仿真課件 1 概論

控制系統(tǒng)仿真技術(shù)12015年4月高明yuming_gao@163.com中國石油大學(xué)自動(dòng)化系課程內(nèi)容安排

仿真概述MATLAB編程語言連續(xù)系統(tǒng)的模型描述經(jīng)典的連續(xù)系統(tǒng)建模方法學(xué)時(shí)域連續(xù)系統(tǒng)仿真建模技術(shù)頻域連續(xù)系統(tǒng)仿真建模技術(shù)采樣控制系統(tǒng)的仿真

SIMULINK仿真

1．《系統(tǒng)仿真導(dǎo)論》，肖田元等編著，清華大學(xué)出版社，20012．《控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD》，張曉華主編，機(jī)械工業(yè)出版社3．《控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)—MATLAB語言與應(yīng)用》第2版，薛定宇著，清華大學(xué)出版社，20064．《計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與應(yīng)用》，吳旭光、王新民編，西北工業(yè)大學(xué)出版社，20045．《控制系統(tǒng)MATLAB計(jì)算及仿真》，黃忠霖編著，國防工業(yè)出版社，20016．《控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真與CAD》，陳在平，天津大學(xué)出版社，20027．《精通MATLAB6.5版》，張志涌，北京航空航天大學(xué)出版社，2003參考書本課程的互聯(lián)網(wǎng)資源TheMathWorks公司官方網(wǎng)站產(chǎn)品與全套工具箱手冊下載

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Chapter1概述系統(tǒng)、模型與仿真01系統(tǒng)仿真的類型02仿真技術(shù)的應(yīng)用03現(xiàn)代仿真技術(shù)04主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)仿真軟件0505概念仿真仿真，也稱系統(tǒng)仿真，仿真的基本思想是利用物理的或數(shù)學(xué)的模型來類比模仿現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的過程，以尋求對真實(shí)系統(tǒng)的認(rèn)識。計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)仿真是基于所建立的系統(tǒng)模型，利用計(jì)算機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行分析與研究的方法。控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真基于系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算機(jī)對控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與研究。仿真的三個(gè)方面：仿真原則：相似性原則系統(tǒng)、模型、仿真

系統(tǒng)、模型與仿真011.1.1系統(tǒng)戈登G.Golden“按照某些規(guī)律結(jié)合起來，互相作用、互相依存的所有實(shí)體的集合或總和”。System:Agroupofinteracting,interrelated,orinterdependentelementsformingacomplexwhole確定邊界、輸入、輸出理發(fā)館系統(tǒng)：――服務(wù)員和顧客是該系統(tǒng)中的實(shí)體；――顧客按照某種規(guī)律到達(dá)，服務(wù)員根據(jù)顧客的要求，按一定的程序?yàn)槠浞?wù)，服務(wù)完畢后顧客離去。――在該系統(tǒng)中，顧客和服務(wù)員互相作用，顧客到達(dá)模式影響著服務(wù)員的工作忙閑狀態(tài)和理發(fā)館的排隊(duì)狀態(tài)，而服務(wù)員的多少和服務(wù)效率高低也影響著顧客接收服務(wù)的質(zhì)量。系統(tǒng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)：――該系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、測速元件、比較元件以及控制器等；它們相互作用以實(shí)現(xiàn)按給定要求調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的速度。描述系統(tǒng)“三要素”：實(shí)體、屬性、活動(dòng)――實(shí)體確定了系統(tǒng)的構(gòu)成，也就確定了系統(tǒng)的邊界；――屬性也稱為描述變量，描述每一實(shí)體的特征；――活動(dòng)定義了系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)體之間的相互作用，從而確定了系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生變化的過程。系統(tǒng)邊界環(huán)境系統(tǒng)輸入輸出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)體：電動(dòng)機(jī)、測速元件、比較元件以及控制器。相互作用：實(shí)現(xiàn)按給定要求調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的速度系統(tǒng)、模型與仿真011.1.2模型模型――實(shí)際系統(tǒng)本質(zhì)的抽象與簡化模型是對現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)有關(guān)結(jié)構(gòu)信息和行為的某種形式的描述，是對系統(tǒng)的特征與變化規(guī)律的一種定量抽象，是人們認(rèn)識事物的一種手段或工具。（1）真實(shí)的系統(tǒng)尚未建立（2）可能會引起系統(tǒng)破壞或發(fā)生故障化工系統(tǒng)（3）難以保證每次試驗(yàn)的條件相同，無法判斷試驗(yàn)結(jié)果（4）試驗(yàn)時(shí)間太長或費(fèi)用昂貴為什么要采用模型呢？模型模型的分類物理模型，采用一定比例尺按照真實(shí)系統(tǒng)的“樣子”制作沙盤模型數(shù)學(xué)模型，用數(shù)學(xué)表達(dá)式形式來描述系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律T：時(shí)間基，描述系統(tǒng)變化的時(shí)間坐標(biāo)

