仿真的简介分类介绍
仿真技术简介
何为仿真？1定义仿真技术是利用计算机并通过建立模型进行科学实验的一门多学科综合性技术。
它是它具有经济、可靠、实用、安全、可多次重用的优点。
仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿。
人们利用这样的模型进行试验，从中得到所需的信息，然后帮助人们对现实世界的某一层次的问题做出决策。
仿真是一个相对概念，任何逼真的仿真都只能是对真实系统某些属性的逼近。
仿真是有层次的，既要针对所欲处理的客观系统的问题，又要针对提出处理者的需求层次，否则很难评价一个仿真系统的优劣。
传统的仿真方法是一个迭代过程，即针对实际系统某一层次的特性（过程），抽象出一个模型，然后假设态势（输入），进行试验，由试验者判读输出结果和验证模型，根据判断的情况来修改模型和有关的参数。
如此迭代地进行，直到认为这个模型已满足试验者对客观系统的某一层次的仿真目的为止。
模型对系统某一层次特性的抽象描述包括：系统的组成；各组成部分之间的静态、动态、逻辑关系；在某些输入条件下系统的输出响应等。
根据系统模型状态变量变化的特征，又可把系统模型分为：连续系统模型——状态变量是连续变化的；离散（事件）系统模型——状态变化在离散时间点（一般是不确定的）上发生变化；混合型——上述两种的混合。
2发展历程仿真是一种特别有效的研究手段。
20世纪初仿真技术已得到应用。
例如在实验室中建立水利模型，进行水利学方面的研究。
40～50年代航空、航天和原子能技术的发展推动了仿真技术的进步。
60年代计算机技术的突飞猛进，为仿真技术提供了先进的工具，加速了仿真技术的发展。
利用计算机实现对于系统的仿真研究不仅方便、灵活，而且也是经济的。
因此计算机仿真在仿真技术中占有重要地位。
50年代初，连续系统的仿真研究绝大多数是在模拟计算机上进行的。
50年代中期，人们开始利用数字计算机实现数字仿真。
计算机仿真技术遂向模拟计算机仿真和数字计算机仿真两个方向发展。
在模拟计算机仿真中增加逻辑控制和模拟存储功能之后，又出现了混合模拟计算机仿真，以及把混合模拟计算机和数字计算机联合在一起的混合计算机仿真。
计算机仿真技术简介
由图中可以看出该倒立摆系统模型符合倒立摆的特性。
1.2 仿真及计算机仿真三要素
1.2.1 仿真的定义
仿真实质是对一个系统由其他系统（模型）代替或模拟该系统来进行研究和设计， 这就要求系统和替代系统（模型）之间要有可替代的条件，也就是说实际系 统和仿真系统之间应该满足相似性原理。相似性原理贯穿仿真技术的始终， 是仿真技术的基础也是所遵循得基本原则。在实际的科学研究，工程实践的 过程中，由于目的和方法不同，相似性的方式可以包含以下几个方面。
1.2.2 计算机仿真的目的和作用
（1）优化设计 作为工程设计和科学实验，往往希望系统能够以一种最优的形式运行，尤其是电
气与自动化的系统的设计。在设计或运行调试过程中，可以通过计算机仿真 技术，仿真实验得到系统的性能和参数，以便进行参数的调整和优化。例如 在控制系统中，通过多次的参数计算仿真，保证系统可以有一个比较理想的 动、静态特性。
2.数学模型的建立
建立系统模型就是（以一定的理论依据）把系统的行为概括为数学的函数关系。下面以一种直线倒立摆 建模的过程来说明建模的基本步骤： 1）确定模型的结构，建立系统的约束条件，确定系统的实体、属性与活动。 在忽略了空气阻力和各种摩擦之后，可将直线一级倒立摆系统抽象成小车和均匀质杆组成的系统，如下 图所示：
系统
系统建模
仿真实验
仿真建模
模型
计算机
图1-7 计算机仿真三要素及三个基本活动
通过专业理论知识的学习可以完成系统建模，形成的数学模型和实际系统 的相似，但是由于计算机数据离散的要求和计算机仿真的实时性、可信 性等要求，在进行计算机仿真时,需要考虑已经建立的数学模型是不是满 足仿真的要求，还是要将系统模型转换为计算机系统认可的，具有一定 相似性的计算机仿真模型。
动态模拟与仿真
▪ 并行计算与高性能计算
1.并行计算：利用并行计算技术，可以将大规模模拟任务分配 给多个计算节点同时进行，大幅提高计算效率。 2.高性能计算：利用高性能计算设备，可以处理更复杂的模型 和更大的数据量，进一步提升模拟的精度和效率。
