计算机仿真技术

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1、计算机仿真技术1.绪论自我介绍：张绍阳，交通信息工程系，课程名称：系统仿真技术。1.1.关于教材不进行指定，广泛的参考，大多教材都是介绍性的，应用型的可以参考具体的软件的帮助，理论性的研究大多在最新的论文中。1.2.导论大家都听过的名次：仿真、模拟，已经成为一门学科。美国国家关键技术委员会1991年确定仿真技术为影响美国安全和繁荣的22个关键技术之一。在军事、航空、航天、原子能、工程、交通、制造行业等已经具有了广泛的用途。仿真技术种类繁多，大家听说过的matlab仿真、有限元仿真、虚拟现实仿真、离散系统仿真等都是仿真，1

2、、他们之间有什么样的规律，如何认识，2、在进行应用时如何去选取合适的工具，3、如果研究仿真技术，其研究领域是什么这些都将在本门课中进行解决。1.3.研究生教学的特点本门课程是导论性的课，虽然是学位课，但是希望大家了解研究生教学的特点：研究生培养目标是独立解决问题的能力，而不是纯粹的知识或者技能，用一个例子来理解：挖金子，对于本科生培养的是认识金子、认识工具、使用工具的方法；对于研究生则是金矿的形成规律、工具的选择、方法的选择等；对于博士生，则是为什么要挖的问题了。1.4.系统仿真定义从认识论角度，仿真是对现实世界的模拟，

3、但是现实世界是庞大的，无界的，在科学研究过程中，我们经常把研究内容界定在一定的范围，这个范围我们称之为系统，在仿真研究中，我们也是对现实世界中的某个系统进行仿真。称之为：系统仿真。定义：系统仿真是一相似原理、系统技术、信息技术及应用领域的有关专业技术为基础，以计算机、仿真器和各种专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实的或设想的系统进行动态研究的多学科的综合性技术。1.1.基础和工具（1）相似原理，研究事物之间相似规律及其应用的科学。相似：是指事物之间某些共性的客观存在。相似是相对的，在某些层面是相似的，但从其他角度来

4、看又是不同的。例如：男女同学，从人性来讲是相似的，从微观来讲是不同的。计算机中的一个点和足球，从视觉来讲是不同的，从运动规律来看又是相似的。作的不好的动画与文学巨著，从视觉来讲是相似的，但表现力方面又是不同的。仿真是利用模型对现实世界的一种模拟，需要让人感觉到模型象是现实世界，因此，需要对相似性进行研究。相似性的研究包括：几何相似：将实体按比例缩小或者放大。大楼的模型和楼实体离散相似：连续曲线和取样曲线采样系统等效相似：输入输出相同风洞实验室，用来模拟风吹桥梁的效果。感觉相似：三位虚拟现实系统，视觉、听觉、嗅觉、味觉、触

5、觉等多方面感觉思维相似：人工神经网络，仿真大脑的计算方法（2）系统技术系统的定义：系统是指具有某些特定功能，按照某些规律结合起来、互相作用、互相依存的所有物体的集合或总和。系统的特征：整体性，不可分割相关性：各物体相互有关系统的内容：实体：存在于系统中的每一项确定的物体。属性：实体的每一项有效的特征活动：导致系统状态发生变化的一个过程。其中，实体是关键，研究系统最终应以实体来检验。系统状态：由系统内部的实体、属性和活动组成的整体称为系统的状态。静态系统：处于平衡状态的系统称为静态系统，动态系统：状态随时间变化的系统称为动

6、态系统。系统的分类：按生命特征：生命，非生命按物理特征：工程系统，非工程系统按状态变化：a)连续系统，状态变化是连续的（动力学系统、生态系统、场）b)离散系统，b1)离散时间系统（采样系统）、b2)离散事件系统混合系统从技术角度，分为连续系统（a+b1）：用方程描述，研究方法为控制论。连续系统的例子：负反馈系统其状态是连续变化的。即器件两端的电压、电流等是连续变化的。离散事件系统(b2)：不能用方程描述，研究方法为：排队轮、运筹学等例子：研究一个汽车加油站的服务水平，其中汽车、油泵、操作人员、收银员等构成了一个离散系统，

7、其状态的变化是由于汽车的来到，即受到一个离散事件的影响，所以称为离散事件系统。系统中的关键名词：系统环境：影响系统而不受系统控制的外界因素的集合举例：天气、气温、突发事件，系统边界：为了限定所研究问题涉及的范围。举例：开发软件系统时给出的边界。Uml总体图首先对外部角色与系统的交互进行建模。内生活动：内部发生的活动外生活动：外部发生（边界以外、环境）的活动开放系统：含有外生活动的系统封闭系统：没有外生活动的系统大系统、复杂系统：规模庞大、功能结构复杂关联信息多的系统。注：-大系统理论专门研究相对而言的。（3）信息技术主要

8、指计算机技术。这是我们的特长。（4）应用领域的专业知识风洞试验室，不是把模型吹动，而是根据重量、结构等物理规律对理论进行验证。即系统中实体的运动规律要符合本专业的运动规律。又如：挖掘机仿真，其挖掘速度要符合挖掘机的特性，不能是模型本身的速度。这些都是专业领域的知识，同时也是我们从事仿真的瓶颈。（5）仿真器仿真器一般是