T為整數(shù)則稱為離散時(shí)間系統(tǒng)，

T為實(shí)數(shù)則稱為連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)X：輸入集，代表外部環(huán)境對系統(tǒng)的作用

X被定義為,其中，X即代表n個(gè)實(shí)值的輸入變量系統(tǒng)模型的一般描述系統(tǒng)模型的一般描述：輸入段集，描述某個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)輸入模式是(X,T)的子集：內(nèi)部狀態(tài)集，是系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)建模的核心Y

：輸出段集，系統(tǒng)通過它作用于環(huán)境：狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)，定義系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)是如何變化的

：輸出函數(shù)，輸出函數(shù)給出了一個(gè)輸出段集。模型建模時(shí)，由于要求不同，模型描述的詳細(xì)程度也不同，稱為“表示的層次”不同行為層次――亦稱為輸入/輸出水平將系統(tǒng)視為一個(gè)“黑盒”，在輸入信號的作用下，只對系統(tǒng)的輸出進(jìn)行測量分解結(jié)構(gòu)層次將系統(tǒng)看成若干個(gè)黑盒連接起來，定義每個(gè)黑盒的輸入與輸出，以及它們相互之間的連接關(guān)系狀態(tài)結(jié)構(gòu)層次不僅定義了系統(tǒng)的輸入與輸出，而且還定義了系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)集及狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)模型描述變量的軌跡模型形式變量范圍模型的時(shí)間集合連續(xù)離散空間連續(xù)變化模型偏微分方程

連續(xù)時(shí)間模型空間不連續(xù)變化模型常微分方程

離散（變化）模型差分方程

離散時(shí)間模型有限狀態(tài)機(jī)

馬爾可夫鏈

連續(xù)時(shí)間模型活動(dòng)掃描

事件調(diào)度

進(jìn)程交互

Or?n分類：模型的建立機(jī)理分析法辨識的方法模型的建立機(jī)理分析法QiQoH2LV1001Q12uH1Qd控制作用為u，控制調(diào)節(jié)閥LV1001的開度，從而影響第1個(gè)水箱的液位H1

和第2個(gè)水箱的液位H2

，第1個(gè)水箱有干擾流量Qd，兩個(gè)水箱的截面積都是A。取被控變量為第2個(gè)水箱的液位H2，建立該二階水箱的狀態(tài)空間表達(dá)式描述的數(shù)學(xué)模型。選取H1和

H2

為狀態(tài)變量，控制作用u為輸入。系統(tǒng)、模型與仿真011.1.3仿真1961年，G.W.Morgenthater，首次技術(shù)性定義“仿真意指在實(shí)際系統(tǒng)尚不存在的情況下,對于系統(tǒng)或活動(dòng)本質(zhì)的實(shí)現(xiàn)”。1978年，K?rn，“連續(xù)系統(tǒng)仿真”“用能代表所研究的系統(tǒng)的模型作實(shí)驗(yàn)”。1982年，Spriet――進(jìn)一步將仿真的內(nèi)涵加以擴(kuò)充“所有支持模型建立與模型分析的活動(dòng)即為仿真活動(dòng)”1984年，Or?n――給出了仿真的基本概念框架“建模－實(shí)驗(yàn)－分析”“仿真是一種基于模型的活動(dòng)”

