1、第第6章自動控制及其仿真概述章自動控制及其仿真概述6.1 自動控制系統(tǒng)概述 6.1.1 自動控制的根本概念 6.1.2 自動控制系統(tǒng)的根本方式及特點 61.3 自動控制系統(tǒng)的分類 6.1.4 對自動控制系統(tǒng)的要求及性能評價主要內容主要內容6.2控制系統(tǒng)仿真概述6.2.1 計算機仿真和輔助設計的根本概念6.2.2 計算機仿真模型6.2.3 計算機仿真的三要素及根本步驟 6.2.4 仿真的分類6.2.5 仿真技術的運用及其意義6.2.6 仿真技術的開展趨勢6.2.7 計算機仿真軟件6.2.8 相關網(wǎng)絡資源主要內容主要內容6.1.1 自動控制的根本概念自動控制的根本概念控制：在自動控制原理中，控制：

2、在自動控制原理中，“控制是指為了抑制各種擾動控制是指為了抑制各種擾動的影響，到達預期的目的，對消費機械或過程中的某一個或的影響，到達預期的目的，對消費機械或過程中的某一個或某一些物理量進展的操作。某一些物理量進展的操作。如我們在制造智能車的過程中，對智能車電機的方向和速度如我們在制造智能車的過程中，對智能車電機的方向和速度的控制；或對機器人的控制等。再如神舟飛船的發(fā)射、飛船的控制；或對機器人的控制等。再如神舟飛船的發(fā)射、飛船在軌運轉時姿態(tài)的控制、飛船前往地面時測控雷達的控制等。在軌運轉時姿態(tài)的控制、飛船前往地面時測控雷達的控制等。這里涉及到被控變量的概念。如智能車電機的方向和速度即這里涉及到被

3、控變量的概念。如智能車電機的方向和速度即是被控變量，也稱為被控量。是被控變量，也稱為被控量。6.1.1 自動控制的根本概念自動控制的根本概念自動控制系統(tǒng)：由被控對象和控制器按一定方式銜接起來，完成某種自動控制系統(tǒng)：由被控對象和控制器按一定方式銜接起來，完成某種自動控制義務的有機整體。其中起控制功能的安裝稱為控制器。自動控制義務的有機整體。其中起控制功能的安裝稱為控制器。控制系統(tǒng)分類：在對被控量進展控制時，按系統(tǒng)中能否有人參與，可控制系統(tǒng)分類：在對被控量進展控制時，按系統(tǒng)中能否有人參與，可分為人工控制和自動控制。假設由人來完成對被控量的控制，稱為人工分為人工控制和自動控制。假設由人來完成對被控量

4、的控制，稱為人工控制；假設由自動控制安裝替代人來完成這種操作，稱為自動控制?？刂疲患僭O由自動控制安裝替代人來完成這種操作，稱為自動控制。也有從控制對象消費工藝過程的性質、特點出發(fā)，將控制系統(tǒng)分為兩也有從控制對象消費工藝過程的性質、特點出發(fā)，將控制系統(tǒng)分為兩大類：一類是以機械運動為主要消費方式，以電動機為執(zhí)行機構的大類：一類是以機械運動為主要消費方式，以電動機為執(zhí)行機構的“電電力拖動自動控制系統(tǒng)；另一類是以化學反響或者熱能轉換為主要消費力拖動自動控制系統(tǒng)；另一類是以化學反響或者熱能轉換為主要消費方式，以自動化儀表與安裝為檢測與執(zhí)行機構的方式，以自動化儀表與安裝為檢測與執(zhí)行機構的“工業(yè)消費過程控制

5、系工業(yè)消費過程控制系統(tǒng)。統(tǒng)。 6.1.2 自動控制系統(tǒng)的根本方式及特點 自動控制系統(tǒng)按其根本構造方式而言，可分為自動控制系統(tǒng)按其根本構造方式而言，可分為2種類型：種類型： 開開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)的特點是輸出量即被控量不前往到系統(tǒng)的輸入開環(huán)控制系統(tǒng)的特點是輸出量即被控量不前往到系統(tǒng)的輸入端端開環(huán)控制系統(tǒng)構造圖：開環(huán)控制系統(tǒng)構造圖：6.1.2 自動控制系統(tǒng)的根本方式及特點 由于在開環(huán)控制系統(tǒng)中，控制器與被控對象之間只需順向作用而無反向聯(lián)由于在開環(huán)控制系統(tǒng)中，控制器與被控對象之間只需順向作用而無反向聯(lián)絡，系統(tǒng)的被控變量對控制造用沒有影響，系統(tǒng)的控制精度完全取

