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1、返回總目錄,第1章緒 論,,,,,,,控制系統(tǒng)仿真中的名詞術(shù)語,控制系統(tǒng)仿真基本概念,仿真技術(shù)的發(fā)展概括及應(yīng)用,習(xí)題,本章內(nèi)容,,,,,,,系統(tǒng),控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)模型,控制系統(tǒng)建模,控制系統(tǒng)仿真中的名詞術(shù)語,控制系統(tǒng)仿真,,,,,,系統(tǒng)的概念,控制系統(tǒng)仿真中的名詞術(shù)語,不同的領(lǐng)域?qū)τ谙到y(tǒng)的含義有不同的解釋。在控制工程中，系統(tǒng)的定義為：由相互聯(lián)系、相互作用的物體所形成的具有特定功能和運動規(guī)律的有機整體。,一系統(tǒng),,,,,,,控制系統(tǒng)仿真中的名詞術(shù)語,,例如：一個大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)可以看作是一個系統(tǒng)，它由相互聯(lián)系和相互作用的采礦、選礦、煉鐵、煉鋼、軋鋼等工廠有機的組合在一起。 又如：一個工廠管理系
2、統(tǒng)，它可由生產(chǎn)管理部門、原材料倉庫、生產(chǎn)加工車間、銷售服務(wù)部門等組成，各部門是相互聯(lián)系和相互作用的。 諸如此類的還有溫度控制系統(tǒng)、速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、交通管理系統(tǒng)、民航訂票系統(tǒng)、生態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)等。,,,,控制系統(tǒng)仿真中的名詞術(shù)語,一般來說，構(gòu)成一個系統(tǒng)應(yīng)具備以下三大要素。 (1) 實體。系統(tǒng)是由一些相互聯(lián)系的實際物體組合而成的，這些物體稱為實體。如圖1.1所示的溫度控制系統(tǒng)，它就是由比較器、調(diào)節(jié)器、加熱爐、溫度傳感器等裝置組合而成的； (2) 屬性。組成系統(tǒng)的每個實體都具備一定的特征，即系統(tǒng)的屬性。例如圖1.1溫度控制系統(tǒng)中的溫度、偏差值、干擾量、燃料量等就是實體的屬性； (3) 活動。作為系統(tǒng)三大要
3、素之一的是系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生的變化過程，稱之為活動。在溫度控制系統(tǒng)中，以調(diào)節(jié)電壓或燃料的輸入量作為主要的活動。,,,,,,控制系統(tǒng)仿真中的名詞術(shù)語,溫度控制系統(tǒng),,,,,,二. 控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)仿真中的名詞術(shù)語,在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了實現(xiàn)特定的控制目標(biāo)，控制系統(tǒng)具有兩種不同的工作方式，即手動控制和自動控制。 按照手動控制方式工作的控制系統(tǒng)稱為手動控制系統(tǒng)，按照自動控制方式工作的控制系統(tǒng)稱為自動控制系統(tǒng)。,,,,,,控制系統(tǒng)仿真中的名詞術(shù)語,手動控制系統(tǒng)：需要在人的直接參與下才能使被控對象(生產(chǎn)設(shè)備或裝置)按照預(yù)先確定的理想規(guī)律運動，以達(dá)到控制目標(biāo)的要求。 在手動控制系統(tǒng)中，操作者需要頻繁地調(diào)整
4、對被控對象的控制作用，才能保證控制目標(biāo)的實現(xiàn)，因此操作人員的勞動強度很大，而且常常出現(xiàn)控制作用不夠及時、不夠準(zhǔn)確的現(xiàn)象，系統(tǒng)的控制精度較低，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。,,,,,,控制系統(tǒng)仿真中的名詞術(shù)語,,自動控制系統(tǒng)：不需要人的直接參與，通過控制裝置代替人的控制作用，使被控對象按照預(yù)先確定的理想規(guī)律運動，以達(dá)到控制目標(biāo)的要求。 自動控制系統(tǒng)可以將操作人員從繁雜的工作中解脫出來，大大降低了勞動強度，改善了工作環(huán)境，而且控制作用及時、準(zhǔn)確，可使控制系統(tǒng)達(dá)到較高的控制精度，大大提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化是促進(jìn)生產(chǎn)力高速發(fā)展的重要手段。,,,,,,控制系統(tǒng)仿真中的名詞術(shù)語,,,,三.
