1系统仿真综述课件

系统仿真综述系统仿真综述1系统仿真发展历史仿真又称作蒙特卡罗方法，它是一种通过用随机数做实验来求解随机问题的技术。基础理论的发展最早追溯到1773年法国自然学家G.L.L.Buffon为了估计π的值所进行的物理实验。第一个利用这种方法做随机数实验的人也许是美国统计学家E.L.DeForest，那是在1876年。比较早使用蒙特卡罗方法的是W.S.Gosset，他在1908年以“Student”为笔名发表论文时，使用了蒙特卡罗方法来证明他的t分布法1951年，但是直到约75年之后S.Ulam和J.VonNewmann将它命名为蒙特卡罗方法计算机技术的发展系统仿真发展历史仿真又称作蒙特卡罗方法，它是一种通过用随机数2系统仿真的定义Simulation1961年G.W.Morgenthler指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。现在系统仿真是通过对系统模型的实验，研究一个存在的或设计中的系统系统仿真是对系统动态模型的实验系统仿真的定义Simulation1961年G.W.Morg3系统仿真的定义Simulation雷诺(T.H.Naylor)于1966年在其专著中对仿真作了如下定义：“仿真是在数字计算机上进行试验的数字化技术，它包括数字与逻辑模型的某些模式，这些模型描述某一事件或经济系统(或者它们的某些部分)在若干周期内的特征。”其它一些定义只对仿真作一些概括的描述：仿真就是模仿真实系统；仿真就是利用模型来作实验等等。艾伦(A.Alan)在1979年8月出版的《仿真》期刊上对众多的定义进行了综述系统仿真的定义Simulation雷诺(T.H.Naylor4建模和仿真三个基本要素：系统、系统模型、计算机。三项要素的基本活动模型建立、仿真模型建立和仿真试验。建模和仿真三个基本要素：三项要素的基本活动5综合定义系统仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算技术等理论基础之上的，以计算机和其它专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助于专家经验知识、统计数据和信息资料对试验结果进行分析研究，进而做出决策的一门综合性的和试验性的学科。综合定义系统仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计6系统仿真的分类根据计算机类型模拟计算机仿真数字计算机仿真模拟数字混合仿真仿真时钟与实际时钟的比例关系实时仿真欠(亚)实时仿真超实时仿真系统模型的特性连续系统仿真离散事件系统仿真其他系统仿真的分类根据计算机类型仿真时钟与实际时钟的比例关系系统7系

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图8仿真模型物理模型静态物理模型动态物理模型仿真数学模型一次近似模型——系统的数学模型二次近似模型——仿真数学模型半实物仿真（物理-数学仿真）实物在仿真回路中仿真模型物理模型9仿真模型的基本属性相似性对应性重复性仿真模型的基本属性相似性10仿真实验符合仿真模型的基本属性便于分析研究、参数优化具备良好的人机交互界面仿真实验符合仿真模型的基本属性11仿真实验过程仿真实验过程12仿真实验分级仿真实验分级13逆向仿真建模黑盒子已知输入与输出，不知系统的内部结构假定模型仿真实验修正仿真模型逆向仿真建模黑盒子14系统仿真技术应用领域声学、航天、农业、食品和营养、空气质量、天文学和天文物理学、自动装置、发射学和军事应用、生物学、布朗运动、公共汽车系统、化工、化学、密码、气候学、气象学和太阳能利用、通信、计算机装置、计算机网络、相关作用、结晶学、剂量学、电子学、能量、平均信息量、发酵、金融、火力科学、渔业、林业、打猎、卫生系统、放牧管理、全息照相术、信息理论、保险、发明管理和政策、灌溉、就业、排队、维修、管理、计划和决策、生产和分配制度、医学课程、医药、微型计算机、迁徒、采矿、模型制造、分子学、蒙特卡罗方法、自然资源计划、航海、核物理学、光学、视力测定、纸张和纸浆、纺织、寄生物学、药物动力学、摄影学、警察巡逻学、政治与选举、多能湿度表、人口、人口生态与野生生物管理、动力系统与机械、精神病学、随机数字、随机数与心理研究、随机数发生、可靠性、机器人和自动化、科学发现、社会体制和公共政策、空间飞行、统计、交通工程、运输、肿瘤生长、交通工具设计等等。