MATLAB基础知识课件

1、系统仿真技术系统仿真技术第一章第一章 绪论绪论1课程简介2p本课程是自动化专业课，是利用计算机来论证、分析、研究、设计各种复杂控制系统的有力工具，是控制系统工程技术人员必须掌握的一门专业技术。p课程目的：通过本课程的学习，掌握MATLAB语言的基本知识，结合所学课程自动控制原理，学会运用MATLAB语言进行控制系统仿真和辅助设计的基本技能，为今后从事科学研究打下较好的基础。p学习方法： 注重基础（概念/原理）； 积极应用（Matlab工具）； 努力实践（实践出真知/创新源于自主实践）。第一章 概述第二章 MATLAB语言基础第三章 控制系统的数学描述与建模第四章 控制系统的分析方法第五章 SI

2、MULINK仿真基础教学内容学时安排与考试形式总学时：32（其中上机学时12）考试方式：课堂考试+实验+考勤3参考书目1 1控制系统数字仿真与控制系统数字仿真与CADCAD，张晓华主编，机械工业出版社，张晓华主编，机械工业出版社2 2系统仿真导论系统仿真导论，肖田元等编著，清华大学出版社，肖田元等编著，清华大学出版社，200120013 3控制系统计算机辅助设计控制系统计算机辅助设计MATLABMATLAB语言与应用语言与应用第第2 2版，薛定宇著，版，薛定宇著，清华大学出版社，清华大学出版社，200620064计算机仿真技术与应用，吴旭光、王新民编，西北工业大学出版社，2004 5控制系统M

3、ATLAB计算及仿真，黄忠霖编著，国防工业出版社，20016控制系统计算机仿真与CAD，陈在平，天津大学出版社，20027精通MATLAB6.5版，张志涌，北京航空航天大学出版社，20034E-mail:办公室：科技楼601联系方式： 本课程的互联网资源pThe MathWorks公司官方网站n产品与全套工具箱手册下载http:/n第三方工具箱下载 http:/pMATLAB 大观园 nhttp:/www.matlab- pMATLAB 与应用论坛nhttp:/56自动控制的原理方块图：自动控制的原理方块图：输出控制器变送器给定值Re执行器u对象C扰动B测量值自动控制装置要使该控制系统正常运转

4、，并满足期望的指标要使该控制系统正常运转，并满足期望的指标要求，需要以控制理论为指导来设计控制系统要求，需要以控制理论为指导来设计控制系统7Chapter 1 概述8仿真的基本概念计算机仿真 计算机仿真是基于所建立的系统模型，利用计算机仿真是基于所建立的系统模型，利用计算机对系统进行分析与研究的方法。计算机对系统进行分析与研究的方法。控制系统计算机仿真 基于系统的数学模型，利用计算机对控制系基于系统的数学模型，利用计算机对控制系统系统进行分析与研究。统系统进行分析与研究。 仿真，也称系统仿真，仿真的基本思想是利仿真，也称系统仿真，仿真的基本思想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实系统用物理的

5、或数学的模型来类比模仿现实系统的过程，以寻求对真实系统的认识。的过程，以寻求对真实系统的认识。9例子11011例子21、计算机辅助设计的概念p计算机辅助设计（CAD）技术是利用计算机高速而精确的计算能力、大容量存储和处理数据的能力，结合设计者的综合分析、逻辑判断及创造性思维，用以加快设计进程、缩短设计周期、提高设计质量的技术。说明：计算机辅助设计从广义上来讲它 包含了计算机仿真的内容，从狭义上说它的主要工作是利用计算机的运算能力来处理设计者手工处理所遇到的不便与繁琐。122、计算机仿真的概念仿真的定义p仿真的基本思想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求对真实过程的认识。它所遵循的