系統(tǒng)、模型、仿真三者之間的關(guān)系系統(tǒng)是研究的對象模型是系統(tǒng)的抽象仿真是對模型的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模型計(jì)算機(jī)模型設(shè)計(jì)模型分析模型執(zhí)行

計(jì)算機(jī)仿真三要素及三個(gè)基本活動(dòng)系統(tǒng)、模型、仿真三者之間的關(guān)系模型設(shè)計(jì)：系統(tǒng)辨識技術(shù)范疇模型執(zhí)行：“仿真程序”的檢驗(yàn)?zāi)Ｐ头治觯簩⒎抡娼Y(jié)果與實(shí)際系統(tǒng)的行為進(jìn)行比較傳統(tǒng)上：“仿真建?！报D―針對不同形式的系統(tǒng)模型研究其求解算法現(xiàn)代仿真技術(shù)：將仿真活動(dòng)擴(kuò)展到上述三個(gè)方面，并將其統(tǒng)一到同一環(huán)境中?；径杉跋到y(tǒng)辨識等方法用仿真方法確定實(shí)際系統(tǒng)的模型根據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)基于模型庫的結(jié)構(gòu)化建模采用面向?qū)ο蠼＃∣bject-OrientedModeling）方法，在類庫的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)模型拼合與重用許多新算法和新軟件模型與實(shí)驗(yàn)分離技術(shù)，即模型的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)（datadriven）仿真問題分為兩部分：模型與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀址譃閮刹糠郑簠?shù)模型和參數(shù)值模型參數(shù)與其對應(yīng)的參數(shù)模型分離開來，大大提高了仿真效率將實(shí)驗(yàn)框架與仿真運(yùn)行控制區(qū)分實(shí)驗(yàn)框架定義一組條件，包括模型參數(shù)、輸入變量、觀察變量等輸出函數(shù)的定義也與仿真模型分離開，以應(yīng)對不同形式的輸出系統(tǒng)建模模型執(zhí)行模型分析現(xiàn)代仿真技術(shù)系統(tǒng)仿真的類型02系統(tǒng)仿真----建立系統(tǒng)的模型,并在模型上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)例如:(1)將按一定比例縮小的飛行器模型置于風(fēng)洞中吹風(fēng),測出飛行器的升力、阻力、力矩等特性；(2)要建設(shè)一個(gè)大水電站,先建一個(gè)規(guī)模縮小的小水電站來取得建設(shè)水電站的經(jīng)驗(yàn)及其運(yùn)行規(guī)律.(3)指揮員利用沙盤來指揮一個(gè)戰(zhàn)役或一個(gè)戰(zhàn)斗.系統(tǒng)仿真是分析和研究各種（復(fù)雜）系統(tǒng)的重要工具控制系統(tǒng)：先進(jìn)控制策略在實(shí)施之前，必須建立裝置的模型進(jìn)行仿真，觀察控制效果1.2.1根據(jù)模型的物理屬性分類系統(tǒng)仿真的類型02物理仿真數(shù)學(xué)仿真半實(shí)物仿真物理仿真：按照真實(shí)系統(tǒng)的物理性質(zhì)構(gòu)造系統(tǒng)的物理模型，并在物理模型上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程稱為物理仿真。物理仿真的優(yōu)點(diǎn)是：直觀、形象，也稱為“模擬”。物理仿真的缺點(diǎn)是：模型改變困難，實(shí)驗(yàn)限制多，投資較大。根據(jù)模型的物理屬性系統(tǒng)仿真分類數(shù)學(xué)仿真：對實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行抽象，并將其特性用數(shù)學(xué)關(guān)系加以描述而得到系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程稱為數(shù)學(xué)仿真。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為數(shù)學(xué)仿真創(chuàng)造了環(huán)境，亦稱為計(jì)算機(jī)仿真數(shù)學(xué)仿真優(yōu)點(diǎn)是：方便、靈活、經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)仿真缺點(diǎn)是：受限于系統(tǒng)建模技術(shù)，即系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型不易建立半實(shí)物仿真：將數(shù)學(xué)模型與物理模型甚至實(shí)物聯(lián)合起來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。對系統(tǒng)中比較簡單的部分或?qū)ζ湟?guī)律比較清楚的部分建立數(shù)學(xué)模型，并在計(jì)算機(jī)上加以實(shí)現(xiàn)對比較復(fù)雜的部分或?qū)σ?guī)律尚不十分清楚的系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型的建立比較困難，則采用物理模型或?qū)嵨锓抡鏁r(shí)將兩者連接起來完成整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)1.2.2根據(jù)仿真計(jì)算機(jī)類型分類系統(tǒng)仿真的類型02模擬計(jì)算機(jī)仿真數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真數(shù)字模擬混合仿真模擬計(jì)算機(jī)仿真：模擬計(jì)算機(jī)本質(zhì)上是一種通用的電氣裝置，這是50－60年代普遍采用仿真設(shè)備。將系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型在模擬機(jī)上加以實(shí)現(xiàn)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)稱為模擬機(jī)仿真。根據(jù)仿真計(jì)算機(jī)類型分類數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真：將系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型用計(jì)算機(jī)程序加以實(shí)現(xiàn)，通過運(yùn)行程序來得到數(shù)學(xué)模型的解，從而達(dá)到系統(tǒng)仿真的目的。數(shù)字模擬混合仿真：為了發(fā)揮模擬計(jì)算機(jī)并行計(jì)算和數(shù)字計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的存貯記憶及控制功能，以實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜系統(tǒng)的高速仿真，將系統(tǒng)模型分為兩部分，其中一部分放在模擬計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，另一部分放在數(shù)字計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，兩個(gè)計(jì)算機(jī)之間利用模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換裝置交換信息。1.2.3根據(jù)仿真時(shí)鐘與實(shí)際時(shí)鐘的比例關(guān)系分類系統(tǒng)仿真的類型02實(shí)際動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的時(shí)間稱為實(shí)際時(shí)鐘系統(tǒng)仿真時(shí)模型所采用的時(shí)鐘稱為仿真時(shí)鐘實(shí)時(shí)仿真：即仿真時(shí)鐘與實(shí)際時(shí)鐘完全一致模型仿真的速度與實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行的速度相同，當(dāng)被仿真的系統(tǒng)中存在物理模型或?qū)嵨飼r(shí)，必須進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。例：各種