系统仿真技术应用领域声学、航天、农业、食品和营养、空气质量、15秦始皇兵马俑仿真秦始皇兵马俑仿真16国内外现状计算机仿真技术是由系统工程、现代数学方法和计算机技术相结合的新兴学科。科学研究途径理论推导、科学实验、仿真模拟美国国家关键技术中被列为第16项武器和战场的仿真与国防有关项目我国也得到应用国内外现状计算机仿真技术是由系统工程、现代数学方法和计算机技17仿真计算机银河仿真I型计算机银河仿真II型计算机银河实时仿真工作站通用超级小型仿真机仿真计算机银河仿真I型计算机18仿真软件专用仿真计算机软件系统一般仿真软件仿真软件专用仿真计算机软件系统19仿真的实现步骤问题的提出模型的建立数据需求模型转换论证和计划实验分析结果修改和完善模型实施和文档系统维护仿真的实现步骤问题的提出20仿真系统的作用和意义(1)在方案设计阶段①通过作战运用研究，评定战术技术指标的合理性；②论证战术技术指标的可行性；③确定各分系统最佳指标并研究这些指标的协调性、可行性；④制导系统各模块功能的确定，作战体制研究，作战软件编制等⑤控制系统设计；⑧检验各种抗干扰措施的有效性；⑦确定指控系统总体指标和方案；⑧全系统功能仿真。仿真系统的作用和意义(1)在方案设计阶段21仿真系统的作用和意义(2)在武器研制阶段①进行制导系统和指挥系统的性能仿真，以检查各分系统实际性能是否协调，能否满足系统指标要求并确定各分系统允许公差范围；②为各种飞行试验作事先难备及结果分析；查找出现故障的原因，为系统改进提供依据；⑦进行作战配合仿真、判断引信启动和杀伤物质动态飞散区的配合效果，计算武器杀伤效率；④进行系统软件的开发，解决各分系统硬、软件的功能协调，优化系统软件；⑤利用打靶测量结果进行辨识、校验模型；通过仿真与靶场试验结合，设计最佳靶场试验方案，以提高经济效益。仿真系统的作用和意义(2)在武器研制阶段22仿真系统的作用和意义(3)在武器定型阶段①进行全系统仿真，结合打靶确定武器系统在作战空域内的精度及杀伤概率②提供作战软件；③研究定型过程出现的问题并加以解决；④与靶场试验结合对武器系统性能作出鉴定。仿真系统的作用和意义(3)在武器定型阶段23仿真系统的作用和意义(4)武器装备部队阶段①对部队使用过程发现的问题进行分析研究并予以解决②协助部队进行训练和作战运用，攻防对策的研究；③研究武器系统对付新的敌情和作战背景的能力；④武器系统的改进和研究。取得很高的经济效益仿真系统的作用和意义(4)武器装备部队阶段24系统仿真综述系统仿真综述25系统仿真发展历史仿真又称作蒙特卡罗方法，它是一种通过用随机数做实验来求解随机问题的技术。基础理论的发展最早追溯到1773年法国自然学家G.L.L.Buffon为了估计π的值所进行的物理实验。第一个利用这种方法做随机数实验的人也许是美国统计学家E.L.DeForest，那是在1876年。比较早使用蒙特卡罗方法的是W.S.Gosset，他在1908年以“Student”为笔名发表论文时，使用了蒙特卡罗方法来证明他的t分布法1951年，但是直到约75年之后S.Ulam和J.VonNewmann将它命名为蒙特卡罗方法计算机技术的发展系统仿真发展历史仿真又称作蒙特卡罗方法，它是一种通过用随机数26系统仿真的定义Simulation1961年G.W.Morgenthler指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。现在系统仿真是通过对系统模型的实验，研究一个存在的或设计中的系统系统仿真是对系统动态模型的实验系统仿真的定义Simulation1961年G.W.Morg27系统仿真的定义Simulation雷诺(T.H.Naylor)于1966年在其专著中对仿真作了如下定义：“仿真是在数字计算机上进行试验的数字化技术，它包括数字与逻辑模型的某些模式，这些模型描述某一事件或经济系统(或者它们的某些部分)在若干周期内的特征。”其它一些定义只对仿真作一些概括的描述：仿真就是模仿真实系统；仿真就是利用模型来作实验等等。艾伦(A.Alan)在1979年8月出版的《仿真》期刊上对众多的定义进行了综述系统仿真的定义Simulation雷诺(T.H.Naylor28建模和仿真三个基本要素：系统、系统模型、计算机。三项要素的基本活动模型建立、仿真模型建立和仿真试验。