6、基本原则是相似性原理。计算机仿真的定义p计算机仿真是基于所建立的系统仿真模型，利用计算机对系统进行分析与研究的方法。13p 1.1 控制系统的分析方法控制系统的分析方法 p 1.2 系统、模型与数字仿真系统、模型与数字仿真p 1.3 仿真实验的分类与性能比较仿真实验的分类与性能比较p 1.4 仿真技术的应用与发展仿真技术的应用与发展p 1.5 计算机仿真软件计算机仿真软件 利用实验的方法对控制系统进行分析与设计，有三种实验方利用实验的方法对控制系统进行分析与设计，有三种实验方法：法：解析法、实验法、仿真实验法解析法、实验法、仿真实验法。（1）解析法）解析法 运用已掌握的理论知识，对所研究的对象

7、进行理论方面的分析、计算及综合。l受到理论不完善的影响以及对事物认识的不全面等因素的受到理论不完善的影响以及对事物认识的不全面等因素的影响，往往有很大的局限性。影响，往往有很大的局限性。1.1 控制系统的分析方法控制系统的分析方法（1）解析法）解析法 工程动力学问题 F=ma（2）实验法）实验法 在所建立的实际系统（或模型）上，利用各种仪器仪表，通过施加一定类型的激励信号，测取系统响应来确定系统的性能。系统模型（2）实验法）实验法 简单、直观、真实简单、直观、真实费用过高、具有危险性、周期长费用过高、具有危险性、周期长有时还可能根本无法实验有时还可能根本无法实验实际系统（3）仿真实验法）仿真实

8、验法 数学模型19虚拟模型（3）仿真实验法）仿真实验法 20实物模型（3）仿真实验法）仿真实验法 21（3）仿真实验法）仿真实验法 仿真实验性能比较：数学模型虚拟模型实物模型实物原型仿真精度低高22（3）仿真实验法）仿真实验法 工程应用：飞行器设计的三级仿真体系23（3）混合法）混合法 解析法+实验法确定的“六系数”（偏导数）2425（3）假想法）假想法 2627（4）仿真实验法）仿真实验法 为什么要进行仿真？为什么要进行仿真？在实际生产过程中，大部分控制对象比较复杂，现场实验造价高、周期长、充满危险或难于实现，如导弹飞行、飞行器控制、核反应堆控制等等。就需要对实际系统构建物理或数学模型，再把

9、研究结果应用到实际系统中去。什么是仿真？什么是仿真？ 仿真就是用模型模型（物理模型或数学模型）代替实际系统进行实验和研究。 仿真所遵循的基本原则遵循的基本原则是相似性原理相似性原理，即几何相似、环境相似和性能相似。几何相似几何相似环境相似环境相似性能相似性能相似291.2 系统、模型与数字仿真系统、模型与数字仿真仿真三要素仿真三要素仿真原则：仿真原则：相似性原则相似性原则30G.Golden- “按照某些规律结合起来，互相作按照某些规律结合起来，互相作用、互相依存的所有用、互相依存的所有实体实体的集合或总和的集合或总和”。 1 系统系统31系统系统确定边界、输入、输出确定边界、输入、输出描述系

10、统描述系统“三要素三要素”：实体、属性、活动：实体、属性、活动实体确定了系统的构成，也就确定了系统的边界；实体确定了系统的构成，也就确定了系统的边界；属性也称为描述变量，描述每一实体的特征；属性也称为描述变量，描述每一实体的特征；活动定义了系统内部实体之间的相互作用，从而确定了系统内部发活动定义了系统内部实体之间的相互作用，从而确定了系统内部发生变化的过程。生变化的过程。 边界边界环境环境系统系统输入输入输出输出32系统系统 （续）电动机转速闭环控制系统电动机转速闭环控制系统 实体：电动机、测速元件、比较元件以及控制器。实体：电动机、测速元件、比较元件以及控制器。相互作用：实现按给定要求调节电

11、动机的速度相互作用：实现按给定要求调节电动机的速度 输入量变为数字量频压转换332 模型模型 模型模型实际系统本质的抽象与简化实际系统本质的抽象与简化（1）真实的系统尚未建立）真实的系统尚未建立（2）可能会引起系统破坏或发生故障）可能会引起系统破坏或发生故障（3）难以保证每次试验的条件相同）难以保证每次试验的条件相同（4）试验时间太长或费用昂贵）试验时间太长或费用昂贵模型分为两大类模型分为两大类物理模型，采用一定比例尺按照真实系统的物理模型，采用一定比例尺按照真实系统的“样子样子”制制作沙盘模型作沙盘模型数学模型，用数学表达式形式来描述系统的内在规律。数学模型，用数学表达式形式来描述系统的内在