5、 控制系統(tǒng)模型,控制系統(tǒng)模型是對控制系統(tǒng)的特征與變化規(guī)律的一種定量抽象，是人們用來認(rèn)識事物的一種手段，一般有以下幾種模型。,(1) 物理模型：根據(jù)相似原理，把真實系統(tǒng)按比例放大或縮小制成的模型，其狀態(tài)變量與原系統(tǒng)完全相同。例如，飛行器的研制，船舶設(shè)計制造。,(2) 數(shù)學(xué)模型：用數(shù)學(xué)方程(或信號流圖、結(jié)構(gòu)圖)來描述系統(tǒng)性能的模型。數(shù)學(xué)模型又分靜態(tài)模型和動態(tài)模型。,,,,,控制系統(tǒng)仿真中的名詞術(shù)語,,,,,,如果其變量不含時間因素則為靜態(tài)模型，如果與時間有關(guān)，則為動態(tài)模型，數(shù)學(xué)模型的分類可用表1-1表示。 表1-1 數(shù)學(xué)模型的分類表,,,,,控制系統(tǒng)仿真中的名詞術(shù)語,,,,,,,,,四. 控制系統(tǒng)
6、建模,控制系統(tǒng)建模就是以一定的理論為依據(jù)，把系統(tǒng)的行為概括為數(shù)學(xué)的函數(shù)關(guān)系。其包括以下內(nèi)容： (1) 確定模型的結(jié)構(gòu)，建立系統(tǒng)的約束條件，確定系統(tǒng) 的實體、屬性與活動。 (2) 測取有關(guān)的模型數(shù)據(jù)。 (3) 運用適當(dāng)理論建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述。 (4) 檢驗所建立的數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。,,,,,控制系統(tǒng)仿真中的名詞術(shù)語,,,,,,,,,,,五. 控制系統(tǒng)仿真,控制系統(tǒng)仿真研究的對象是控制系統(tǒng)，而系統(tǒng)特性的表征主要采用與之相應(yīng)的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，將其放到計算機上進(jìn)行相應(yīng)的處理，就構(gòu)成完整的系統(tǒng)仿真過程。,因此，將實際系統(tǒng)、數(shù)學(xué)模型、計算機稱為系統(tǒng)仿真的三要素。它們之間的關(guān)系如圖1.2所示。由圖可見
7、，將實際系統(tǒng)抽象為數(shù)學(xué)模型，稱之為一次模型化，它還涉及到系統(tǒng)辨識技術(shù)問題，統(tǒng)稱為建模問題；將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為可在計算機上運行的仿真模型，稱之為二次模型化，這涉及到仿真技術(shù)問題，統(tǒng)稱為仿真實驗。,,,,控制系統(tǒng)仿真中的名詞術(shù)語,,,,,,,,,系統(tǒng)：研究的對象； 模型：系統(tǒng)的抽象； 仿真：對模型的實驗； 系統(tǒng)建模：系統(tǒng)辨識技術(shù)范疇； 仿真建模：即針對不同形式的系統(tǒng)模型研究其求解算法； 仿真實驗：仿真程序的檢驗及將仿真結(jié)果與實際系統(tǒng)的行為進(jìn)行比較。,,,,,,控制系統(tǒng)仿真的基本概念,,,,,,,,,一. 仿真的定義,通常為了研究、分析與設(shè)計系統(tǒng)，需要對某些系統(tǒng)進(jìn)行試驗。試驗的方案有兩種，一種是直接在
8、真實系統(tǒng)上進(jìn)行，另一種則是按真實系統(tǒng)的“樣子”構(gòu)造一個模型，在模型上進(jìn)行。通常由于以下原因而不采用在真實系統(tǒng)上做試驗的方案。,,,,控制系統(tǒng)仿真的基本概念,,,,,,,,,(1) 系統(tǒng)還處于設(shè)計階段，并沒有真正建立起來，因此不可能在真實系統(tǒng)上進(jìn)行試驗。 (2) 在真實系統(tǒng)上做試驗會破壞系統(tǒng)的運行，例如在一個化工系統(tǒng)中隨意改變一下系統(tǒng)參數(shù)，可能導(dǎo)致整個一爐成品報廢；又如在經(jīng)濟活動中，隨意把一個決策付之行動，可能會引起經(jīng)濟混亂。 (3) 如果人是系統(tǒng)的一部分時，由于知道自己是試驗的一部分，其行動往往會和平時不一樣，因此會影響試驗的效果。 (4) 在實際系統(tǒng)上做多次試驗時，很難保證每一次的操作條件都