訓(xùn)練仿真器亞實(shí)時(shí)仿真：即仿真時(shí)鐘慢于實(shí)際時(shí)鐘模型仿真的速度慢于實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行的速度，也稱為離線仿真超實(shí)時(shí)仿真：即仿真時(shí)鐘快于實(shí)際時(shí)鐘模型仿真的速度快于實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行的速度1.2.4根據(jù)系統(tǒng)模型的特性分類系統(tǒng)仿真的類型02連續(xù)系統(tǒng)是指系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)間連續(xù)變化的系統(tǒng)，分為：集中參數(shù)系統(tǒng)模型，一般用常微分方程（組）描述如電路系統(tǒng)，機(jī)械動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)等分布參數(shù)系統(tǒng)模型，一般用偏微分方程（組）描述如各種物理和工程領(lǐng)域中的“場”問題離散時(shí)間變化模型中的差分模型歸為連續(xù)系統(tǒng)仿真范疇。原因是：當(dāng)用數(shù)字仿真技術(shù)對連續(xù)系統(tǒng)仿真時(shí)，其原有的連續(xù)形式的模型必須進(jìn)行離散化處理，最終變?yōu)椴罘帜Ｐ汀＿B續(xù)系統(tǒng)仿真離散事件系統(tǒng)仿真連續(xù)系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真的類型02離散事件系統(tǒng)：指在某些隨機(jī)時(shí)間點(diǎn)上，系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生離散變化的系統(tǒng)。如庫存管理、交通管理和通訊系統(tǒng)等離散事件系統(tǒng)仿真狀態(tài)變化發(fā)生在隨機(jī)時(shí)間點(diǎn)上這種引起狀態(tài)變化的行為稱為“事件”因而這類系統(tǒng)是由事件驅(qū)動(dòng)的；

