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计算机仿真技术

日期:2007-02-15

  利用计算机科学和技术的成果建立被仿真的系统的模型,并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。它具有高效、安全、受环境条件的约束较少、可改变时间比例尺等优点,已成为分析、设计、运行、评价、培训系统(尤其是复杂系统)的重要工具。

  仿真 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。

  计算机仿真技术和用于仿真的计算机(简称仿真机)都应充分反映上述的仿真的特点及满足仿真工作者的需求。

  仿真机 用于仿真的计算机。20世纪50年代的仿真机大部分是以电子模拟计算机为主机实现的,在部分特殊应用领域内也有以液压机、气压机或阻抗网络作为主要模拟设备的。由于电子模拟计算机的精度较差等缺点,从70年代初开始,数字模拟混合仿真机得到发展。从70年代末起,以数字机为主机的各种各样专用和通用仿真机得到普及和推广。由于高性能工作站、巨型机、小巨机、软件技术和人工智能技术取得引人瞩目的进展,在80年代内人们对智能化的仿真机寄予希望,也在综合集成数字仿真和模拟仿真的优势的基础上,设计出在更高层次上的数字模拟混合仿真机,在一些特定的仿真领域内,这种智能仿真机和高层次的数字模拟仿真机都取得令人鼓舞的结果。

  随计算机技术的飞速发展,在仿真机中也出现了一批很有特色的仿真工作站、小巨机式的仿真机、巨型机式的仿真机。80年代初推出的一些仿真机,SYSTEM10和SYSTEM100就是这类仿真机的代表。

  仿真系统 为了建立一个有效的仿真系统,一般都要经历建立模型、仿真实验、数据处理、分析验证等步骤。为了构成一个实用的较大规模的仿真系统,除仿真机外,还需配有控制和显示设备。

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