9、相同，因而無法對試驗結(jié)果的優(yōu)劣作出正確的判斷與評價。 (5) 試驗時間太長或費用太大或者有危險。 (6) 無法復(fù)原，例如：改建一個加熱爐，想要檢查一下改建的加熱爐的效率與質(zhì)量，不能先改建起來試試看，因為一改建就不可能再回到原來的狀態(tài)上去了。,,,,控制系統(tǒng)仿真的基本概念,二. 控制系統(tǒng)仿真的分類,,,,,,1. 按仿真模型的種類劃分,(1) 物理仿真。按照實際系統(tǒng)的物理性質(zhì)構(gòu)造系統(tǒng)的物理模型，并在物理模型上進(jìn)行試驗研究，稱之為物理仿真 。, 物理仿真的出發(fā)點是依據(jù)相似原理，把實際系統(tǒng)按比例放大或縮小制成物理模型，其狀態(tài)變量與原系統(tǒng)完全相同。這種仿真多用于土木建筑、水利工程、船舶、飛機制造等方面
10、。例如，船舶制造，風(fēng)洞實驗，火力發(fā)電廠的動態(tài)模擬，操縱控制人員的崗前培訓(xùn)。 。 物理仿真的優(yōu)點是直觀、形象，其缺點是構(gòu)造相應(yīng)系統(tǒng)的物理模型投資較大，周期較長，不經(jīng)濟。另外，一旦系統(tǒng)成型后，難以根據(jù)需要修改系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，仿真實驗環(huán)境受到一定的限制。,,,控制系統(tǒng)仿真的基本概念,(2)數(shù)學(xué)仿真。按照實際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)關(guān)系構(gòu)造系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并在計算機上進(jìn)行實驗研究，稱之為數(shù)學(xué)仿真。數(shù)學(xué)仿真是應(yīng)用性能相似原理，構(gòu)造系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型在計算機上進(jìn)行實驗研究的過程。,,,數(shù)學(xué)仿真的模型采用數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述系統(tǒng)性能，若模型中的變量不含時間關(guān)系，稱為靜態(tài)模型；若模型中的變量包含有時間因素在內(nèi)則稱為動態(tài)模型。數(shù)學(xué)模型是
11、系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)仿真中首先要解決的問題。由于采用計算機作為實驗工具，通常也將數(shù)學(xué)仿真稱為計算機仿真或數(shù)字仿真。,,,控制系統(tǒng)仿真的基本概念,,,(3) 數(shù)學(xué)-物理仿真。將系統(tǒng)的物理模型和數(shù)學(xué)模型以及部分實物有機地組合在一起進(jìn)行實驗研究，稱之為數(shù)學(xué)-物理仿真，也稱為半實物仿真。 這種方法結(jié)合了物理仿真和數(shù)學(xué)仿真各自的特點，常常被用于特定的場合及環(huán)境中。例如汽車發(fā)動機試驗、家電產(chǎn)品的研制開發(fā)、雷達(dá)天線的跟蹤、火炮射擊瞄準(zhǔn)系統(tǒng)等都可采用半實物仿真。,,,,,控制系統(tǒng)仿真的基本概念,,,,,,,,,2. 按系統(tǒng)隨時間變化的狀態(tài)分類,連續(xù)系統(tǒng)仿真。系統(tǒng)
12、的輸入輸出信號均為時間的連續(xù)函數(shù)，可用一組數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述，例如采用微分方程、狀態(tài)方程等。 (2) 離散事件系統(tǒng)仿真。系統(tǒng)的狀態(tài)變化只是在離散時刻發(fā)生，且由某種隨機事件驅(qū)動，稱之為離散事件系統(tǒng)。例如通信系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)、庫存管理系統(tǒng)、飛機訂票系統(tǒng)、單服務(wù)臺排隊系統(tǒng)等。此類系統(tǒng)規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般很難用數(shù)學(xué)模型描述，多采用流程圖或網(wǎng)絡(luò)圖表達(dá)。在分析上則采用概率及數(shù)理統(tǒng)計理論、隨機過程理論來處理，其結(jié)果送到計算機上進(jìn)行仿真。,,,,,控制系統(tǒng)仿真的基本概念,,,,,,三. 控制系統(tǒng)仿真的過程,控制系統(tǒng)的計算機仿真就是以控制系統(tǒng)的模型為基礎(chǔ)，采用數(shù)學(xué)模型代替實際的系統(tǒng)，以計算機為主要工具，對控
