工作。 4.4.自動控制理論主要研究閉環(huán)系統(tǒng)自動控制理論主要研究閉環(huán)系統(tǒng)。 1.1.6 1.1.6 自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類 1.1.按信號流向可分為：開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。按信號流向可分為：開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。 2.2.按系統(tǒng)的輸入信號可分為：恒值控制系統(tǒng)按系統(tǒng)的輸入信號可分為：恒值控制系統(tǒng)( (自動調(diào)節(jié)自動調(diào)節(jié) 系統(tǒng)系統(tǒng)) )、隨動控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)( (伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)) )和程序控制系統(tǒng)。和程序控制系統(tǒng)。 3.3.按元

15、器件特性可分為：線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)按元器件特性可分為：線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)( (數(shù)學(xué)數(shù)學(xué) 模型的線性與非線性模型的線性與非線性) )。 4.4.按微分方程系數(shù)的時(shí)變性可分為：定常系統(tǒng)和時(shí)變按微分方程系數(shù)的時(shí)變性可分為：定常系統(tǒng)和時(shí)變 系統(tǒng)。系統(tǒng)。 5.5.按信號的連續(xù)性可分為：連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)。按信號的連續(xù)性可分為：連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)。 6.6.按輸入輸出量可分為：單輸入單輸出按輸入輸出量可分為：單輸入單輸出(SISO)(SISO)和多輸和多輸 入多輸出入多輸出(MIMO)(MIMO)。 7.7.按信號性質(zhì)可分為：確定性控制系統(tǒng)和隨機(jī)控制系按信號性質(zhì)可分為：確定性控制系統(tǒng)和隨機(jī)控制系 統(tǒng)。

16、統(tǒng)。 1.2.1 1.2.1 仿真的定義仿真的定義 通常為了研究、分析與設(shè)計(jì)系統(tǒng)，需要對某些通常為了研究、分析與設(shè)計(jì)系統(tǒng)，需要對某些 系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)的方案有兩種，一種是直接系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)的方案有兩種，一種是直接 在真實(shí)系統(tǒng)上進(jìn)行，另一種則是按真實(shí)系統(tǒng)的在真實(shí)系統(tǒng)上進(jìn)行，另一種則是按真實(shí)系統(tǒng)的 “樣子樣子”構(gòu)造一個(gè)模型，在模型上進(jìn)行。后者采構(gòu)造一個(gè)模型，在模型上進(jìn)行。后者采 用的就是仿真的方法。用的就是仿真的方法。 1.2 控制系統(tǒng)仿真技術(shù)概述控制系統(tǒng)仿真技術(shù)概述 所謂仿真，就是用模型所謂仿真，就是用模型(物理模型或數(shù)學(xué)模型物理模型或數(shù)學(xué)模型)代替代替 實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究。實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)

17、行實(shí)驗(yàn)和研究。 通常由于以下原因而不采用在真實(shí)系統(tǒng)上做試驗(yàn)通常由于以下原因而不采用在真實(shí)系統(tǒng)上做試驗(yàn) 的方案。的方案。 系統(tǒng)還處于設(shè)計(jì)階段，并沒有真正建立起來，因此系統(tǒng)還處于設(shè)計(jì)階段，并沒有真正建立起來，因此 不可能在真實(shí)系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn)。不可能在真實(shí)系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn)。 (2) (2) 在真實(shí)系統(tǒng)上做試驗(yàn)會破壞系統(tǒng)的運(yùn)行，例如在真實(shí)系統(tǒng)上做試驗(yàn)會破壞系統(tǒng)的運(yùn)行，例如 在一個(gè)化工系統(tǒng)中隨意改變一下系統(tǒng)參數(shù)，可能導(dǎo)致在一個(gè)化工系統(tǒng)中隨意改變一下系統(tǒng)參數(shù)，可能導(dǎo)致 整個(gè)一爐成品報(bào)廢；又如在經(jīng)濟(jì)活動中，隨意把一個(gè)整個(gè)一爐成品報(bào)廢；又如在經(jīng)濟(jì)活動中，隨意把一個(gè) 決策付之行動，可能會引起經(jīng)濟(jì)混亂。決策付之行動