6、決于所絡，系統(tǒng)的被控變量對控制造用沒有影響，系統(tǒng)的控制精度完全取決于所用元器件的精度和特性調整的準確度。因此，開環(huán)系統(tǒng)只需在輸出量難于用元器件的精度和特性調整的準確度。因此，開環(huán)系統(tǒng)只需在輸出量難于丈量且要求控制精度不高及擾動的影響較小或擾動的作用可以預先加以補丈量且要求控制精度不高及擾動的影響較小或擾動的作用可以預先加以補償?shù)膱鏊诺靡詮V泛運用。償?shù)膱鏊?，才得以廣泛運用。對于開環(huán)控制系統(tǒng)，只需被控對象穩(wěn)定，系統(tǒng)就能穩(wěn)定地義務。對于開環(huán)控制系統(tǒng)，只需被控對象穩(wěn)定，系統(tǒng)就能穩(wěn)定地義務。6.1.2 自動控制系統(tǒng)的根本方式及特點 閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖6.1.2 自動控制系統(tǒng)的根本方

7、式及特點 閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點是：閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點是：1利用負反響的作用來減小系統(tǒng)誤差。利用負反響的作用來減小系統(tǒng)誤差。由圖可以看出，系統(tǒng)輸出量偏離期望值時，這個偏向將被檢測出來，對控由圖可以看出，系統(tǒng)輸出量偏離期望值時，這個偏向將被檢測出來，對控制造用產(chǎn)生影響，從而使系統(tǒng)具有自動修正被控量偏離的才干，減小了系制造用產(chǎn)生影響，從而使系統(tǒng)具有自動修正被控量偏離的才干，減小了系統(tǒng)誤差，較好地實現(xiàn)了自動控制的功能。統(tǒng)誤差，較好地實現(xiàn)了自動控制的功能。2能有效抑制被反響通道包圍的前向通道中各種擾動對系統(tǒng)輸出量的能有效抑制被反響通道包圍的前向通道中各種擾動對系統(tǒng)輸出量的影響。影響。3可減小被控對象的參數(shù)

8、變化對輸出量的影響?？蓽p小被控對象的參數(shù)變化對輸出量的影響。4帶來了系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題帶來了系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題6.1.3 自動控制系統(tǒng)的分類 1按信號流向分，可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。按信號流向分，可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。2按系統(tǒng)的輸入信號劃分可分為恒值控制系統(tǒng)自動調理系統(tǒng)、按系統(tǒng)的輸入信號劃分可分為恒值控制系統(tǒng)自動調理系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)伺服系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。隨動控制系統(tǒng)伺服系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。恒值控制系統(tǒng)的特點是輸入信號為某個恒定不變的常數(shù)，要求系統(tǒng)的被恒值控制系統(tǒng)的特點是輸入信號為某個恒定不變的常數(shù)，要求系統(tǒng)的被控量盡可以堅持在期望值附近。主要義務是抑制擾動?？亓勘M可以堅持

9、在期望值附近。主要義務是抑制擾動。隨動控制系統(tǒng)的特點是輸入信號隨時間恣意變化的函數(shù)，要求系統(tǒng)的輸隨動控制系統(tǒng)的特點是輸入信號隨時間恣意變化的函數(shù)，要求系統(tǒng)的輸出信號緊緊跟隨輸入信號的變化。主要義務是提高跟蹤才干。出信號緊緊跟隨輸入信號的變化。主要義務是提高跟蹤才干。程序控制系統(tǒng)的特點是輸入信號是事先確定的按一定規(guī)律變化的信號，程序控制系統(tǒng)的特點是輸入信號是事先確定的按一定規(guī)律變化的信號，編成程序存儲在輸入安裝中，目的是使被控量按照設定的程序運動。編成程序存儲在輸入安裝中，目的是使被控量按照設定的程序運動。6.1.3 自動控制系統(tǒng)的分類 3按元器件特性分，可分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。按元器件特性

10、分，可分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)的元器件其輸入輸出特性均為線性的，系統(tǒng)輸入和輸出之間的線性系統(tǒng)的元器件其輸入輸出特性均為線性的，系統(tǒng)輸入和輸出之間的關系可以用一個或一組線性微分方程來描畫。關系可以用一個或一組線性微分方程來描畫。非線性系統(tǒng)：系統(tǒng)中只需有一個非線性元件即稱為非線性系統(tǒng)。非線性系統(tǒng)：系統(tǒng)中只需有一個非線性元件即稱為非線性系統(tǒng)。4按微分方程系數(shù)的時變性劃分按微分方程系數(shù)的時變性劃分定常系統(tǒng)：描畫系統(tǒng)特性的微分方程中各項系數(shù)都是與時間無關的常數(shù)，定常系統(tǒng)：描畫系統(tǒng)特性的微分方程中各項系數(shù)都是與時間無關的常數(shù)，那么稱為定常系統(tǒng)。那么稱為定常系統(tǒng)。時變系統(tǒng)：描畫系統(tǒng)特性的微分方程中