13、制系統(tǒng)進(jìn)行實驗和研究的一種方法。 通常，采用計算機來實現(xiàn)控制系統(tǒng)仿真的過程有以下幾個方面。 1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)定仿真的邊界條件與約束條件。 2建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)輸入、輸出變量以及內(nèi)部各變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。描述控制系統(tǒng)各變量間靜態(tài)關(guān)系采用靜態(tài)模型；描述控制系統(tǒng)各變量間動態(tài)關(guān)系采用動態(tài)模型。最常用的基本數(shù)學(xué)模型是微分方程與差分方程。,,,,,,控制系統(tǒng)仿真的基本概念,,,,,,,,,通常，根據(jù)系統(tǒng)的實際結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)各變量之間所遵循的物理、化學(xué)基本定律，例如牛頓運動定律、基爾霍夫定律、動力學(xué)定律、焦耳-楞次定律等來列
14、寫變量間的數(shù)學(xué)表達(dá)式以建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，這就是所謂用解析法來建立數(shù)學(xué)模型。 對于大多數(shù)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，則必須通過實驗的方法，利用系統(tǒng)辨識技術(shù)，考慮計算所要求的精度，略去一些次要因素，使模型既能準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的動態(tài)本質(zhì)，又能簡化分析計算的工作，這就是所謂用實驗法建立數(shù)學(xué)模型。 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是系統(tǒng)仿真的主要依據(jù)。,,,,控制系統(tǒng)仿真的基本概念,,,,,,,,,3建立控制系統(tǒng)的仿真模型 原始控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，如微分方程、差分方程等，還不能用來直接對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，應(yīng)該將其轉(zhuǎn)換為能夠在計算機中對系統(tǒng)進(jìn)行仿真的模型。 對于連續(xù)系統(tǒng)而言，將微分方程這樣的原始數(shù)學(xué)模型，在零初始條件下進(jìn)行拉普拉斯變換
15、，求得控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，以傳遞函數(shù)模型為基礎(chǔ)，將其等效變換為狀態(tài)空間模型，或者將其圖形化為動態(tài)結(jié)構(gòu)圖模型，這些模型都是系統(tǒng)的仿真模型。對于離散系統(tǒng)而言，將差分方程經(jīng)z變換轉(zhuǎn)換為計算機可以處理的數(shù)字控制器模型即可。 4編制控制系統(tǒng)的仿真程序 對于非實時系統(tǒng)的仿真，可以用一般的高級語言，例如Basic、Fortran或C語言等編制系統(tǒng)的仿真程序；對于快速、實時系統(tǒng)的仿真，往往采用匯編語言編制仿真程序。當(dāng)然，也可以直接利用專門的仿真語言和仿真軟件包。 目前，采用MATLAB仿真也比較普遍。利用MATLAB的TOOLBOX工具箱及其Simulink仿真集成環(huán)境作仿真工具，來研究和分析控制系統(tǒng)是非常方
