計算機仿真技術(shù)基礎(chǔ)課件

1、計算機仿真技術(shù)基礎(chǔ)任洪林 辦公室電話：86413641808計算機仿真技術(shù)基礎(chǔ)本課程的主要內(nèi)容計算機仿真技術(shù)的基本理論、概念、基本的仿真方法與實現(xiàn)手段本課程的主要內(nèi)容計算機仿真技術(shù)的基本理論、概念、基本的仿真方第一章 緒 論一）計算機仿真: 計算機仿真就是應(yīng)用計算機對系統(tǒng)某些特性的近似模仿 真實系統(tǒng)建立模型計算機分析結(jié)果假想系統(tǒng)第一章 緒 論一）計算機仿真: 計算機仿真就是應(yīng)用計算二）研究計算機仿真技術(shù)的意義1） 為科學技術(shù)研究提供有效的分析、實驗手段2）為系統(tǒng)、裝置的實現(xiàn)提供技術(shù)支持二）研究計算機仿真技術(shù)的意義三、計算機仿真的定義1) 仿真是利用計算機軟件模擬實際環(huán)境進行科學實驗的綜合技術(shù)。

2、2) 仿真是在數(shù)字計算機上進行試驗的數(shù)字化技術(shù)。3) 仿真是建立在控制理論、相似理論、信息處理技術(shù)和計算技術(shù)等理論基礎(chǔ)之上的，以計算機和其它專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對真實或假想的系統(tǒng)進行試驗，并借助專家經(jīng)驗知識、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和信息資料對試驗結(jié)果進行分析和研究，進而做出決策的一門綜合性的和試驗性的科學。 三、計算機仿真的定義1) 仿真是利用計算機軟件模擬實際環(huán)四、計算機仿真的基本理論基礎(chǔ)：計算機理論（軟件、硬件），相似理論，（相似理論是仿真的核心理論）數(shù)學理論（計算機的靈魂）相關(guān)領(lǐng)域的系統(tǒng)科學四、計算機仿真的基本理論基礎(chǔ)：五、仿真的工具1）計算機（必備工具）2）物理設(shè)備（附加設(shè)備）：顯示

3、器、打印機、網(wǎng)絡(luò)連接器、傳感器、數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換裝置、信號放大器等五、仿真的工具1）計算機（必備工具）2）物理設(shè)備（附加設(shè)六、計算機仿真的過程仿真技術(shù)研究的核心問題是建模問題 系統(tǒng)建立系統(tǒng)模型建立實驗?zāi)Ｐ头治龇抡娼Y(jié)果運行試驗?zāi)Ｐ屯晟葡到y(tǒng)模型計 算 機 仿 真 過 程六、計算機仿真的過程仿真技術(shù)研究的核心問題是建模問題 系統(tǒng)建七、計算機仿真的優(yōu)點經(jīng)濟、可靠、實用、安全、靈活、可多次重復(fù)使用。七、計算機仿真的優(yōu)點經(jīng)濟、可靠、實用、安全、靈活、可多次重復(fù)八、計算機仿真的分類計算機仿真的分類按使用的工具模擬計算機仿真數(shù)字計算機仿真半實物計算機仿真按仿真的時間實時仿真非實時仿真 （亞實時仿真 超實時仿真）按

4、仿真的系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)仿真離散系統(tǒng)仿真采樣系統(tǒng)仿真。八、計算機仿真的分類計算機仿真的分類按使用的工具按仿真的系統(tǒng)1、模擬計算機模擬計算機是由運算放大器組成的模擬計算裝置，它包括運算器、控制器、模擬結(jié)果輸出設(shè)備和電源等?；具\算部件為加（減）法器、積分器、乘法器和函數(shù)器。運算部件的輸入輸出變量都是模擬量電壓，故稱為模擬計算機。1、模擬計算機模擬計算機仿真特點模擬計算機運行時各運算器是并行工作的，模型的運行速度與模擬機有關(guān)，而與模型的復(fù)雜程度無關(guān)。模擬機仿真可以進行實時仿真，又可以進行非實時仿真。易于和實物相連。和實物系統(tǒng)連接時不需要A/D、D/A轉(zhuǎn)換裝置。模擬仿真的精度一般低于數(shù)字計算機仿真，且邏輯