动态模拟与仿真的关键技术
▪ 可视化技术与用户交互
1.数据可视化：通过可视化技术，可以将模拟结果以直观的方 式呈现给用户，便于用户理解和分析。 2.用户交互：提供良好的用户交互界面，可以让用户方便地设 置参数、观察结果、调整模型，提高用户体验。
智能交通
1.在智能交通系统中，动态模拟与仿真可用于交通流量管理、路况预测和信号控制优化。 2.通过模拟不同交通场景，评估交通规划方案的有效性，提高道路通行效率。 3.结合车联网技术，实现智能交通系统的智能化和自适应。
动态模拟与仿真的应用领域
▪ 能源系统
1.动态模拟与仿真在能源系统中的应用主要包括电源调度、电网优化和新能源接入。 2.通过模拟能源系统的运行，提高电源的稳定性和经济性。 3.结合大数据技术，实现能源系统的智能化管理和预测。
动态模拟与仿真
目录页
Contents Page
1. 动态模拟与仿真简介 2. 动态模拟与仿真的应用领域 3. 动态模拟与仿真的基本原理 4. 动态模拟与仿真的关键技术 5. 动态模拟与仿真的建模过程 6. 动态模拟与仿真的软件工具 7. 动态模拟与仿真的案例分析 8. 动态模拟与仿真的未来展望
动态模拟与仿真
动态模拟与仿真的软件工具
▪ COMSOLMultiphysics
SOLMultiphysics是一款多物理场仿真软件，具有强大的动态模拟和仿真功能。该软件可以进行多种物理场 的耦合模拟，如电磁场、流体动力学、热传导等。 SOLMultiphysics具有丰富的材料库和边界条件设置，可以根据实际需求进行精确模拟。同时，该软件支持 多种网格划分和求解器选择，以保证计算精度和效率。 SOLMultiphysics具有良好的用户界面和前后处理功能，方便用户进行操作和数据分析。同时，该软件还支 持多种编程语言接口，方便用户进行二次开发和定制化应用。 以上介绍了Ansys、Simulink和COMSOLMultiphysics三款动态模拟与仿真软件工具的。这些软件工具在各自领域 具有广泛的应用和认可，可以根据实际需求选择合适的工具进行动态模拟与仿真分析。
系统动力学仿真
认识 问题
界定 系统
要素及其因果关系分析
建立结构模型
建立数学模型
仿真 分析
比较与评价
政策 分析
图5-2 系统动力学的工作程序
（二）SD建模方法
1、框图法 2、因果关系环路法 3.流图法
1.框图法
非能源 生产部门
国民收入及分配投资比例
科技教育
传统能源 生产部门
新能源 生产部门
一、概念及作用 1、基本概念 所谓系统仿真，就是根据系统分析的目的，在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上，建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一定逻辑关系或数学方程的仿真模型，据此进行试验或定量分析，以获得正确决策所需的各种信息。
第1节 系统仿真概述
2.系统仿真的实质 (1)它是一种对系统问题求数值解的计算技术。尤其当系统无法建立数学模型求解时，仿真技术却能有效地来处理这类问题。 (2)仿真是一种人为的试验手段，进行类似于物理实验、化学实验那样的实验。它和现实系统实验的差别在于，仿真实验不是依据实际环境，而是作为实际系统映象的系统模型以及相应的“人造”环境下进行的。这是仿真的主要功能。 (3)在系统仿真时，尽管要研究的是某些特定时刻的系统状态或行为，但仿真过程也恰恰是对系统状态或行为在时间序列内全过程进行描述。换句话说，仿真可以比较真实地描述系统的运行、演变及其发展过程。 (4)电子计算机是系统仿真的主要工具。
系统仿真本质上是由三要素构成的, 即系统、系统模型与实验。如将实验置于计算机上进行就是计算机仿真。
系统
模型
计算机
建立系统模型
建立仿真模型
仿真实验
图1 系统仿真原理图
二、系统仿真的建模过程
（一)、模型的图解结构
有限元仿真技术简介
有限元仿真技术简介（文章标题）有限元仿真技术简介1. 引言有限元仿真技术是一种广泛应用于工程和科学领域的数值计算方法，它可以在计算机上对复杂的物理系统进行建模和分析。