16、便的。,,,,,,控制系統(tǒng)仿真的基本概念,,,,,,,,,5在計算機上進(jìn)行仿真實驗并輸出仿真結(jié)果 首先，將編制好的仿真程序輸入到計算機中，并給定仿真的初始參數(shù)；然后進(jìn)行仿真實驗并對仿真模型與仿真程序作相應(yīng)的檢驗和修改，再按照系統(tǒng)仿真的要求將得到的系統(tǒng)仿真最終結(jié)果通過相應(yīng)設(shè)備以數(shù)據(jù)、曲線、圖形等方式輸出；最后，進(jìn)行仿真總結(jié)，提交系統(tǒng)仿真的報告。,控制系統(tǒng)仿真的過程如圖所示,,,,,,,,,,,,,,,控制系統(tǒng)仿真過程示意圖,控制系統(tǒng)仿真的基本概念,,,,,,,控制系統(tǒng)仿真的基本概念,,,,,,,,,,【例1.1】 飛機跟蹤問題，如圖.4所示。 (1) 問題描述。設(shè)有一架飛機追蹤一敵機，為保證在射
17、程內(nèi)能進(jìn)行攻擊，所以飛機在跟蹤時，需不斷改變方向以保持機頭始終指向目標(biāo)。設(shè)兩機離10km以下時，飛機可以攻擊，但是限定必須在12min之內(nèi)完成追蹤任務(wù)，否則就認(rèn)為追蹤失敗。 假設(shè)： 兩機始終航行在同一水平面。 敵機航線已知，(XB(t)，YB(t))。 飛機等速飛行，VF20km/min。每分鐘改變一次航向，在1min內(nèi)保持不變。 飛機初始位置，YF(0)50，XF(0)0。 問，飛機應(yīng)按什么航線飛行？何時完成追蹤任務(wù)? (2) 建立數(shù)學(xué)模型。飛機位置,,,,,,,,,,,控制系統(tǒng)仿真的基本概念,,,,,,,,,,兩機位置,式中為任一t時刻兩機間連線與水平線傾角。,,,,,,,控制系統(tǒng)仿真的基
18、本概念,,,,,,,,(3) 仿真框圖及程序。需要1min計算一次飛機的位置和兩機之間的距離，判斷是否已在12min內(nèi)達(dá)到追蹤距離以內(nèi)，如圖所示。仿真程序可用任何一種語言實現(xiàn)。,(4) 仿真結(jié)果。T10min，D2.9869km。,仿真程序框圖,,,,,,,仿真技術(shù)的發(fā)展概括和應(yīng)用,,,,,,,,,一. 仿真技術(shù)的發(fā)展概括,仿真技術(shù)是采用現(xiàn)代計算機技術(shù)來模擬展示特定環(huán)境的一項高科技技術(shù)。它根據(jù)現(xiàn)實世界的實際特點來建立數(shù)據(jù)模型，采用計算機，并與實物操作相結(jié)合，使得人們不用到達(dá)真實的特定環(huán)境就能獲得真實環(huán)境的感受。仿真的發(fā)展過程從大的方面分為硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展。,,,,,,,仿真技術(shù)的發(fā)展概括和
19、應(yīng)用,,,,,,,,,1. 硬件發(fā)展 計算機仿真技術(shù)的發(fā)展，就硬件而言，大致經(jīng)歷了以下幾個階段。 20世紀(jì)40年代出現(xiàn)了模擬計算機，這時的計算機大都是用來設(shè)計飛機的專用計算機。50年代初，出現(xiàn)了通用的模擬計算機。50年代末，數(shù)字計算機有了很大發(fā)展，加上這一時期在微分方程數(shù)值解的理論方面又有很大的發(fā)展，所以在幾種高級語言(如FORTRAN，ALGOL等)出現(xiàn)以后，在50年代末期，數(shù)字計算機便在非實時仿真方面開始得到廣泛的應(yīng)用。1958年為滿足高速動態(tài)系統(tǒng)仿真的要求，出現(xiàn)了第一臺專用的模擬數(shù)字混合計算機，它是用來解決導(dǎo)彈軌跡的計算問題。60年代初期，出現(xiàn)了混合計算機商品。 近年以來，由于計算機技術(shù)
20、的飛速發(fā)展，數(shù)字計算機已有可能解決高速動態(tài)系統(tǒng)的實時仿真問題，所以模擬數(shù)字混合計算機將被數(shù)字計算機所取代。,,,,,,,仿真技術(shù)的發(fā)展概括和應(yīng)用,,,,,,,,,2. 軟件發(fā)展 仿真研究的許多活動都是通過仿真軟件來實現(xiàn)的，仿真軟件是一類面向仿真用途的專用軟件，它的特點是面向問題、面向用戶。近40年來，仿真軟件充分吸收了仿真方法學(xué)、計算機、網(wǎng)絡(luò)、圖形/圖像、多媒體、軟件工程、自動控制、人工智能等技術(shù)所取得的新成果，從而得到了很大的發(fā)展。自1955年第一個仿真軟件問世以來，按照新技術(shù)出現(xiàn)的時間順序，可將仿真軟件的發(fā)展分為六個階段，即通用程序設(shè)計語言、仿真程序包及初級仿真語言、完善的商品化的高級仿真