11、只需有一項系數(shù)是時間的函數(shù)，時變系統(tǒng)：描畫系統(tǒng)特性的微分方程中只需有一項系數(shù)是時間的函數(shù)，就稱為時變系統(tǒng)。就稱為時變系統(tǒng)。6.1.3 自動控制系統(tǒng)的分類 5按信號的延續(xù)性分按信號的延續(xù)性分延續(xù)系統(tǒng)：系統(tǒng)中一切元件的輸入和輸出信號都是隨時間延續(xù)變化的，信延續(xù)系統(tǒng)：系統(tǒng)中一切元件的輸入和輸出信號都是隨時間延續(xù)變化的，信號的大小可恣意取值的模擬量，稱為延續(xù)系統(tǒng)。號的大小可恣意取值的模擬量，稱為延續(xù)系統(tǒng)。離散系統(tǒng)：系統(tǒng)中有一處或多處信號是脈沖序列或數(shù)碼。離散系統(tǒng)：系統(tǒng)中有一處或多處信號是脈沖序列或數(shù)碼。6按輸入輸出數(shù)量分按輸入輸出數(shù)量分單輸入單輸出系統(tǒng)單變量系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸入和輸出均為一個。單輸入單輸出

12、系統(tǒng)單變量系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸入和輸出均為一個。多輸入多輸出系統(tǒng)多變量系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸入和輸出多于一個。多輸入多輸出系統(tǒng)多變量系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸入和輸出多于一個。6.1.3 對自動控制系統(tǒng)的要求及性能評價對自動控制系統(tǒng)的根本要求可以歸結為三個字：穩(wěn)，準，快。即穩(wěn)定對自動控制系統(tǒng)的根本要求可以歸結為三個字：穩(wěn)，準，快。即穩(wěn)定性，準確性和快速性性，準確性和快速性穩(wěn)：是對自動控制系統(tǒng)的最根本要求。它反映系統(tǒng)在遭到擾動后恢復平穩(wěn)：是對自動控制系統(tǒng)的最根本要求。它反映系統(tǒng)在遭到擾動后恢復平衡外形的才干。衡外形的才干。準：指系統(tǒng)在平衡義務外形下其輸出量與其希望值的間隔，即被控量偏準：指系統(tǒng)在平衡義務外形下其輸出量與其

13、希望值的間隔，即被控量偏離其希望值的程度，反映了系統(tǒng)對其希望值的跟蹤才干。離其希望值的程度，反映了系統(tǒng)對其希望值的跟蹤才干。快：系統(tǒng)的瞬態(tài)過程既要快速，又要平穩(wěn)?？欤合到y(tǒng)的瞬態(tài)過程既要快速，又要平穩(wěn)。6.2.1 計算機仿真與輔助設計的根本概念系統(tǒng)仿真以類似原理、系統(tǒng)技術、信息技術及其運用領域有關專業(yè)技術為系統(tǒng)仿真以類似原理、系統(tǒng)技術、信息技術及其運用領域有關專業(yè)技術為根底，以計算機、仿真器和各種公用物理效應設備為工具，利用系統(tǒng)模型根底，以計算機、仿真器和各種公用物理效應設備為工具，利用系統(tǒng)模型對真實的或想象的系統(tǒng)進展動態(tài)研討的一門多學科的綜合性技術。對真實的或想象的系統(tǒng)進展動態(tài)研討的一門多學科

14、的綜合性技術。仿真的根本思想是利用物理的或數(shù)學的模型來類比模擬現(xiàn)實過程，以尋求仿真的根本思想是利用物理的或數(shù)學的模型來類比模擬現(xiàn)實過程，以尋求對真實過程的認識。它所遵照的根本原那么是類似性原理；計算機仿真是對真實過程的認識。它所遵照的根本原那么是類似性原理；計算機仿真是基于所建立的系統(tǒng)仿真模型，利用計算機對系統(tǒng)進展分析與研討的方法。基于所建立的系統(tǒng)仿真模型，利用計算機對系統(tǒng)進展分析與研討的方法。計算機輔助設計利用計算機高速而準確的計算才干、大容量存儲和處置數(shù)計算機輔助設計利用計算機高速而準確的計算才干、大容量存儲和處置數(shù)據(jù)的才干，結合設計者的綜合分析、邏輯判別及發(fā)明性思想，用以加快設據(jù)的才干，