12、规律。 模型是对现实系统有关结构信息和行为的某种形模型是对现实系统有关结构信息和行为的某种形式的描述，是对系统的特征与变化规律的一种定式的描述，是对系统的特征与变化规律的一种定量抽象，是人们认识事物的一种手段或工具。量抽象，是人们认识事物的一种手段或工具。34系统模型层次系统模型层次行为层次行为层次亦称为输入亦称为输入/输出层次输出层次 将系统视为一个将系统视为一个“黑盒黑盒”，在输入信号的作用下，在输入信号的作用下，只对系统的输出进行测量；只对系统的输出进行测量；分解结构层次分解结构层次 将系统看成若干个黑盒连接起来，定义每个黑盒将系统看成若干个黑盒连接起来，定义每个黑盒的输入与输出，以及它

13、们相互之间的连接关系；的输入与输出，以及它们相互之间的连接关系；状态结构层次状态结构层次 不仅定义了系统的输入与输出，而且还定义了系不仅定义了系统的输入与输出，而且还定义了系统内部的状态集及状态转移函数。统内部的状态集及状态转移函数。 35Orn分类：分类：模型描述变量的模型描述变量的轨轨 迹迹模型的模型的时间集合时间集合模模 型型形形 式式变量范围变量范围连续连续离散离散空间连续变化模空间连续变化模型型连续时间连续时间模型模型偏微分方程偏微分方程空间不连续变化空间不连续变化模型模型常微分方程常微分方程离散离散(变化模型变化模型)离散时间离散时间模型模型差分方程差分方程有限状态机有限状态机马尔

14、可夫链马尔可夫链连续时间连续时间模型模型活动扫描活动扫描事件调度事件调度进程交互进程交互36模型的建立模型的建立37模型的建立模型的建立QiQoH2LV1001Q12uH1Qdu1H2H，dQA2H1H2Hu控制作用为控制作用为 ，控制调节，控制调节阀阀LV1001的开度，从而影的开度，从而影响第响第1个水箱的液位个水箱的液位 和第和第2个水箱的液位个水箱的液位 ，第，第1个个水箱有干扰流量水箱有干扰流量 ，两个，两个水箱的截面积都是水箱的截面积都是 。取。取被控变量为第被控变量为第2个水箱的液个水箱的液位位 ，建立该二阶水箱的，建立该二阶水箱的状态空间表达式描述的数学状态空间表达式描述的数学

15、模型。选取模型。选取 为状态为状态变量，控制作用变量，控制作用 为输入。为输入。 u383 仿真仿真 定义：定义：1961年，年，G.W.Morgenthater，首次技术性定义，首次技术性定义“仿真意指在实际系统尚不存在的情况下仿真意指在实际系统尚不存在的情况下,对于系统或活动对于系统或活动本质的实现本质的实现”。1978年，年，Krn，“连续系统仿真连续系统仿真”“用能代表所研究的系统的模型作实验用能代表所研究的系统的模型作实验”。1982年，年，Spriet进一步将仿真的内涵加以扩充进一步将仿真的内涵加以扩充“所有支持模型建立与模型分析的活动即为仿真活动所有支持模型建立与模型分析的活动即

16、为仿真活动”1984年，年， Orn 给出了仿真的基本概念框架给出了仿真的基本概念框架“建模建模实验分析实验分析”“仿真是一种基于模型的活动仿真是一种基于模型的活动” 39系统、模型、仿真三者之间的关系系统、模型、仿真三者之间的关系 系统是研究的对象系统是研究的对象模型是系统的抽象模型是系统的抽象仿真是对模型的实验仿真是对模型的实验 传统上：传统上：“系统建模系统建模”系统辨识技术范畴系统辨识技术范畴“仿真建模仿真建模”即针对不同形式的系统模型研究其求解算法即针对不同形式的系统模型研究其求解算法“仿真实验仿真实验”检验（检验（Verification）“仿真程序仿真程序”的检验的检验 致效（致

