真首先要寻找个实际系统 的替身这个替身被称为系统模型。它不是系统原型的复现 而是按研究的侧重面或实际需要对系统进行简化提炼以利于研究者抓 住问题的本质或主要矛盾。在计算机出现以前人们只采用物理仿真 那时的仿真技术附属在其它有关学科之中。随着计算机技术的发展在 仿真领域提出了大量的共同性的理论方法和技术所以仿真理论逐渐 形成了门的学科。 计算机仿真就是以计算机为工具用仿真理论来研究系统。系统是 仿真技术研究的对象计算机是进行仿真技术研究所使用的工具。而应 用恰当的模型描述系统是进行仿真研究的前提与核心为了更全面系统 地了解系统仿真的基本概念和基本方法有必要先了解下什么是系统 系统模型及系统仿真。 系统 计算机仿真技术是对系统的研究因此首先介绍下系统。 系统具有特定功能和运动规律的有机整体。在这个整体中 各组成部分相互联系相互制约相互依存。 子系统分系统系统的组成部分。 如电力系统。它的功能是实现电能的生产传输和使用。它有其自 身的运动规律。它的组成可分为发电子系统属电子系统配电子系 统和用电子系统。这些子系统又可有些子系统组成。从而形成系统的 解题形式的连接。 系统的阶梯组成形式 维护子系统 用户子系统 配电子系统 输电子系统 发电机子系统 砺磁子系统 原动机子系统 发电子系统 电力系统                     系统研究的内容 任何系统都存在三方面需要研究的内容 没有储能元件的系统是计时系统电阻元件组成的系统 含有储能元件的系统是动态系统 动态系统很小 为非直流和周期变化 的电源 静态系统趋于无穷 大且为直流或周期变化的电源   在完全确定的函数关系输入与状态变量不存 影响系统的状态输出环境发生不确定的变动随机系统系统内部或 的函数关系与状态变量有完全确定确定系统系统的输入 我们所研究的系统大部分是确定系统。严格上讲自然界中确定系统是 不存在的。我们说系统是确定系统是因为忽视了系统的不确定因素。 如忽视了干扰信号的影响系统参数温度的影响的变化等。确定 系统是随机系统的特例。 离散系统称之输入与状态取值有限的数字系统 系统称之随时间连续变化的连续模拟系统输入与状态 只在些时间点上有值离散系统输入与状态 在所有时间点上有值连续系统输入和状态    连续系统的输入与状态在所有时间点上有值并不意味着随时间连 续变化。因为若连续变化意味着其导数存在。从图中可见其导数不 点存在。 离散系统只在些时间点上有值在其他时间点上输入与状态无定 义并不是等于零  系统中含有非线性元件非线性系统元件皆为线性元件线性系统组成系统的 输入状态之输入状态皆为 连续系统 模拟系统非模拟系统 输入状态之 输入状态皆为 数字系统 非数字系统 离散系统  时间变化时变系统系统参数随随时间变化定常系统系统参数不  件系统中含有分布参数元分布参数系统元件统的元件皆为集总参数集总参数系统组成系 系统仿真的应用 系统仿真在系统分析与设计系统理论研究专职人员培训等方面 都有十分重要的应用。 在系统分析与设计中的应用主要有以下几方面 对尚未建立起来的系统进行方案论证及可行性分析为系统设计 打下基础在系统的设计过程中利用仿真技术可以帮助设计人员建立 系统模型进行模型简化及验证并进行优化设计在系统建成之后 可以利用仿真技术来分析系统的运行状况寻求改进系统的最佳途径 找出最优的控制策略。 在系统理论研究中的应用 对系统理论的研究过去主要依靠理论推导。现在系统仿真技术 为系统理论研究提供了个十分有利的工具。它不仅可以验证理论本身 的正确与否而且还可以进步暴露系统理论在实际应用中的矛盾与不 足为理论研究提供新的研究方向。目前在最优控制自适应控制和 大系统的分解协调控制等理论问题的研究中都应用了仿真技术。 在专职人员训练与教育方面的应用 系统仿真应用于训练和教育是它应用的另个重要的方向。现在已 经为各种运载工具包括飞机汽车和船舶等以及各种复杂设备及系 统电站电网和化工设备等制造出各种训练仿真器。它们在提高训 练效率节约能源及安全训练等方面起着十分重要的作用。 计算机仿真的历史及现状 计算机仿真 模拟计算机仿真 数学仿真的基本工具是计算机通常又将数学仿真称为计算机仿真。 按照所使用的计算机的种类的不同可以将计算机仿真分为模拟计算机 仿真数字计算机仿真和混合计算机仿真。 