本文将简要介绍有限元仿真技术的原理、应用领域以及其优点和局限性。
2. 有限元分析的原理有限元分析的核心思想是将复杂的连续体划分为有限数量的小元素，然后根据元素的性质和相互之间的连接关系，利用数学方法近似解决变分原理。
通过在每个元素上选择合适的数学模型和适当的边界条件，可以得到物理系统的数值解。
3. 有限元仿真的应用领域有限元仿真技术在各个领域都有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：3.1 机械工程在机械工程领域，有限元仿真可以用于材料力学、刚体力学和流体力学问题的分析。
在设计汽车零件时，可以使用有限元分析来预测材料的应力分布和变形情况，以确保设计的可靠性和安全性。
3.2 建筑工程在建筑工程领域，有限元仿真可以应用于结构分析、热传导和空气流动等问题。
通过对建筑结构进行有限元分析，可以评估结构的稳定性和强度，优化设计并提高建筑的效能和安全性。
3.3 航空航天工程在航空航天工程领域，有限元仿真可以用于飞机、火箭和卫星等复杂系统的设计和分析。
通过模拟力学和热力学行为，可以评估结构的性能和可靠性，并优化设计以提升工程效率。
4. 有限元仿真的优点有限元仿真技术具有许多优点，使其成为工程和科学领域中不可或缺的工具。
4.1 准确性有限元仿真可以提供高度准确的结果。
通过使用复杂的数学模型和离散化技术，可以更好地近似真实物理系统的行为，并生成准确的数值解。
4.2 灵活性有限元仿真方法非常灵活。
它可以适应各种不同的物理条件和边界条件，并支持对模型进行参数化研究和优化设计。
4.3 节省成本和时间相对于传统的试验方法，有限元仿真技术可以大大减少成本和时间。
通过在计算机上进行仿真，可以避免昂贵的实验设备和长时间的试验过程。
5. 有限元仿真的局限性然而，有限元仿真技术也有一些局限性需要注意。
计算机仿真行业简介
（一）计算机仿真行业简介计算机仿真行业，属于电子信息产业中的新兴行业。
1、计算机仿真技术简介计算机仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。
计算机仿真技术具有经济、安全、可重复和不受气候、场地、时间限制的优势，被称为除理论推导和科学试验之外的人类认识自然和改造自然的第三种手段。
美国政府在1992 年提出的22 项国家关键技术中将计算机仿真技术列为第16项，21 项国防关键技术中将计算机仿真技术列为第6 项。
2007 年美国众议院通过的决议案（H.RES.487 ）明确计算机仿真技术是一项国家关键技术，指出其对提升美国竞争力具有非常重要的推动作用。
在我国，计算机仿真技术在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》（国务院2006 年2 月9 日发布）和《我国信息产业拥有自主知识产权的关键技术和重要产品目录》（信息产业部、科学技术部、国家发展改革委〔2006 年12 月25日发布〕）中均被列为关键技术。
《2008年中国的国防》白皮书提出"建成数字仿真、半实物仿真和一批重要的高水平试验验证设施，提高设计水平和研制成功率"；我国的陆军、海军、空军和第二炮兵等已明确将计算机仿真技术作为我军完善武器装备科研生产体系和推进军事训练转变的重要手段。
2、计算机仿真技术的应用领域计算机仿真技术广泛应用于国防、工业及其他人类生产生活的各个方面，如：航空、航天、兵器、国防电子、船舶、电力、石化等行业，特别是应用于现代高科技装备的论证、研制、生产、使用和维护过程。
（1）国防领域计算机仿真技术的应用贯穿于武器装备设计论证、研制、生产和使用维护的全过程。
在设计论证阶段，需要在实物实现之前通过仿真模拟进行预先验证，降低项目风险；在研制阶段，要通过仿真模拟试验进行调试、测试，避免弯路，缩短研制周期，降低研制成本；在生产阶段，要通过仿真模拟测试完成部件测试、工位测试和出厂测试，以保障参与组装的设备或部件达标，生产出合格装备；在使用维护阶段，需要通过仿真模拟训练，建立保障预案、进行使用效能评估等。
Matlab建模仿真
例：