17、效（Validation）将仿真结果与实际将仿真结果与实际 系统的行为进行比较系统的行为进行比较 40系系 统统模模 型型计算机计算机系统建模系统建模仿真实验仿真实验仿真建模仿真建模 计算机仿真三要素及三个基本活动计算机仿真三要素及三个基本活动计算机仿真三要素计算机仿真三要素41系统、模型、仿真三者之间的关系系统、模型、仿真三者之间的关系(续续)现代仿真技术现代仿真技术：将仿真活动扩展到上述三个方面，并将其统一到同一环境中。：将仿真活动扩展到上述三个方面，并将其统一到同一环境中。系统建模系统建模p 基本定律及系统辨识等方法计算机程序化基本定律及系统辨识等方法计算机程序化p 用仿真方法确定实际系

18、统的模型用仿真方法确定实际系统的模型p 基于模型库的结构化建模基于模型库的结构化建模p 采用面向对象建模（采用面向对象建模（Object- Oriented Modeling）方法，在类库的）方法，在类库的基础上实现模型拼合与重用基础上实现模型拼合与重用仿真建模仿真建模p 许多新算法和新软件许多新算法和新软件p 模型与实验分离技术，即模型的数据驱动（模型与实验分离技术，即模型的数据驱动（data driven）。）。p 仿真问题分为两部分：模型与实验仿真问题分为两部分：模型与实验p 模型又分为两部分：参数模型和参数值模型又分为两部分：参数模型和参数值仿真实验仿真实验p将实验框架与仿真运行控制区

19、分将实验框架与仿真运行控制区分p实验框架定义一组条件实验框架定义一组条件p输出函数的定义也与仿真模型分离开来输出函数的定义也与仿真模型分离开来 42为了研究、分析、设计和实现一个系统需要进行实验为了研究、分析、设计和实现一个系统需要进行实验实验的方法：实验的方法： 1 1）直接在真实系统上进行）直接在真实系统上进行 2 2）先构造模型，然后通过对模型的实验代替（或）先构造模型，然后通过对模型的实验代替（或部分代替）真实系统的实验部分代替）真实系统的实验 通过模型实验的方法日益被人们所使用通过模型实验的方法日益被人们所使用 43在真实系统上进行试验在真实系统上进行试验n在真实系统上试验会破坏系统

20、的正常运行；在真实系统上试验会破坏系统的正常运行；n难以按预期的要求改变参数，或者得不到所需要难以按预期的要求改变参数，或者得不到所需要的试验条件；的试验条件；n很难保证每次的操作条件相同，难以对试验结果很难保证每次的操作条件相同，难以对试验结果做出正确的判断；做出正确的判断；n无法复原；无法复原；n试验时间太长、费用太大或者有危险等试验时间太长、费用太大或者有危险等 n系统处于设计阶段，真实系统尚未建成系统处于设计阶段，真实系统尚未建成44仿真技术在系统设计中的应用仿真技术在系统设计中的应用 新系统设计新系统设计：提供了强有力的工具：提供了强有力的工具 在可行性论证阶段，进行定量比较，为系统

21、设计打下坚实的在可行性论证阶段，进行定量比较，为系统设计打下坚实的基础基础 在系统设计阶段，进行模型实验、模型简化并进行优化设计在系统设计阶段，进行模型实验、模型简化并进行优化设计系统改造设计系统改造设计：涉及新的设备、部件或控制装置：涉及新的设备、部件或控制装置 利用仿真技术进行分系统实验，即一部分采用实际部件，另利用仿真技术进行分系统实验，即一部分采用实际部件，另一部分采用模型，避免由于新的子系统的投入可能造成对原一部分采用模型，避免由于新的子系统的投入可能造成对原系统的破坏或影响，大大缩短开工周期，提高系统投入的一系统的破坏或影响，大大缩短开工周期，提高系统投入的一次成功率次成功率 45