15、結合設計者的綜合分析、邏輯判別及發(fā)明性思想，用以加快設計進程、縮短設計周期、提高設計質量的技術。計算機輔助設計從廣義計進程、縮短設計周期、提高設計質量的技術。計算機輔助設計從廣義上來講它包含了計算機仿真的內容，從狹義上說它的主要義務是利用計算上來講它包含了計算機仿真的內容，從狹義上說它的主要義務是利用計算機的運算才干來處置設計者手工處置所遇到的不便與繁瑣。機的運算才干來處置設計者手工處置所遇到的不便與繁瑣。6.2.2 計算機仿真模型模型是對現(xiàn)實系統(tǒng)有關構造信息和行為的某種方式的描畫，是對系統(tǒng)的特模型是對現(xiàn)實系統(tǒng)有關構造信息和行為的某種方式的描畫，是對系統(tǒng)的特征與變化規(guī)律的一種定量籠統(tǒng)，是人們認

16、識事物的一種手段或工具。模型征與變化規(guī)律的一種定量籠統(tǒng)，是人們認識事物的一種手段或工具。模型可分為：可分為：1物理模型：指不以人的意志為轉移的客觀存在的實體，如：飛行器研物理模型：指不以人的意志為轉移的客觀存在的實體，如：飛行器研制中的飛行模型；船舶制造中的船舶模型等。制中的飛行模型；船舶制造中的船舶模型等。 2數(shù)學模型：是從一定的功能或構造上進展類似，用數(shù)學的方法來再現(xiàn)數(shù)學模型：是從一定的功能或構造上進展類似，用數(shù)學的方法來再現(xiàn)原型的功能或構造特征。原型的功能或構造特征。 3仿真模型：指根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，用仿真言語轉化為計算機可以實仿真模型：指根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，用仿真言語轉化為計算機可以

17、實施的模型。施的模型。6.2.3 計算機仿真的三要素及根本步驟計算機仿真的三要素為：計算機仿真的三要素為： 1系統(tǒng)：研討的對象系統(tǒng)：研討的對象 2模型：系統(tǒng)的籠統(tǒng)模型：系統(tǒng)的籠統(tǒng) 3計算機：工具與手段計算機：工具與手段仿真實驗，仿真實驗，結果分析結果分析系統(tǒng)系統(tǒng)模型模型計算機計算機建立數(shù)學建立數(shù)學模型模型建立仿真模型建立仿真模型仿真包括三個根本的內容：建模，仿真實驗和結果分析。仿真包括三個根本的內容：建模，仿真實驗和結果分析。詳細步驟：詳細步驟：1建立數(shù)學模型建立數(shù)學模型控制系統(tǒng)的數(shù)學模型是系統(tǒng)仿真的主要根據(jù)?？刂葡到y(tǒng)的數(shù)學模型是系統(tǒng)仿真的主要根據(jù)。系統(tǒng)的數(shù)學模型，是描畫系統(tǒng)輸入、輸出變量以及

18、內部各變量之間關系的數(shù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，是描畫系統(tǒng)輸入、輸出變量以及內部各變量之間關系的數(shù)學表達式。學表達式。描畫系統(tǒng)諸變量問靜態(tài)關系的數(shù)學表達式，稱為靜態(tài)模型，描畫自控系統(tǒng)諸描畫系統(tǒng)諸變量問靜態(tài)關系的數(shù)學表達式，稱為靜態(tài)模型，描畫自控系統(tǒng)諸變量間動態(tài)關系的數(shù)學表達式，稱為動態(tài)模型。變量間動態(tài)關系的數(shù)學表達式，稱為動態(tài)模型。常用的根本的數(shù)學模型是微分方程與差分方程。常用的根本的數(shù)學模型是微分方程與差分方程。6.2.3 計算機仿真的三要素及根本步驟6.2.3 計算機仿真的三要素及根本步驟2建立仿真模型建立仿真模型原始的自控系統(tǒng)的數(shù)學模型比如微分方程，并不能用來直接對系統(tǒng)進展仿原始的自控系統(tǒng)的數(shù)學模