21、語言、一體化(局部智能化)建模與仿真環(huán)境、智能化建模與仿真環(huán)境以及支持分布交互仿真的綜合仿真環(huán)境。,,,,,,,仿真技術(shù)的發(fā)展概括和應(yīng)用,,,,,,,,,1) 通用程序設(shè)計語言 1960年左右的FORTRAN，以及具有適應(yīng)并行處理功能的Ada，C++等語言。 2) 初級仿真語言階段 19601970年間面向框圖的MIDAS；面向大型連續(xù)系統(tǒng)的仿真規(guī)范的CSSL(Continuous System Simulation Language)；CSMP(Continuous System Modeling Program)；基于差分方程模型的DYNAMO(Dynamic Models)；基于離散事件
22、的SIMLIB和CSL(Control and Simulation Language)；還有以過程為基礎(chǔ)的通用仿真系統(tǒng)GPSS(General purpose Simulation System)等。,,,,,,,仿真技術(shù)的發(fā)展概括和應(yīng)用,,,,,,,,,3) 高級仿真語言階段 19701980年間商用的連續(xù)系統(tǒng)仿真語言SSLIV，DAREP，ACSL，以及離散事件系統(tǒng)仿真語言GPSSIV，SIMCRIP和SLAM等。 4) 一體化建模與仿真環(huán)境軟件 如美國Pritsket于1989年推出的TESS，它是具有數(shù)據(jù)庫，而且能將數(shù)據(jù)存儲與檢索，腳本仿真,數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析報告和圖形生成，腳本動畫
23、，網(wǎng)絡(luò)模型輸入，運行控制，數(shù)據(jù)管理等八個部分組成一體化仿真軟件環(huán)境。 5) 智能化仿真軟件環(huán)境 它于20世紀(jì)80年代后期問世，由一體化仿真軟件環(huán)境，專家系統(tǒng)，智能接口等組成，并具有知識庫、模型庫、方法庫、實驗程序庫和數(shù)據(jù)庫，該軟件充分利用了FORTRAN，C，Ada，LISP等語言的優(yōu)良特性。,,,,,,,仿真技術(shù)的發(fā)展概括和應(yīng)用,,,,,,,,二. 仿真技術(shù)的應(yīng)用,計算機仿真已廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域，主要歸納為以下兩個方面。 1. 控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計與試驗 仿真技術(shù)在冶金、化工、電力等工程系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛，是對控制系統(tǒng)進(jìn)行研究、設(shè)計不可缺少的一項重要技術(shù)，可以體現(xiàn)在以下幾個方面： (1)
24、 論證系統(tǒng)設(shè)計立題方案的正確性、可行性，避免不必要的挫折及浪費，為實體設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。 (2) 用于創(chuàng)建新的控制系統(tǒng)，研制新的調(diào)節(jié)器及儀表等。 (3) 對已設(shè)計好的系統(tǒng)進(jìn)行考核，驗證設(shè)計效果，分析系統(tǒng)的工作狀態(tài)，尋求系統(tǒng)性能改進(jìn)的途徑。 (4) 用仿真技術(shù)對控制系統(tǒng)進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計與最優(yōu)控制，選擇最佳運行參數(shù)。 (5) 對已有的老系統(tǒng)進(jìn)行分析、調(diào)整，改進(jìn)及發(fā)展系統(tǒng)的潛力。,,,,,,,仿真技術(shù)的發(fā)展概括和應(yīng)用,,,,,,,,,2. 訓(xùn)練與教育 建立在仿真技術(shù)基礎(chǔ)上的各種仿真器可用來訓(xùn)練操縱人員，體現(xiàn)在以下幾方面。 (1) 運行仿真器?？捎糜谟?xùn)練民航、空軍的機型試飛、太空宇航員的飛行，即可節(jié)省投