模拟计算机仿真 模拟计算机是由运算放大器组成的模拟计算装置 它包括运算器控制器模拟结果输出设备和电源等。 基本运算部件为加减法器积分器乘法器和函数器。 运算部件的输入输出变量都是模拟量电压故称为模拟计算机。 与数字计算机不同模拟计算机不仅其加减法器由硬件组成 其积分器乘法器和函数器也是由硬件构成的。因此模拟计算机的运 算速度比数字计算机要快。但是要想用模拟计算机完成复杂的计算是 相当困难的。随着数字计算机运算速度的提高目前模拟计算机被淘 汰。 不管模拟计算机模拟的是什么系统其变量都用电压值表示如 机解运动系统其变量为距离速度等量这些量在模拟计算机上表现 为电压值。 模拟仿真的理论基础是相似原理。 关于相似原理将在第二章介绍。这里不再多述。 模拟仿真特点 能快速求解微分方程。模拟计算机运行时各运算器是并行工作 的模拟机的解题速度与原系统的复杂程度无关。 可以灵活设置仿真试验的时间标尺。模拟机仿真既可以进行实 时仿真又可以进行非实时仿真。 易于和实物相连。模拟计算机仿真是用直流电压表示被仿真的 物理量因此和连续运动的实物系统连接时般不需要转换装 置。 由于受到电路元件精度的制约和易于受到外界的干扰所以模 拟仿真的精度般低于数字计算机仿真且逻辑控制功能较差自动化 程度也较低。 数字计算机仿真 数字计算机的基本组成是存储器运算器控制器和外围设备等。 由于数字计算机只能对数码进行操作所以任何系统在数字计算机 上进行仿真都必须将原系统模型变换成能在数字计算机上进行计算的模 型即计算机程序。故数字仿真需要研究各种仿真算法并用这些算法实 现仿真程序的编制。这是数字计算机仿真与模拟计算机仿真的最基本的 差别。模拟计算机不需要编制程序。 数字仿真的特点是 数值计算的延迟。任何数值计算都有计算时间的延迟其延迟 的大小与计算机本身的性能所研究问题本身的复杂程度及使用的算法有 关。 仿真模型的数值化。数字计算机对仿真问题进行计算是采用数 值计算仿真模型必须是离散模型如果原始数学模型是连续模型则 必须转换成适合数字计算机求解的仿真模型因此需要研究各种仿真算 法。 计算精度高。特别是在工作量很大时与模拟机相比具有更大 的优越性。 实现实时仿真比模拟仿真困难。对复杂的快速动态系统进行实 时仿真时对数字计算机本身的计算速度存取速度等要求高。 利用数字计算机进行半实物仿真时需要有转换装置 与连续运动的实物相连接。 混合计算机仿真 混合计算机系统是由模拟计算机数字计算机通过套混合接口 组成的数字模拟混合计算机系统该系统具有模拟计算 机的快速性和数字计算机的高精度和灵活性的优点。 混合仿真系统的特点是 混合仿真系统可以充分发挥模拟仿真和数字仿真的特点。 仿真任务同时在模拟计算机和数字计算机上执行这就存在按什 么原则分配模拟计算机和数字计算机任务的问题般是使模拟计算机 承担精度要求不高的快速计算任务数字计算机则承担高精度逻辑控 制复杂的慢速变化任务。 混合仿真的误差包括模拟机误差数字机误差和接口误差这些 误差在仿真中均予以考虑。 般混合仿真需要专门的混合仿真语言来控制仿真任务的完成。 仿真软件及仿真计算机 数字仿真语言是现代仿真工具因其相对简单而被广泛采用。仿真 语言最大的优点是相对于硬件和软件装置其缺点是仿真速度不能 满足实时仿真的要求。 计算机仿真技术 第章概论 计算机仿真技术共有五章组成。将介绍计算机仿真的基本理论与方 法以及系统仿真的实现手段。讲述的重点在第二章和第三章其余三章 只作简单的介绍。这样安排的原因是学时的限制其二是同学们的知 识储备不够无法作过多的讲解。尤其是第四章离散事件仿真基础。 在我们这个专业中就很少接触或没有接触过离散事件及其相关的理论 因此我们很难对这系统的仿真作深入的讲解。 意义 自从第台计算机问世以来人们便应用计算机对所研究的系统或 者说事件进行仿真实验。计算机仿真技术作为门的科学理论兴起 于上世纪的年代。随着计算机技术和数学理论的发展计算机仿真理 论也得到了快速的发展。它的应用几乎覆盖了人们从事活动的所有的领 域。个大系统或个大的工程的研究和设计的成功在很大程度上依赖 于计算机仿真技术。科研人员的理论研究和解决问题能力的提高也受益 于计算机仿真技术。在计算机仿真技术出现以前人们进行科学技术研 究的手段只有两种理论研究和实验研究。计算机仿真技术为人们提供 了又种新的科学技术研