“事件”往往發(fā)生在隨機(jī)時(shí)間點(diǎn)上，亦稱為隨機(jī)事件，因而一般都具

有隨機(jī)特性系統(tǒng)的狀態(tài)變量往往是離散變化的電話交換臺系統(tǒng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性很難用人們所熟悉的數(shù)學(xué)方程形式描述研究與分析的主要目標(biāo)是系統(tǒng)行為的統(tǒng)計(jì)性能而不是行為的點(diǎn)軌跡。與連續(xù)系統(tǒng)的主要區(qū)別在于：系統(tǒng)仿真的一般步驟實(shí)際系統(tǒng)建模與形式化形式模型仿真建模程序設(shè)計(jì)仿真模型校驗(yàn)正確否？否仿真運(yùn)行仿真結(jié)果分析是正確否？否是結(jié)束仿真的一般步驟可信否？否是建模與形式化：確定模型的邊界，模型進(jìn)行形式化處理

確定可信度仿真建模：選擇合適的算法算法穩(wěn)定性、計(jì)算精度、計(jì)算速度滿足要求程序設(shè)計(jì)：將仿真模型用計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的程序來描述，程序中要包括仿真實(shí)驗(yàn)要求（仿真運(yùn)行參數(shù)、控制參數(shù)、輸出要求）模型校驗(yàn)：程序調(diào)試，檢驗(yàn)所選仿真算法的合理仿真運(yùn)行：對模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果分析：對仿真輸出進(jìn)行分析仿真技術(shù)的應(yīng)用03為了研究、分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的方法：

1）直接在真實(shí)系統(tǒng)上進(jìn)行

2）先構(gòu)造模型，然后通過對模型的實(shí)驗(yàn)代替（或部分代替）真實(shí)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)通過模型實(shí)驗(yàn)的方法日益被人們所使用仿真技術(shù)的應(yīng)用03在真實(shí)系統(tǒng)上試驗(yàn)會破壞系統(tǒng)的正常運(yùn)行；難以按預(yù)期的要求改變參數(shù)，或者得不到所需要的試驗(yàn)條件；很難保證每次的操作條件相同，難以對試驗(yàn)結(jié)果做出正確判斷；無法復(fù)原；試驗(yàn)時(shí)間太長、費(fèi)用太大或者有危險(xiǎn)等系統(tǒng)處于設(shè)計(jì)階段，真實(shí)系統(tǒng)尚未建成在真實(shí)系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn)的缺點(diǎn)1.3.1仿真在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用03新系統(tǒng)設(shè)計(jì)：提供了強(qiáng)有力的工具在可行性論證階段，進(jìn)行定量比較，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)、模型簡化并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)：涉及新的設(shè)備、部件或控制裝置利用仿真技術(shù)進(jìn)行分系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，即一部分采用實(shí)際部件，另一部分采用模型，避免由于新的子系統(tǒng)的投入可能造成對原系統(tǒng)的破壞或影響，大大縮短開工周期，提高系統(tǒng)投入的一次成功率

徒河電站發(fā)電機(jī)組的安裝，事先在電廠仿真系統(tǒng)上進(jìn)行了細(xì)致的分系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，對全部自動(dòng)裝置的參數(shù)做了整定。1.3.2仿真在教育與訓(xùn)練中的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用03訓(xùn)練仿真系統(tǒng)