18、，可能會引起經(jīng)濟(jì)混亂。 (3) (3) 如果人是系統(tǒng)的一部分時(shí)，由于知道自己是試如果人是系統(tǒng)的一部分時(shí)，由于知道自己是試 驗(yàn)的一部分，其行動往往會和平時(shí)不一樣，因此會影驗(yàn)的一部分，其行動往往會和平時(shí)不一樣，因此會影 響試驗(yàn)的效果。響試驗(yàn)的效果。 (4) (4) 在實(shí)際系統(tǒng)上做多次試驗(yàn)時(shí)，很難保證每一在實(shí)際系統(tǒng)上做多次試驗(yàn)時(shí)，很難保證每一 次的操作條件都相同，因而無法對試驗(yàn)結(jié)果的優(yōu)次的操作條件都相同，因而無法對試驗(yàn)結(jié)果的優(yōu) 劣作出正確的判斷與評價(jià)。劣作出正確的判斷與評價(jià)。 (5) (5) 試驗(yàn)時(shí)間太長或費(fèi)用太大或者有危險(xiǎn)。試驗(yàn)時(shí)間太長或費(fèi)用太大或者有危險(xiǎn)。 (6) (6) 無法復(fù)原，例如：改建一

19、個(gè)加熱爐，想要檢無法復(fù)原，例如：改建一個(gè)加熱爐，想要檢 查一下改建的加熱爐的效率與質(zhì)量，不能先改建查一下改建的加熱爐的效率與質(zhì)量，不能先改建 起來試試看，因?yàn)橐桓慕ň筒豢赡茉倩氐皆瓉淼钠饋碓囋嚳?，因?yàn)橐桓慕ň筒豢赡茉倩氐皆瓉淼?狀態(tài)上去了。狀態(tài)上去了。 仿真所遵循的基本原則仿真所遵循的基本原則 相似原理，即相似原理，即 * 幾何相似幾何相似 * 環(huán)境相似環(huán)境相似 * 性能形似性能形似 仿真的基本思想仿真的基本思想 是利用物理的或數(shù)學(xué)的模型來類比模仿是利用物理的或數(shù)學(xué)的模型來類比模仿 現(xiàn)實(shí)過程，以尋求對真實(shí)過程的認(rèn)識?，F(xiàn)實(shí)過程，以尋求對真實(shí)過程的認(rèn)識。 1.2.2 仿真的分類仿真的分類 依據(jù)相似

20、原理仿真可分為：依據(jù)相似原理仿真可分為： * * 物理仿真物理仿真 * * 數(shù)學(xué)仿真數(shù)學(xué)仿真 * * 數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)- -物理仿真物理仿真( (混合仿真混合仿真) ) 物理仿真與數(shù)學(xué)仿真的比較物理仿真與數(shù)學(xué)仿真的比較 1.2.3 1.2.3 系統(tǒng)、模型與數(shù)字仿真系統(tǒng)、模型與數(shù)字仿真 所謂系統(tǒng)就是由一些具有特定功能的、相互間以一定所謂系統(tǒng)就是由一些具有特定功能的、相互間以一定 規(guī)律聯(lián)系著的物體（又稱子系統(tǒng)）所構(gòu)成的有機(jī)整體。規(guī)律聯(lián)系著的物體（又稱子系統(tǒng)）所構(gòu)成的有機(jī)整體。 一、系統(tǒng)的組成與分類一、系統(tǒng)的組成與分類 1 1、組成系統(tǒng)的三要素、組成系統(tǒng)的三要素 實(shí)體實(shí)體：存在于系統(tǒng)中具有確定意義的物體：存

21、在于系統(tǒng)中具有確定意義的物體 如：執(zhí)行器、控制閥等如：執(zhí)行器、控制閥等 屬性屬性：實(shí)體所具有的任何有效特征：實(shí)體所具有的任何有效特征 如：溫度、開度、速度等如：溫度、開度、速度等 活動活動：系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生的變化過程：系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生的變化過程 1.2.3 1.2.3 系統(tǒng)、模型與數(shù)字仿真系統(tǒng)、模型與數(shù)字仿真 1 1、模型、模型 模型是對系統(tǒng)的特征與變化規(guī)律的一種定量抽象，是模型是對系統(tǒng)的特征與變化規(guī)律的一種定量抽象，是 人們用以認(rèn)識事物的一種手段。人們用以認(rèn)識事物的一種手段。 二、模型的建立及其重要性二、模型的建立及其重要性 模模 型型 物理模型物理模型 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 根據(jù)相似原理，把真實(shí)系根據(jù)

