单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计算机仿真技术基础,任洪林,办公室电话：86413641808,计算机仿真技术基础,1,本课程的主要内容,计算机仿真技术的基本理论、概念、基本的仿真方法与实现手段,本课程的主要内容计算机仿真技术的基本理论、概念、基本的仿真方,2,第一章 绪 论,一）计算机仿真,:,计算机仿真就是应用计算机对系统某些特性的近似模仿,真实系统,建立模型,计算机,分析结果,假想系统,第一章 绪 论一）计算机仿真:计算机仿真就是应用计算,3,二）研究计算机仿真技术的意义,1）为科学技术研究提供有效的分析、实验手段,2）为系统、装置的实现提供技术支持,二）研究计算机仿真技术的意义,4,三、计算机仿真的定义,1)仿真是利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的综合技术。,2)仿真是在数字计算机上进行试验的数字化技术。,3),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。,三、计算机仿真的定义1)仿真是利用计算机软件模拟实际环,5,四、计算机仿真的基本理论基础：,计算机理论（软件、硬件），,相似理论，（相似理论是仿真的核心理论）,数学理论（计算机的灵魂）,相关领域的系统科学,四、计算机仿真的基本理论基础：,6,五、仿真的工具,1）计算机（必备工具）2）物理设备（附加设备）：显示器、打印机、网络连接器、传感器、数据采集转换装置、信号放大器等,五、仿真的工具1）计算机（必备工具）2）物理设备（附加设,7,六、计算机仿真的过程,仿真技术研究的核心问题是建模问题,系统,建立系统模型,建立实验模型,分析仿真结果,运行试验模型,完善系统模型,计 算 机 仿 真 过 程,六、计算机仿真的过程仿真技术研究的核心问题是建模问题 系统建,8,七、计算机仿真的优点,经济、可靠、实用、安全、灵活、可多次重复使用。,七、计算机仿真的优点经济、可靠、实用、安全、灵活、可多次重复,9,八、计算机仿真的分类,计算机仿真的分类,按,使用的工具,模拟计算机仿真,数字计算机仿真,半实物计算机仿真,按仿真的时间,实时仿真,非实时仿真,（亚实时仿真,超实时仿真）,按仿真的系统,连续系统仿真,离散系统仿真,采样系统仿真,。,八、计算机仿真的分类计算机仿真的分类按使用的工具按仿真的系统,10,1、模拟计算机,模拟计算机是由运算放大器组成的模拟计算装置，,它包括运算器、控制器、模拟结果输出设备和电源等。,基本运算部件为加（减）法器、积分器、乘法器和函数器。,运算部件的输入输出变量都是模拟量电压，故称为模拟计算机。,1、模拟计算机,11,模拟计算机仿真特点,模拟计算机运行时各运算器是并行工作的，模型的运行速度与模拟机有关，而与模型的复杂程度无关。,模拟机仿真可以进行实时仿真，又可以进行非实时仿真。,易于和实物相连。和实物系统连接时不需要A/D、D/A转换装置。,模拟仿真的精度一般低于数字计算机仿真，且逻辑控制功能较差，自动化程度也较低。,模拟计算机仿真特点模拟计算机运行时各运算器是并行工作的，模型,12,2、数字计算机仿真,数字计算机的基本组成是存储器、运算器、控制器和外围设备等,2、数字计算机仿真数字计算机的基本组成是存储器、运算器、控制,13,数字仿真的特点,数值计算的延迟。其延迟的大小与计算机本身的性能所研究问题本身的复杂程度及使用的算法有关。,仿真模型的数值化。仿真模型必须是离散模型。,计算精度高。,模型的运行速度不仅与计算机自身性能有关，还与模型的复杂度有关。,利用数字计算机进行半实物仿真时需要有A/D、D/A转换装置与连续运动的实物相连接,数字仿真的特点 数值计算的延迟。其延迟的大小与计算机本身的性,14,3、半实物仿真,有实物参与的计算机仿真。,半实物仿真必为实时仿真,实物系统,计算机,采样控制,A/D,输出控制,D/A,实时数字仿真过程框图,3、半实物仿真 有实物参与的计算机仿真。实物系统计算机采样,15,九、计算机仿真的应用,1）系统分析与设计,A）系统建立前的方案论证及可行性分析,B）设计过程中的实验验证，并进行优化设计,C)系统建成后，系统的运行状况分析。,2）在系统理论研究中的应用,3）在专职人员训练与教育方面的应用,仿真培训系统,九、计算机仿真的应用1）系统分析与设计,16,十、计算机仿真的基本概念,1、系统：具有特定功能和运动规律的有机整体。在这个整体中，各组成部分相互联系、相互制约、相互依存。,子系统（分系统）：系统的组成部分。,例如电力系统,十、计算机仿真的基本概念 1、系统：具有特定功能和运动规律的,17,计算机仿真技术基础ppt课件,18,2、系统研究的内容,实体组成系统的具体对象；,属性实体所具有的每一种有效特性（状态和参数）；,活动系统内对象随时间推移而发生的状态变化。,2、系统研究的内容实体组成系统的具体对象；,19,e,（,t,）,R,L,C,+,-,实体：电阻,R,；电感,L,；电容,C,和激励,e,（,t,）；,属性：电荷,q,；电流；激励,e,（,t,）；,R,、,L,、,C,的数值；,活动：电振荡（随时间变化）,。,e（t）RLC+-实体：电阻R；电感L；电容C和激励e（t）,20,3、影响系统活动的因素,1）内部因素（内部环境）：在系统内可改变的因素；（系统参数、内部激励源）,2)外部因素（外部环境）：在系统内不可改变的因素（外部对系统,3、影响系统活动的因素1）内部因素（内部环境）：在系统内可改,21,4、系统具有下列,性质,整体性,系统是一个整体，它的各个部分既相对独立，又是不可分割的。,相关性,反映了各组成部分相互联系、相互制约、相互依存,目的性,系统要完成特定的功能。,4、系统具有下列性质 整体性 系统是一个整体，它的各个部分既,22,5、系统分类,5、系统分类,23,例题,动态系统：t 很小，或 e(t)为非直流和周期变化的电源,静态系统：t 趋于无穷大，e(t)且为直流或周期变化的电源,e,（,t,）,R,L,C,例题动态系统：t 很小，或 e(t)为非直流和周期变化的电源,24,计算机仿真技术基础ppt课件,25,计算机仿真技术基础ppt课件,26,以图示说明,状态,状态,连 续 系 统,模拟系统,非模拟系统,t,t,以图示说明状态状态连 续 系 统模拟系统非模拟系统tt,27,状态,状态,数字系统,非数字系统,离 散 系 统,t,t,状态状态数字系统非数字系统离 散 系 统tt,28,计算机仿真技术基础ppt课件,29,