5、控制功能較差，自動化程度也較低。模擬計算機仿真特點模擬計算機運行時各運算器是并行工作的，模型2、數(shù)字計算機仿真數(shù)字計算機的基本組成是存儲器、運算器、控制器和外圍設(shè)備等 2、數(shù)字計算機仿真數(shù)字計算機的基本組成是存儲器、運算器、控制數(shù)字仿真的特點 數(shù)值計算的延遲。其延遲的大小與計算機本身的性能所研究問題本身的復(fù)雜程度及使用的算法有關(guān)。仿真模型的數(shù)值化。仿真模型必須是離散模型。計算精度高。模型的運行速度不僅與計算機自身性能有關(guān)，還與模型的復(fù)雜度有關(guān)。 。利用數(shù)字計算機進行半實物仿真時需要有A/D、D/A轉(zhuǎn)換裝置與連續(xù)運動的實物相連接數(shù)字仿真的特點 數(shù)值計算的延遲。其延遲的大小與計算機本身的性3、半實

6、物仿真 有實物參與的計算機仿真。半實物仿真必為實時仿真實物系統(tǒng)計算機采樣控制A/D輸出控制D/A實時數(shù)字仿真過程框圖3、半實物仿真 有實物參與的計算機仿真。實物系統(tǒng)計算機采樣九、計算機仿真的應(yīng)用1）系統(tǒng)分析與設(shè)計 A）系統(tǒng)建立前的方案論證及可行性分析 B）設(shè)計過程中的實驗驗證，并進行優(yōu)化設(shè)計C)系統(tǒng)建成后，系統(tǒng)的運行狀況分析。 2）在系統(tǒng)理論研究中的應(yīng)用 3）在專職人員訓練與教育方面的應(yīng)用 仿真培訓系統(tǒng)九、計算機仿真的應(yīng)用1）系統(tǒng)分析與設(shè)計 十、計算機仿真的基本概念 1、系統(tǒng)：具有特定功能和運動規(guī)律的有機整體。在這個整體中，各組成部分相互聯(lián)系、相互制約、相互依存。子系統(tǒng)（分系統(tǒng)）：系統(tǒng)的組成部

7、分。例如電力系統(tǒng)十、計算機仿真的基本概念 1、系統(tǒng)：具有特定功能和運動規(guī)律的計算機仿真技術(shù)基礎(chǔ)課件2、系統(tǒng)研究的內(nèi)容實體組成系統(tǒng)的具體對象；屬性實體所具有的每一種有效特性（狀態(tài)和參數(shù)）；活動系統(tǒng)內(nèi)對象隨時間推移而發(fā)生的狀態(tài)變化。2、系統(tǒng)研究的內(nèi)容實體組成系統(tǒng)的具體對象；e（t）RLC+-實體：電阻R；電感L；電容C和激勵e（t）；屬性：電荷q；電流；激勵e（t）； R、L、C的數(shù)值； 活動：電振蕩（隨時間變化）。 e（t）RLC+-實體：電阻R；電感L；電容C和激勵e（t）3、影響系統(tǒng)活動的因素1）內(nèi)部因素（內(nèi)部環(huán)境）：在系統(tǒng)內(nèi)可改變的因素；（系統(tǒng)參數(shù)、內(nèi)部激勵源）2) 外部因素（外部環(huán)境）：在系統(tǒng)內(nèi)不可改變的因素（外部對系統(tǒng) 3、影響系統(tǒng)活動的因素1）內(nèi)部因素（內(nèi)部環(huán)境）：在系統(tǒng)內(nèi)可改4、系統(tǒng)具有下列性質(zhì) 整體性 系統(tǒng)是一個整體，它的各個部分既相對獨立，又是不可分割的。相關(guān)性 反映了各組成部分相互聯(lián)系、相互制約、相互依存 目的性 系統(tǒng)要完成特定的功能。4、系統(tǒng)具有下列性質(zhì) 整體性 系統(tǒng)是一個整體，它的各個部分既5、系統(tǒng)分類 5、系統(tǒng)分類 例題動態(tài)系統(tǒng)：t 很小，或 e(t)為非直流和周期變化的電源 靜態(tài)系統(tǒng)：t 趨于無窮大， e(t)且為直流或周期變化的電源 e（t）RLC例題動態(tài)系統(tǒng)：t 很小，或 e(t)為非直流和周期變化的電源計算機仿真技