建模和仿真三个基本要素：三项要素的基本活动29综合定义系统仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算技术等理论基础之上的，以计算机和其它专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助于专家经验知识、统计数据和信息资料对试验结果进行分析研究，进而做出决策的一门综合性的和试验性的学科。综合定义系统仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计30系统仿真的分类根据计算机类型模拟计算机仿真数字计算机仿真模拟数字混合仿真仿真时钟与实际时钟的比例关系实时仿真欠(亚)实时仿真超实时仿真系统模型的特性连续系统仿真离散事件系统仿真其他系统仿真的分类根据计算机类型仿真时钟与实际时钟的比例关系系统31系

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图32仿真模型物理模型静态物理模型动态物理模型仿真数学模型一次近似模型——系统的数学模型二次近似模型——仿真数学模型半实物仿真（物理-数学仿真）实物在仿真回路中仿真模型物理模型33仿真模型的基本属性相似性对应性重复性仿真模型的基本属性相似性34仿真实验符合仿真模型的基本属性便于分析研究、参数优化具备良好的人机交互界面仿真实验符合仿真模型的基本属性35仿真实验过程仿真实验过程36仿真实验分级仿真实验分级37逆向仿真建模黑盒子已知输入与输出，不知系统的内部结构假定模型仿真实验修正仿真模型逆向仿真建模黑盒子38系统仿真技术应用领域声学、航天、农业、食品和营养、空气质量、天文学和天文物理学、自动装置、发射学和军事应用、生物学、布朗运动、公共汽车系统、化工、化学、密码、气候学、气象学和太阳能利用、通信、计算机装置、计算机网络、相关作用、结晶学、剂量学、电子学、能量、平均信息量、发酵、金融、火力科学、渔业、林业、打猎、卫生系统、放牧管理、全息照相术、信息理论、保险、发明管理和政策、灌溉、就业、排队、维修、管理、计划和决策、生产和分配制度、医学课程、医药、微型计算机、迁徒、采矿、模型制造、分子学、蒙特卡罗方法、自然资源计划、航海、核物理学、光学、视力测定、纸张和纸浆、纺织、寄生物学、药物动力学、摄影学、警察巡逻学、政治与选举、多能湿度表、人口、人口生态与野生生物管理、动力系统与机械、精神病学、随机数字、随机数与心理研究、随机数发生、可靠性、机器人和自动化、科学发现、社会体制和公共政策、空间飞行、统计、交通工程、运输、肿瘤生长、交通工具设计等等。系统仿真技术应用领域声学、航天、农业、食品和营养、空气质量、39秦始皇兵马俑仿真秦始皇兵马俑仿真40国内外现状计算机仿真技术是由系统工程、现代数学方法和计算机技术相结合的新兴学科。科学研究途径理论推导、科学实验、仿真模拟美国国家关键技术中被列为第16项武器和战场的仿真与国防有关项目我国也得到应用国内外现状计算机仿真技术是由系统工程、现代数学方法和计算机技41仿真计算机银河仿真I型计算机银河仿真II型计算机银河实时仿真工作站通用超级小型仿真机仿真计算机银河仿真I型计算机42仿真软件专用仿真计算机软件系统一般仿真软件仿真软件专用仿真计算机软件系统43仿真的实现步骤问题的提出模型的建立数据需求模型转换论证和计划实验分析结果修改和完善模型实施和文档系统维护仿真的实现步骤问题的提出44仿真系统的作用和意义(1)在方案设计阶段①通过作战运用研究，评定战术技术指标的合理性；②论证战术技术指标的可行性；③确定各分系统最佳指标并研究这些指标的协调性、可行性；④制导系统各模块功能的确定，作战体制研究，作战软件编制等⑤控制系统设计；⑧检验各种抗干扰措施的有效性；⑦确定指控系统总体指标和方案；⑧全系统功能仿真。仿真系统的作用和意义(1)在方案设计阶段45仿真系统的作用和意义(2)在武器研制阶段①进行制导系统和指挥系统的性能仿真，以检查各分系统实际性能是否协调，能否满足系统指标要求并确定各分系统允许公差范围；②为各种飞行试验作事先难备及结果分析；查找出现故障的原因，为系统改进提供依据；⑦进行作战配合仿真、判断引信启动和杀伤物质动态飞散区的配合效果，计算武器杀伤效率；④进行系统软件的开发，解决各分系统硬、软件的功能协调，优化系统软件；⑤利用打靶测量结果进行辨识、校验模型；通过仿真与靶场试验结合，设计最佳靶场试验方案，以提高经济效