25、資，又避免了危險的發(fā)生，保證了訓(xùn)練人員的安全。 (2) 船舶操縱仿真系統(tǒng)?？捎糜诖榜{駛、潛艇駕駛等人員的訓(xùn)練。 (3) 電站、電力網(wǎng)、化工廠等操縱控制人員的仿真系統(tǒng)?？捎糜谀M實際系統(tǒng)的運行狀況，設(shè)置各種可能產(chǎn)生的故障點，進(jìn)行檢測與故障排除的訓(xùn)練。 (4) 軍事指揮仿真系統(tǒng)?？捎脕砟M實戰(zhàn)環(huán)境，如地形、天氣、敵我雙方的兵力、武器裝置等，以訓(xùn)練軍事指揮員，實現(xiàn)現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的陸?？諈f(xié)調(diào)作戰(zhàn)的能力。 (5) 非工程領(lǐng)域的仿真應(yīng)用。例如用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的人體疾病成因分析，人體對藥物反應(yīng)的研究，新藥品的研制等：又如用于市場經(jīng)濟導(dǎo)向、通信網(wǎng)分布、交通管理、中期天氣預(yù)報、生態(tài)環(huán)境的模擬仿真等。,,,,,,,仿
26、真技術(shù)的發(fā)展概括和應(yīng)用,,,,,,,,,三. 仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢,由于仿真理論、方法的提高，仿真試驗任務(wù)的擴大以及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，展望仿真技術(shù)今后的發(fā)展趨勢，主要有以下幾方向： 1向廣闊的時空發(fā)展 以現(xiàn)代復(fù)雜軍事系統(tǒng)為例，它涉及：戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)決策系統(tǒng)，指揮、通信、運輸系統(tǒng)，外層空間內(nèi)層空間、武器和運載系統(tǒng)，地面與空間各軍兵種、我友協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)與作戰(zhàn)環(huán)境等。這種激烈對抗軍事系統(tǒng)，對時空一致、任務(wù)協(xié)同、實時性、實用性等都要求很高，因而在這類復(fù)雜仿真系統(tǒng)中有很多復(fù)雜、艱巨的技術(shù)問題亟待解決。 2向快速、高效與海量信息通道發(fā)展 對大型復(fù)雜系統(tǒng)、分布系統(tǒng)、綜合系統(tǒng)進(jìn)行實時仿真，由于信息量寵大，須對信
27、息進(jìn)行快速、高效傳輸、變換和處理。以多微處理機為基礎(chǔ)的全數(shù)字并行仿真計算機系統(tǒng)將會有更多的發(fā)展。,,,,,,,仿真技術(shù)的發(fā)展概括和應(yīng)用,,,,,,,,,3向規(guī)范化模型校核、驗證、確認(rèn)技術(shù)發(fā)展 模型建立了，如果沒有規(guī)范化模型校核、驗證，確認(rèn)來檢驗，評價模型的正確性和置信度，仿真的精度和可靠性是無法保證的。目前它已引起仿真界的高度重視。 4向虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展 虛擬現(xiàn)實是將真實環(huán)境、模型化物理環(huán)境、用戶融為一體，為用戶提供視覺、聽覺、嗅覺和觸覺感官以逼真感覺信息的仿真系統(tǒng)，使人感到如同身臨其境的仿真環(huán)境中。 5向高水平的一體化、智能化仿真環(huán)境發(fā)展 開展系統(tǒng)仿真科學(xué)研究，開發(fā)仿真系統(tǒng)技術(shù)，需要一體化、智能化仿真環(huán)境。這樣有效的工具，這方面的差距還較大。由于微型機的大量推廣和應(yīng)用，將會發(fā)展適合這類機型的仿真軟件。 6向廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域擴展與其他有關(guān)的學(xué)科融合 由于仿真的對象越來越廣闊和復(fù)雜，也就是應(yīng)用領(lǐng)域越廣泛，相關(guān)的學(xué)科就越多，而且日趨密切。特別是在非工程或混合工程系統(tǒng)中，仿真技術(shù)的應(yīng)用將會迅速增長。,,,,,,,習(xí)題,,,,,,,,,1-1 什么是系統(tǒng)？構(gòu)成系統(tǒng)的三要素是什么？ 1-2 圖示系統(tǒng)、模型和計算機三者的關(guān)系是什么？ 1-3 什么是物理仿真？什么是數(shù)字仿真？兩者有何不同？ 1-4 控制系統(tǒng)仿真的步驟有哪些？ 1-5 簡述仿真技術(shù)的應(yīng)用。,
控制系統(tǒng)仿真緒論.ppt