利用計(jì)算機(jī)并通過運(yùn)動(dòng)設(shè)備、操縱設(shè)備、顯示設(shè)備、儀器儀表等復(fù)現(xiàn)所模擬的對象行為，并產(chǎn)生與之適應(yīng)的環(huán)境，從而成為訓(xùn)練操縱、控制或管理這類對象的人員的系統(tǒng)。三大類：載體操縱型與運(yùn)載工具有關(guān)的仿真系統(tǒng)，航空、航天、航海、地面運(yùn)載工具，以訓(xùn)練駕駛員的操縱技術(shù)為主要目的過程控制型訓(xùn)練各種工廠的運(yùn)行操作人員，如電廠、化工廠、核電站、電力網(wǎng)等1.3.2仿真在教育與訓(xùn)練中的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用03博弈決策型企業(yè)管理人員（廠長、經(jīng)理），交通管制人員（火車調(diào)度、航空管制、港口管制、城市交通指揮等），軍事指揮人員（空戰(zhàn)、海戰(zhàn)、電子戰(zhàn)等）的訓(xùn)練。1.3.3仿真在產(chǎn)品開發(fā)及制造過程中的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用03虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：虛擬環(huán)境、模仿人的視、聽、動(dòng)等行為的高級人機(jī)交互虛擬制造（VirtualManufacturing）是實(shí)際制造過程在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)，是仿真技術(shù)以制造過程為對象的全方位的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并稱為三大前景最好的計(jì)算機(jī)技術(shù)基于Internet的虛擬現(xiàn)實(shí)在各行各業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，例如房地產(chǎn)、旅游、購物、氣象、公安、消防、教育、科研、商業(yè)、金融、海洋、農(nóng)業(yè)、娛樂等方面。典型例子――波音777的研制，其整機(jī)設(shè)計(jì)、部件測試、整機(jī)裝配以及試飛均是在計(jì)算機(jī)上完成的1.4.1建模與仿真方法學(xué)現(xiàn)代仿真新技術(shù)04從建模的方法學(xué)來看，除了典型的機(jī)理建模及系統(tǒng)辨識方法外，近年來正積極發(fā)展模糊優(yōu)化法、人工智能輔助建模方法學(xué)及混合模式校核、驗(yàn)證及驗(yàn)收技術(shù)，已成為復(fù)雜系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)中的重要課題。1.4.2仿真算法現(xiàn)代仿真新技術(shù)04仿真算法是將系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換成仿真模型的一類算法，在數(shù)字仿真模型中起核心和關(guān)鍵作用。仿真算法經(jīng)歷了從串行算法到并行算法的發(fā)展過程。目前，連續(xù)系統(tǒng)與離散事件系統(tǒng)的非實(shí)時(shí)串行算法已相當(dāng)完善，當(dāng)前研究的重點(diǎn)是實(shí)時(shí)連續(xù)系統(tǒng)算法、各類系統(tǒng)的并行算法及定性系統(tǒng)算法。1.4.3仿真計(jì)算機(jī)/仿真器現(xiàn)代仿真新技術(shù)05硬件方面：基于多CPU并行處理技術(shù)的全數(shù)字仿真將有效提高仿真系統(tǒng)的速度，大大增強(qiáng)數(shù)字仿真的實(shí)時(shí)性。分布式數(shù)字仿真：充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，協(xié)調(diào)合作，投資少，效果好。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：綜合了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、顯示技術(shù)以及仿真技術(shù)等多學(xué)科，使人置身于真實(shí)環(huán)境之中。1.5.1仿真軟件的發(fā)展計(jì)算機(jī)仿真軟件051、程序編程階段所有問題（如：微分方程求解、矩陣運(yùn)算、繪圖等）都是用高級算法語言（如C、FORTRAN等）來編寫。2、程序軟件包階段出現(xiàn)了“應(yīng)用子程序庫”。3、交互式語言階段（仿真語言）仿真語言可用一條指令實(shí)現(xiàn)某種功能，如“系統(tǒng)特征值的求解”，使用人員不必考慮什么算法，以及如何實(shí)現(xiàn)等低級問題。4、模型化圖形組態(tài)階段符合設(shè)計(jì)人員對基于模型圖形化的描述。1.5.2幾種仿真軟件計(jì)算機(jī)仿真軟件05

1、PSPICE、ORCAD：通用的電子電路仿真軟件，適合于元件級仿真。2、SYSTEMVIEW：系統(tǒng)級的電路動(dòng)態(tài)仿真軟件3、MATLAB：具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算能力，包含各種工具箱，其程序不能脫離MATLAB環(huán)境而運(yùn)行，所以嚴(yán)格講，MATLAB不是一種計(jì)算機(jī)語言，而是一種高級的科學(xué)分析與計(jì)算軟件。4、SIMULINK：是MATLAB附帶