計算機(jī)仿真技術(shù)

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1、計算機(jī)仿真技術(shù)1.緒論自我介紹：張紹陽，交通信息工程系，課程名稱：系統(tǒng)仿真技術(shù)。1.1.關(guān)于教材不進(jìn)行指定，廣泛的參考，大多教材都是介紹性的，應(yīng)用型的可以參考具體的軟件的幫助，理論性的研究大多在最新的論文中。1.2.導(dǎo)論大家都聽過的名次：仿真、模擬，已經(jīng)成為一門學(xué)科。美國國家關(guān)鍵技術(shù)委員會1991年確定仿真技術(shù)為影響美國安全和繁榮的22個關(guān)鍵技術(shù)之一。在軍事、航空、航天、原子能、工程、交通、制造行業(yè)等已經(jīng)具有了廣泛的用途。仿真技術(shù)種類繁多，大家聽說過的matlab仿真、有限元仿真、虛擬現(xiàn)實仿真、離散系統(tǒng)仿真等都是仿真，1

2、、他們之間有什么樣的規(guī)律，如何認(rèn)識，2、在進(jìn)行應(yīng)用時如何去選取合適的工具，3、如果研究仿真技術(shù)，其研究領(lǐng)域是什么這些都將在本門課中進(jìn)行解決。1.3.研究生教學(xué)的特點本門課程是導(dǎo)論性的課，雖然是學(xué)位課，但是希望大家了解研究生教學(xué)的特點：研究生培養(yǎng)目標(biāo)是獨立解決問題的能力，而不是純粹的知識或者技能，用一個例子來理解：挖金子，對于本科生培養(yǎng)的是認(rèn)識金子、認(rèn)識工具、使用工具的方法；對于研究生則是金礦的形成規(guī)律、工具的選擇、方法的選擇等；對于博士生，則是為什么要挖的問題了。1.4.系統(tǒng)仿真定義從認(rèn)識論角度，仿真是對現(xiàn)實世界的模擬，

3、但是現(xiàn)實世界是龐大的，無界的，在科學(xué)研究過程中，我們經(jīng)常把研究內(nèi)容界定在一定的范圍，這個范圍我們稱之為系統(tǒng)，在仿真研究中，我們也是對現(xiàn)實世界中的某個系統(tǒng)進(jìn)行仿真。稱之為：系統(tǒng)仿真。定義：系統(tǒng)仿真是一相似原理、系統(tǒng)技術(shù)、信息技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域的有關(guān)專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機(jī)、仿真器和各種專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對真實的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)研究的多學(xué)科的綜合性技術(shù)。1.1.基礎(chǔ)和工具（1）相似原理，研究事物之間相似規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)。相似：是指事物之間某些共性的客觀存在。相似是相對的，在某些層面是相似的，但從其他角度來

4、看又是不同的。例如：男女同學(xué)，從人性來講是相似的，從微觀來講是不同的。計算機(jī)中的一個點和足球，從視覺來講是不同的，從運動規(guī)律來看又是相似的。作的不好的動畫與文學(xué)巨著，從視覺來講是相似的，但表現(xiàn)力方面又是不同的。仿真是利用模型對現(xiàn)實世界的一種模擬，需要讓人感覺到模型象是現(xiàn)實世界，因此，需要對相似性進(jìn)行研究。相似性的研究包括：幾何相似：將實體按比例縮小或者放大。大樓的模型和樓實體離散相似：連續(xù)曲線和取樣曲線采樣系統(tǒng)等效相似：輸入輸出相同風(fēng)洞實驗室，用來模擬風(fēng)吹橋梁的效果。感覺相似：三位虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸

5、覺等多方面感覺思維相似：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，仿真大腦的計算方法（2）系統(tǒng)技術(shù)系統(tǒng)的定義：系統(tǒng)是指具有某些特定功能，按照某些規(guī)律結(jié)合起來、互相作用、互相依存的所有物體的集合或總和。系統(tǒng)的特征：整體性，不可分割相關(guān)性：各物體相互有關(guān)系統(tǒng)的內(nèi)容：實體：存在于系統(tǒng)中的每一項確定的物體。屬性：實體的每一項有效的特征活動：導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的一個過程。其中，實體是關(guān)鍵，研究系統(tǒng)最終應(yīng)以實體來檢驗。系統(tǒng)狀態(tài)：由系統(tǒng)內(nèi)部的實體、屬性和活動組成的整體稱為系統(tǒng)的狀態(tài)。靜態(tài)系統(tǒng)：處于平衡狀態(tài)的系統(tǒng)稱為靜態(tài)系統(tǒng)，動態(tài)系統(tǒng)：狀態(tài)隨時間變化的系統(tǒng)稱為動

6、態(tài)系統(tǒng)。系統(tǒng)的分類：按生命特征：生命，非生命按物理特征：工程系統(tǒng)，非工程系統(tǒng)按狀態(tài)變化：a)連續(xù)系統(tǒng)，狀態(tài)變化是連續(xù)的（動力學(xué)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)、場）b)離散系統(tǒng)，b1)離散時間系統(tǒng)（采樣系統(tǒng)）、b2)離散事件系統(tǒng)混合系統(tǒng)從技術(shù)角度，分為連續(xù)系統(tǒng)（a+b1）：用方程描述，研究方法為控制論。連續(xù)系統(tǒng)的例子：負(fù)反饋系統(tǒng)其狀態(tài)是連續(xù)變化的。即器件兩端的電壓、電流等是連續(xù)變化的。離散事件系統(tǒng)(b2)：不能用方程描述，研究方法為：排隊輪、運籌學(xué)等例子：研究一個汽車加油站的服務(wù)水平，其中汽車、油泵、操作人員、收銀員等構(gòu)成了一個離散系統(tǒng)，

7、其狀態(tài)的變化是由于汽車的來到，即受到一個離散事件的影響，所以稱為離散事件系統(tǒng)。系統(tǒng)中的關(guān)鍵名詞：系統(tǒng)環(huán)境：影響系統(tǒng)而不受系統(tǒng)控制的外界因素的集合舉例：天氣、氣溫、突發(fā)事件，系統(tǒng)邊界：為了限定所研究問題涉及的范圍。舉例：開發(fā)軟件系統(tǒng)時給出的邊界。Uml總體圖首先對外部角色與系統(tǒng)的交互進(jìn)行建模。內(nèi)生活動：內(nèi)部發(fā)生的活動外生活動：外部發(fā)生（邊界以外、環(huán)境）的活動開放系統(tǒng)：含有外生活動的系統(tǒng)封閉系統(tǒng)：沒有外生活動的系統(tǒng)大系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)：規(guī)模龐大、功能結(jié)構(gòu)復(fù)雜關(guān)聯(lián)信息多的系統(tǒng)。注：-大系統(tǒng)理論專門研究相對而言的。（3）信息技術(shù)主要

8、指計算機(jī)技術(shù)。這是我們的特長。（4）應(yīng)用領(lǐng)域的專業(yè)知識風(fēng)洞試驗室，不是把模型吹動，而是根據(jù)重量、結(jié)構(gòu)等物理規(guī)律對理論進(jìn)行驗證。即系統(tǒng)中實體的運動規(guī)律要符合本專業(yè)的運動規(guī)律。又如：挖掘機(jī)仿真，其挖掘速度要符合挖掘機(jī)的特性，不能是模型本身的速度。這些都是專業(yè)領(lǐng)域的知識，同時也是我們從事仿真的瓶頸。（5）仿真器仿真器一般是