22、(1)工程领域工程领域: 机械机械,航空航空,航天航天,电力电力,冶金冶金,化工和电子等化工和电子等. 非工程领域非工程领域: 交通管理交通管理,生产调度生产调度,库存控制库存控制,生态环境和社会生态环境和社会经济等经济等.(2) CVDS (Continuous Variable Dynamic Systems) 连续（变量连续（变量动态）系统。动态）系统。 DEDS (Discrete Event Dynamic Systems) 离散事件（动态）系统。离散事件（动态）系统。 HDS (Hybrid Dynamic Systems) 混合（动态）系统。混合（动态）系统。 仿真技术在系统设计

23、中的应用仿真技术在系统设计中的应用(续续)461.3 系统仿真的类型系统仿真的类型 系统仿真系统仿真-建立系统的模型建立系统的模型, ,并在模型上进行实验并在模型上进行实验. .例如例如:(1):(1)将按一定比例缩小的飞行器模型置于风洞中吹风将按一定比例缩小的飞行器模型置于风洞中吹风, ,测出飞行器的升力、阻力、力矩等特性；测出飞行器的升力、阻力、力矩等特性；(2)(2)要建设一个大水电站要建设一个大水电站, ,先建一个规模缩小的小水电站来取先建一个规模缩小的小水电站来取得建设水电站的经验及其运行规律得建设水电站的经验及其运行规律. .(3)(3)指挥员利用沙盘来指挥一个战役或一个战斗指挥员

24、利用沙盘来指挥一个战役或一个战斗. .系统仿真是系统仿真是分析和研究各种（复杂）系统的重要工具分析和研究各种（复杂）系统的重要工具. 控制系统：先进控制策略控制系统：先进控制策略APC在实施之前，必须建立装置在实施之前，必须建立装置的模型进行仿真，观察控制效果的模型进行仿真，观察控制效果471根据模型的物理属性根据模型的物理属性系统仿真系统仿真分类分类物理仿真物理仿真 数学仿真数学仿真 半实物仿真半实物仿真48物理仿真物理仿真：按照真实系统的物理性质构造系统的物理模型，并：按照真实系统的物理性质构造系统的物理模型，并在物理模型上进行实验的过程称为物理仿真。在物理模型上进行实验的过程称为物理仿真

25、。物理仿真的优点是：直观、形象，也称为物理仿真的优点是：直观、形象，也称为“模拟模拟”。物理仿真的缺点是：模型改变困难，实验限制多，投资较大。物理仿真的缺点是：模型改变困难，实验限制多，投资较大。数学仿真数学仿真：对实际系统进行抽象，并将其特性用数学关系加以：对实际系统进行抽象，并将其特性用数学关系加以描述而得到系统的数学模型，对数学模型进行实验的过程称描述而得到系统的数学模型，对数学模型进行实验的过程称为数学仿真。为数学仿真。计算机技术的发展为数学仿真创造了环境，亦称为计算机仿真计算机技术的发展为数学仿真创造了环境，亦称为计算机仿真数学仿真优点是：方便、灵活、经济数学仿真优点是：方便、灵活、

26、经济数学仿真缺点是：受限于系统建模技术，即系统数学模型不易数学仿真缺点是：受限于系统建模技术，即系统数学模型不易建立。建立。 1. 根据模型的物理属性根据模型的物理属性系统仿真系统仿真分类分类49 1.根据模型的物理属性根据模型的物理属性系统仿真系统仿真分类分类(续续)半实物仿真半实物仿真 半实物仿真：即将数学模型与物理模型甚至实物半实物仿真：即将数学模型与物理模型甚至实物联合起来进行实验。联合起来进行实验。 对系统中比较简单的部分或对其规律比较清楚的对系统中比较简单的部分或对其规律比较清楚的部分建立数学模型，并在计算机上加以实现部分建立数学模型，并在计算机上加以实现 对比较复杂的部分或对规律

