《系统模拟第一章》PPT课件

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1.1 系统仿真的概念与分类
1.1.3 系统仿真的学科地位
系统仿真活动可向前追溯数千年。
计算机出现后，利用计算机进行系统仿真， 应用于不同领域的仿真技术有了共同的理 论基础、工程方法和技术，系统仿真成为 独立的学科；
随着技术的发展和仿真应用的深入，计算 机仿真开始向不同领域渗透，结合领域知 识，形成不同的研究分支。
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1.3 计算机仿 真的基本过程
实际系统 建模与形式化
形式建模 N
可信否
仿真建模
程序设计
仿真模型校验 N
正确否
仿真运行
仿真结果分析
正确否
N
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结束
1.４ 计算机仿真技术的应用
1.4.1 计算机仿真技术的特点
计算机仿真技术的优点
模拟时间的可伸缩性 模拟运行的可控性 模拟试验的优化性
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1.1 系统仿真的概念与分类
1.1.1 系统仿真的概念
相似原理主要包括如下方面：
几何比例相似 内部特性相似 感觉相似 逻辑思维方式相似
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1.1 系统仿真的概念与分类
1.1.2 系统仿真的分类
(1)按照模型种类 ➢ 物理仿真 ➢ 数学仿真 ➢ 半实物仿真
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1.1 系统仿真的概念与分类
1.1.2 系统仿真的分类
(2)按照实现手段 ➢ 物理仿真 ➢ 计算机仿真 ➢ 硬件在回路仿真 ➢ 人在回路仿真 ➢ 软件在回路仿真（又称嵌入式仿真）
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1.1 系统仿真的概念与分类
1.1.2 系统仿真的分类
(3)按仿真时钟与实际时钟的比例关系分类
➢ 实时仿真 ➢ 欠（亚）实时仿真 ➢ 超实时仿真
交通运输系统模拟
第一篇 计算机模拟基础理论与方法 第二篇 交通运输系统模拟方法与实践
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第一篇计算机模拟基础理论与方法
第一章 计算机模拟概述
1.1 系统仿真的基本概念与分类 1.2 计算机仿真的基本原理 1.3 计算机仿真的过程 1.4 计算机仿真的应用 1.5 计算机仿真技术的发展 1.６ 连续系统仿真与离散事件系统仿真
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1.2 计算机仿真的基本原理
计算机仿真：利用计算机对系统或过程进行 动态仿真的一种方法，以安全和经济的方 法获得系统运行的数量结果。
计算机仿真的实质——建立系统模型并放到 计算机上进行实验，即面向研究对象利用 计算机建立实验环境。
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1.2 计算机仿真的基本原理
1.2.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 计算机仿真的三要素
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1.1 系统仿真的概念与分类
1.1.1 系统仿真的概念
仿真：模仿真实系统（或假象系统）的活动。
系统仿真：利用模型对系统进行实验研究， 包括：对研究问题建立模型、利用模型进行 实验并进行分析。
系统仿真是通过模型来揭示原型的形态特征
和本质，从而达到认识实际系统的目的。
在科学研究工作中仿真被称为继“数学”、
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1.2 计算机仿真的基本原理
1.2.1 系统、模型与仿真
系统——被研究的对象 模型——对系统的描述与抽象 仿真——利用模型研究系统的方法 一个有效模型的输出可以用来预测或推
断它所代表的真实系统的输出。
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1.2 计算机仿真的基本原理
1.2.1 系统、模型与仿真
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1.2 计算机仿真的基本原理
1.2.1 系统、模型与仿真
系统：指具有某些特定功能，按照某些特定规 律有机结合起来、相互作用、相互联系的对象 的集合或总和；
模型：对系统的客观描述，用于描述系统的结 构、形态及信息传递。是系统的抽象与简化。
正确建立的模型，能更深刻、更集中地反应实 体的主要特征和运行规律，从而达到对系统地 抽象，从这一点说，模型更优于实体本身。
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1.1 系统仿真的概念与分类
1.1.3 系统仿真的学科地位
美国总统办公室和国防部自1992年来， 每年均制定国家关键技术和国防关键 技术，其中“建模和仿真”一直列入 优先发展的关键技术，被认为是最经 济的高新技术。我国国防部于1993年 制定相关的国防关键技术规划，在21 项中，“建模和仿真”排在7位。
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1.1 系统仿真的概念与分类
1.1.1 系统仿真的概念
1) 定义：仿真（模拟）－Simulation 1961年G.W.Morgenthater：在实际系统尚不 存在的情况下，对于系统或活动本质的复现。 1978年Korn《连续系统仿真》：用能代表所 研究的系统的模型作实验。 1982年Spriet：所有支持模型建立与模型分析 的活动即为仿真。 1984年Orën：建模－实验－分析（仿真的基 本概念框架），仿真是一种基于模型的活动。
计算机仿真技术的局限性
模拟不是最优化技术，只是针对各个不同的具体决策， 通过反复试验比较得出较好的结论，但不能保证是最优 的。
模拟仅仅是一种评价性技术，不能产生方案和决策 在模拟实验中，通常采用大量随机数，随机抽样会造成
模拟误差
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1.４ 计算机仿真技术的应用
“实验”之后的“第三条道路”。
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1.1 系统仿真的概念与分类
1.1.1 系统仿真的概念
系统仿真的内涵：系统仿真是以相似原 理、系统技术、信息技术及其应用领域 有关专门技术为基础，以计算机和各种 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
的一门多学科的综合性技术。
系统 模型 计算机
系统建模
系统 仿真实验
模型 仿真建模 计算机
计算机仿真三要素及三个基本活动
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1.3 计算机仿真的基本过程
系统建模：据系统试验知识、仿真目的和 试验资料，形成系统模型（理论模型）。
系统模型主要分成：概念模型、描述模型、功能模 型、约束模型、空间模型等类型。
仿真建模：据系统模型的形式，计算机类 型、仿真目的，将系统模型转变为仿真模型， 建立仿真试验框架。
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1.1 系统仿真的概念与分类
1.1.2 系统仿真的分类
(4)按系统模型的特性分类
➢ 连续系统仿真
系统模型中的状态变量是连续变化的。 这种 模型一般可表示为微分方程或差分方程的形式。
➢ 离散事件系统仿真
系统模型中的状态变量只在某些离散时刻由 于某种事件而发生变化。这种模型一般只能用一 组逻辑条件或流程图来表示。