求解Lorenz模型的状态方程，初值为 x1(0)=x2(0)=0,x3(0)=1e-10;
8/ 3， 10， 28
求解Lorenz模型的状态方程，
x 1(t ) x1(t ) x 2(t ) x3(t ) x 2(t ) x 2(t ) x3(t )
模块连接解释
0.5
Gain
×
Product 1
x´=∂x/∂t =bx－px²
－
＋
－
S
Sum
Integrator
Scope
Gain1
LOGO
微分方程的Simulink求解 及Matlab数字电路仿真
微分方程的Simulink建模与求解
建立起微分方程的 Simulink 模型 可以用 sim( ) 函数对其模型直接求解 得出微分方程的数值解
3.计算机仿真
计算机仿真是在研究系统过程中根据相似原理， 利用计算机来逼真模拟研究对象。研究对象可以 是实际的系统，也可以是设想中的系统。在没有 计算机以前，仿真都是利用实物或者它的物理模 型来进行研究的，即物理仿真。物理仿真的优点 是直接、形象、可信，缺点是模型受限、易破坏 、难以重用。
计算机作为一种最重要的仿真工具，已经推出了 模拟机、模拟数字机、数字通用机、仿真专用机 等各种机型并应用在不同的仿真领域。除了计算 机这种主要的仿真工具外还有两类专用仿真器： 一类是专用物理仿真器，如在飞行仿真中得到广 泛应用的转台，各种风洞、水洞等；另一类是用 于培训目的的各种训练仿真器，如培训原子能电 站、大型自动化工厂操作人员和训练飞行员、宇 航员的培训仿真器、仿真工作台和仿真机舱等
当然我们可以直接观察Matlab工具箱原有的 Lorenz
仿真设计包括模态仿真
仿真设计：模态仿真1. 简介模态仿真是一种通过计算机模拟来预测和分析系统的振动特性的方法。
它可以帮助工程师在产品设计的早期阶段就评估和优化系统的振动性能，从而减少开发时间和成本。
本文将介绍模态仿真的基本概念、应用领域以及常用的仿真工具。
2. 模态分析模态分析是模态仿真的核心内容之一。
它通过计算结构或系统在不同频率下的固有振动模式（也称为固有频率）和对应的振型来描述系统的振动特性。
这些固有频率和振型可以提供关于系统强度、稳定性、耐久性等方面的重要信息。
在进行模态分析时，首先需要建立一个数学模型来描述系统或结构物。
这个数学模型通常基于有限元方法，将结构物离散成多个小单元，并通过连接这些单元来建立整个结构物的力学行为方程。
然后，利用求解这些方程得到结构物在不同频率下的响应。
3. 模态分析的应用领域3.1 结构工程模态分析在结构工程中具有广泛的应用。
它可以用于评估建筑物、桥梁、飞机、汽车等结构的振动特性，以及识别和解决潜在的振动问题。
例如，在设计高层建筑时，模态分析可以帮助工程师确定建筑物的固有频率，从而避免与周围环境或风荷载产生共振。
3.2 汽车工程在汽车工程中，模态分析可以用于评估车身和底盘等部件的振动特性，并优化其结构以提高乘坐舒适性和安全性。
通过模态分析，工程师可以确定引起噪声和震动的源头，并采取相应的措施来减少噪声和振动。
3.3 航空航天工程在航空航天工程中，模态分析被广泛应用于飞机、火箭等载具的设计和改进。
通过对飞行器进行模态分析，可以确定其固有频率以及与发动机震动、气流相互作用等相关的振动问题。
这些信息对于改善飞行器的性能和安全性至关重要。
4. 常用的仿真工具4.1 ANSYSANSYS是一款广泛使用的有限元分析软件，提供了强大的模态分析功能。
它可以对各种结构进行振动特性的分析，并提供丰富的后处理功能来可视化和解释仿真结果。
4.2 MSC NastranMSC Nastran是另一款常用的有限元分析软件，也具备强大的模态分析能力。
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仿真模型 仿真模型是被仿真对象的相似物或其结构形式。它可以是物理模型或数学模型。但并不是所有对象 都能建立物理模型。例如为了研究飞行器的动力学特性，在地面上只能用计算机来仿真。为此首先要建 立对象的数学模型，然后将它转换成适合计算机处理的形式，即仿真模型。具体地说，对于模拟计算机 应将数学模型转换成模拟排题图;对于数字计算机应转换成源程序。