27、尚不十分清楚的系统，对比较复杂的部分或对规律尚不十分清楚的系统，其数学模型的建立比较困难，则采用物理模型或其数学模型的建立比较困难，则采用物理模型或实物实物 仿真时将两者连接起来完成整个系统的实验仿真时将两者连接起来完成整个系统的实验 502.根据仿真计算机类型分类根据仿真计算机类型分类 p模拟计算机仿真模拟计算机仿真 p数字计算机仿真数字计算机仿真 p数字模拟混合仿真数字模拟混合仿真 512.根据仿真计算机类型分类（续）根据仿真计算机类型分类（续）p模拟计算机仿真模拟计算机仿真：模拟计算机本质上是一种通用的电气装：模拟计算机本质上是一种通用的电气装置，这是置，这是5060年代普遍采用仿真设备

28、。将系统数学模年代普遍采用仿真设备。将系统数学模型在模拟机上加以实现并进行实验称为模拟机仿真。型在模拟机上加以实现并进行实验称为模拟机仿真。 模拟机仿真是一种并行仿真，仿真时，代表模型的各部件模拟机仿真是一种并行仿真，仿真时，代表模型的各部件是并发执行的。是并发执行的。 p数字计算机仿真数字计算机仿真：将系统数学模型用计算机程序加以实现，将系统数学模型用计算机程序加以实现，通过运行程序来得到数学模型的解，从而达到系统仿真的通过运行程序来得到数学模型的解，从而达到系统仿真的目的。目的。 早期的数字计算机仿真则是一种串行仿真，因为计算机只早期的数字计算机仿真则是一种串行仿真，因为计算机只有一个中央

29、处理器（有一个中央处理器（CPU），计算机指令只能逐条执行。），计算机指令只能逐条执行。 522.根据仿真计算机类型分类（续）根据仿真计算机类型分类（续）p数字模拟混合仿真：数字模拟混合仿真： 为了发挥模拟计算机并行计算和数字计算机强大为了发挥模拟计算机并行计算和数字计算机强大的存贮记忆及控制功能，以实现大型复杂系统的的存贮记忆及控制功能，以实现大型复杂系统的高速仿真，将系统模型分为两部分，其中一部分高速仿真，将系统模型分为两部分，其中一部分放在模拟计算机上运行，另一部分放在数字计算放在模拟计算机上运行，另一部分放在数字计算机上运行，两个计算机之间利用模机上运行，两个计算机之间利用模/数和数数

30、和数/模转模转换装置交换信息。换装置交换信息。 533 根据仿真时钟与实际时钟的比例关系分类根据仿真时钟与实际时钟的比例关系分类 实际动态系统的时间基称为实际动态系统的时间基称为实际时钟实际时钟系统仿真时模型所采用的时钟称为系统仿真时模型所采用的时钟称为仿真时钟仿真时钟实时仿真实时仿真：即仿真时钟与实际时钟完全一致：即仿真时钟与实际时钟完全一致模型仿真的速度与实际系统运行的速度相同模型仿真的速度与实际系统运行的速度相同当被仿真的系统中存在物理模型或实物时，必须进行实时仿当被仿真的系统中存在物理模型或实物时，必须进行实时仿真真亚实时仿真亚实时仿真：即仿真时钟慢于实际时钟：即仿真时钟慢于实际时钟模

31、型仿真的速度慢于实际系统运行的速度，也称为模型仿真的速度慢于实际系统运行的速度，也称为离线仿真。离线仿真。超实时仿真超实时仿真：即仿真时钟快于实际时钟：即仿真时钟快于实际时钟模型仿真的速度快于实际系统运行的速度模型仿真的速度快于实际系统运行的速度 544. 根据系统模型的特性分类根据系统模型的特性分类 连续系统仿真连续系统仿真连续系统是指系统状态随时间连续变化的系统连续系统是指系统状态随时间连续变化的系统分为：分为：n集中参数系统模型集中参数系统模型，一般用常微分方程（组）描述，一般用常微分方程（组）描述 （如电路系统，机械动力学系统，生态系统等）（如电路系统，机械动力学系统，生态系统等）n分

32、布参数系统模型分布参数系统模型，一般用偏微分方程（组）描述，一般用偏微分方程（组）描述 如各种物理和工程领域中的如各种物理和工程领域中的“场场”问题）问题）n离散时间变化模型中的离散时间变化模型中的差分模型归为连续系统仿真差分模型归为连续系统仿真范畴范畴离散事件系统仿真离散事件系统仿真 离散事件系统是指在离散事件系统是指在某些随机时间某些随机时间点上，点上，系统状态发生离系统状态发生离散散变化的系统。变化的系统。 （如库存管理、交通管理和通讯系统等）554.根据系统模型的特性分类（续）根据系统模型的特性分类（续） 与连续系统的主要与连续系统的主要区别区别在于：在于：p状态变化发生在随机时间点上