22、相似原理，把真實(shí)系 統(tǒng)按比例放大或縮小制成統(tǒng)按比例放大或縮小制成 的模型，其狀態(tài)變量與原的模型，其狀態(tài)變量與原 系統(tǒng)完全相同。如：飛行系統(tǒng)完全相同。如：飛行 器研制中的飛行模型；船器研制中的飛行模型；船 舶制造中的船舶模型等舶制造中的船舶模型等( ( 幾何相似幾何相似) )。 用數(shù)學(xué)方程（或信號用數(shù)學(xué)方程（或信號 流圖、結(jié)構(gòu)圖）來描流圖、結(jié)構(gòu)圖）來描 述系統(tǒng)性能的模型述系統(tǒng)性能的模型( (性性 能相似能相似) )。 1.2.3 1.2.3 系統(tǒng)、模型與數(shù)字仿真系統(tǒng)、模型與數(shù)字仿真 2 2、模型的建立模型的建立 建立系統(tǒng)模型就是（以一定的理論為依據(jù)）把系統(tǒng)的建立系統(tǒng)模型就是（以一定的理論為依據(jù)）

23、把系統(tǒng)的 行為概括為數(shù)學(xué)的函數(shù)關(guān)系行為概括為數(shù)學(xué)的函數(shù)關(guān)系 步驟：步驟： 1 1）確定模型結(jié)構(gòu)，建立系統(tǒng)的約束條件，確定系統(tǒng)）確定模型結(jié)構(gòu)，建立系統(tǒng)的約束條件，確定系統(tǒng) 的三要素的三要素實(shí)體、屬性、活動實(shí)體、屬性、活動 2 2）測取有關(guān)的模型數(shù)據(jù)）測取有關(guān)的模型數(shù)據(jù) 3 3）運(yùn)用恰當(dāng)理論建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述，即數(shù)學(xué)模型）運(yùn)用恰當(dāng)理論建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述，即數(shù)學(xué)模型 4 4）檢驗(yàn)所建立的數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性）檢驗(yàn)所建立的數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性 二、模型的建立及其重要性二、模型的建立及其重要性 建模是仿真的基礎(chǔ)建模是仿真的基礎(chǔ) 性工作，對仿真至性工作，對仿真至 關(guān)重要。關(guān)重要。 1.2.3 1.2.3 系統(tǒng)、模

24、型與數(shù)字仿真系統(tǒng)、模型與數(shù)字仿真 三、仿真的基本內(nèi)容三、仿真的基本內(nèi)容 數(shù)字仿真三要素?cái)?shù)字仿真三要素系統(tǒng)：研究的對象；模型：系統(tǒng)系統(tǒng)：研究的對象；模型：系統(tǒng) 的抽象；計(jì)算機(jī)：工具與手段的抽象；計(jì)算機(jī)：工具與手段 實(shí)實(shí) 際際 系系 統(tǒng)統(tǒng) 數(shù)數(shù) 學(xué)學(xué) 模模 型型 計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī) 建立數(shù)建立數(shù) 學(xué)模型學(xué)模型 建立仿真模型建立仿真模型 仿真實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn) 仿真結(jié)果仿真結(jié)果 結(jié)果分析結(jié)果分析 應(yīng)用應(yīng)用 一次一次 模型化模型化 二次二次 模型化模型化 第一步：根據(jù)仿真目的確定仿真方案第一步：根據(jù)仿真目的確定仿真方案 根據(jù)仿真目的確定相應(yīng)的仿真結(jié)構(gòu)和方法，規(guī)根據(jù)仿真目的確定相應(yīng)的仿真結(jié)構(gòu)和方法，規(guī) 定仿真的邊界條件與約束條件。定仿真的邊界條件與約束條件。 第二步：建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型第二步：建立系統(tǒng)的數(shù)