元计算产品适用范围广泛，目前有国内外专业客户300余家，涉及美、加、日、韩、澳、德、 新等国，遍布石油化工、土木建筑、电磁电子、国防军工、装备制造、航空航天……等多个领域。
有限元语言及编译器（Finite Element Language And it’s Compiler，以下简称FELAC） 是中国科学院数学与系统科学研究院梁国平研究院于1983年开始研发的通用有限元软件平 台，是具有国际独创性的有限元计算软件，是PFEPG系列软件三十年成果（1983年—2013 年）的总结与提升，有限元语言语法比PFEPG更加简练，更加灵活，功能更加强大。目前 已发展到2.0版本。其核心采用元件化思想来实现有限元计算的基本工序，采用有限元语 言来书写程序的代码，为各领域，各类型的有限元问题求解提供了一个极其有力的工具。 FELAC可以在数天甚至数小时内完成通常需要一个月甚至数月才能完成的编程劳动既年青又悠久的科技型企业。年青是因为她正处在战略重组 后的初创期，悠久是因为她秉承了中国科学院数学研究所在有限元和数值计算方面所开创的光荣 传统。元计算的目标是做强中国人自己的计算技术，做出中国人自己的CAE软件。
元计算秉承中国科学院数学与系统科学研究院有限元自动生成核心技术（曾获中科院科技进 步二等奖、国家科技进步二等奖），通过自身不懈的努力与完善，形成一系列具有高度前瞻性和 创造性的产品。
仿真的简介分类介绍
仿真，即使用项目模型将特定于某一具体层次的不确定性转化为它们对目标的影响，该 影响是在项目仿真项目整体的层次上表示的。项目仿真利用计算机模型和某一具体层次的风 险估计，一般采用蒙特卡洛法进行仿真。 目录 简介 分类
仿真模型
应用和效益
简介 利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统， 又称模拟。这里所指的模型包括物理的和数学的，静态的和动态的，连续的和离散的各种模型。所指的系 统也很广泛,包括电气、机械、化工、水力、热力等系统,也包括社会、经济、生态、管理等系统。当所研究 的系统造价昂贵、实验的危险性大或需要很长的时间才能了解系统参数变化所引起的后果时，仿真是一种 特别有效的研究手段。仿真的重要工具是计算机。仿真与数值计算、求解方法的区别在于它首先是一种实 验技术。仿真的过程包括建立仿真模型和进行仿真实验两个主要步骤。
应用和效益 仿真技术得以发展的主要原因，是它所带来的巨大社会经济效益。50年代和60年代仿真主要应用于 航空、航天、电力、化工以及其他工业过程控制等工程技术领域。在航空工业方面，采用仿真技术使大 型客机的设计和研制周期缩短20%。利用飞行仿真器在地面训练飞行员，不仅节省大量燃料和经费(其经 费仅为空中飞行训练的十分之一)，而且不受气象条件和场地的限制。此外，在飞行仿真器上可以设置一 些在空中训练时无法设置的故障，培养飞行员应付故障的能力。训练仿真器所特有的安全性也是仿真技 术的一个重要优点。在航天工业方面，采用仿真实验代替实弹试验可使实弹试验的次数减少80%。在电 力工业方面采用仿真系统对核电站进行调试、维护和排除故障，一年即可收回建造仿真系统的成本。现 代仿真技术不仅应用于传统的工程领域，而且日益广泛地应用于社会、经济、生物等领域，如交通控制、 城市规划、资源利用、环境污染防治、生产管理、市场预测、世界经济的分析和预测、人口控制等。对 于社会经济等系统，很难在真实的系统上进行实验。因此，利用仿真技术来研究这些系统就具有更为重 要的意义。
分类 仿真可以按不同原则分类： ①按所用模型的类型(物理模型、数学模型、物理-数学模型)分为物理仿真、计算机仿真(数学仿真)、半 实物仿真; ②按所用计算机的类型(模拟计算机、数字计算机、混合计算机)分为模拟仿真、数字仿真和混合仿真; ③按仿真对象中的信号流(连续的、离散的)分为连续系统仿真和离散系统仿真; ④按仿真时间与实际时间的比例关系分为实时仿真(仿真时间标尺等于自然时间标尺)、超实时仿真(仿 真时间标尺小于自然时间标尺)和亚实时仿真(仿真时间标尺大于自然时间标尺); ⑤按对象的性质分为宇宙飞船仿真、化工系统仿真、经济系统仿真等。