33、这种引起状态变化的行为称状态变化发生在随机时间点上这种引起状态变化的行为称为为“事件事件”，因而这类系统是由事件驱动的；，因而这类系统是由事件驱动的；p“事件事件”往往发生在随机时间点上，亦称为随机事件，因往往发生在随机时间点上，亦称为随机事件，因而一般都具有随机特性而一般都具有随机特性p系统的状态变量往往是系统的状态变量往往是离散变化离散变化的的p系统的系统的动态特性动态特性很难用人们所熟悉的数学方程形式描述很难用人们所熟悉的数学方程形式描述p研究与分析的主要目标是系统行为的研究与分析的主要目标是系统行为的统计性能统计性能而不是行而不是行为的点轨迹。为的点轨迹。 565系统仿真的一般步骤系统

34、仿真的一般步骤 p建模与形式化：建模与形式化：p确定模型的边界，确定模型的边界，p模型进行形式化处理模型进行形式化处理p仿真建模：仿真建模： p选择合适的算法，选择合适的算法，p算法的稳定性、计算精度、计算速度算法的稳定性、计算精度、计算速度p程序设计程序设计：p将仿真模型用计算机能执行的程序来描述将仿真模型用计算机能执行的程序来描述p程序中要包括仿真实验的要求程序中要包括仿真实验的要求p仿真运行参数、控制参数、输出要求仿真运行参数、控制参数、输出要求p模型校验：程序调试模型校验：程序调试p检验所选仿真算法的合理检验所选仿真算法的合理p检验模型计算的正确性（检验模型计算的正确性（Verific

35、ation）p仿真运行：对模型进行实验仿真运行：对模型进行实验p仿真结果分析：对系统性能作出评价仿真结果分析：对系统性能作出评价p模型可信性检验（模型可信性检验（Validation）p只有可信的模型才能作为仿真的基础只有可信的模型才能作为仿真的基础 实际系统建模与形式化形式模型仿真建模程序设计仿真模型校验正确否？否仿真运行仿真结果分析是正确否？否是结束仿仿 真真 的的 一一 般般 步步 骤骤可信否？否是571.4 现代仿真新技术1、建模与仿真方法学p从建模的方法学来看，除了典型的机理建模及系统辨识方法外，近年来正积极发展模糊优化法、人工智能辅助建模方法学及混合模式p校核、验证及的验收技术，已

36、成为复杂系统建模与仿真技术中的重要课题。pverification，validation582仿真算法p仿真算法是将系统模型转换成仿真模型的一类算法，在数字仿真模型中起核心和关键作用。p仿真算法经历了从串行算法到并行算法的发展过程。目前，连续系统与离散事件系统的非实时串行算法已相当完善，当前研究的重点是实时连续系统算法、各类系统的并行算法及定性系统算法。593仿真计算机/仿真器p硬件方面：基于多CPU并行处理技术的全数字仿真将有效提高仿真系统的速度，大大增强数字仿真的实时性。p分布式数字仿真：充分利用网络技术，协调合作，投资少，效果好。p虚拟现实技术：综合了计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、显示技术以及仿真技术等多学科，使人置身于真实环境之中。601.5 1.5 计算机仿真软件计算机仿真软件1. 仿真软件的发展1、程序编程阶段p所有问题（如：微分方程求解、矩阵运算、绘图等）都是用高级算法语言（如C、FORTRAN等）来编写。2、程序软件包阶段p出现了“应用子程序库”。3、交互式语言阶段（仿真语言）p仿真语言可用一条指令实现某种功能，如“系统特征值的求解”，使用人员不必考虑什么算法，以及如何实现等低级问题。4、模型化图形组态阶段p符合设计人员对基于模型图形化的描述。612 几种仿真软件