19、型比如微分方程，并不能用來直接對系統(tǒng)進展仿真。還得將其轉換為可以對系統(tǒng)進展仿真的模型。真。還得將其轉換為可以對系統(tǒng)進展仿真的模型。對于延續(xù)控制系統(tǒng)而言，有像微分方程這樣的原始數(shù)學模型，在零初始條對于延續(xù)控制系統(tǒng)而言，有像微分方程這樣的原始數(shù)學模型，在零初始條件下進展拉普拉斯變換，求得自控系統(tǒng)傳送函數(shù)數(shù)學模型。件下進展拉普拉斯變換，求得自控系統(tǒng)傳送函數(shù)數(shù)學模型。以傳送函數(shù)模型為根底，等效變換為外形空間模型，或者將其圖形化為動以傳送函數(shù)模型為根底，等效變換為外形空間模型，或者將其圖形化為動態(tài)構造圖模型，這些模型都是自控系統(tǒng)的仿真模型。態(tài)構造圖模型，這些模型都是自控系統(tǒng)的仿真模型。對于離散控制系統(tǒng)而

20、言，有像差分方程這樣的原始數(shù)學模型以及類似延續(xù)對于離散控制系統(tǒng)而言，有像差分方程這樣的原始數(shù)學模型以及類似延續(xù)系統(tǒng)的各種模型，這些模型都可以對離散系統(tǒng)直接進展仿真。系統(tǒng)的各種模型，這些模型都可以對離散系統(tǒng)直接進展仿真。3編制自控系統(tǒng)仿真程序編制自控系統(tǒng)仿真程序對于非實時系統(tǒng)的仿真，可以用對于非實時系統(tǒng)的仿真，可以用般的高級言語編制仿真程序。對于快速般的高級言語編制仿真程序。對于快速的實時系統(tǒng)的仿真，往往用匯編言語編制仿真程序。當然也可以直接利用的實時系統(tǒng)的仿真，往往用匯編言語編制仿真程序。當然也可以直接利用仿真言語。仿真言語。假設運用假設運用MATLAB的的TOOLBOX工具箱及其工具箱及其S

21、IMULINK仿真集成環(huán)境作仿仿真集成環(huán)境作仿真工具這就是真工具這就是MATLAB仿真?？刂葡到y(tǒng)的仿真?？刂葡到y(tǒng)的MATLAB仿真是控制系統(tǒng)計算機仿真是控制系統(tǒng)計算機仿真一個特殊軟件工具的子集。仿真一個特殊軟件工具的子集。 4仿真實驗并輸出仿真結果仿真實驗并輸出仿真結果進展仿真實驗，經(jīng)過實驗對仿真模型與仿真程序進展檢驗和修正，而后按進展仿真實驗，經(jīng)過實驗對仿真模型與仿真程序進展檢驗和修正，而后按照系統(tǒng)仿真的要求輸出仿真結果。照系統(tǒng)仿真的要求輸出仿真結果。6.2.3 計算機仿真的三要素及根本步驟問 題 的 闡 述設 置 目 標建 立 模 型仿 真 實 驗 設 計編 程 序驗 證 正 確 與 否確

22、 認運 行 分 析輸 出 結 果是是否否6.2.3 計算機仿真的三要素及根本步驟6.2.4 仿真的分類按模型分類，可分為物理仿真和數(shù)學仿真。按模型分類，可分為物理仿真和數(shù)學仿真。物理仿真：采用物理模型，有實物介入。具有效果逼真，精度高等優(yōu)點，物理仿真：采用物理模型，有實物介入。具有效果逼真，精度高等優(yōu)點，但造價高或耗時長，大多在一些特殊場所下采用如導彈、衛(wèi)星一類飛行但造價高或耗時長，大多在一些特殊場所下采用如導彈、衛(wèi)星一類飛行器的動態(tài)仿真，發(fā)電站綜合調度仿真與培訓系統(tǒng)等，具有實時性、在線器的動態(tài)仿真，發(fā)電站綜合調度仿真與培訓系統(tǒng)等，具有實時性、在線的特點；的特點；數(shù)學仿真：采用數(shù)學模型。在計算

23、機上進展，具有非實時性、離線的特點，數(shù)學仿真：采用數(shù)學模型。在計算機上進展，具有非實時性、離線的特點，經(jīng)濟、快速、適用。經(jīng)濟、快速、適用。 6.2.4 仿真的分類按計算機類型分類，可分為模擬仿真，數(shù)字仿真，混合仿真和現(xiàn)代計算機按計算機類型分類，可分為模擬仿真，數(shù)字仿真，混合仿真和現(xiàn)代計算機仿真。仿真。模擬仿真：模擬仿真：50年代，采用數(shù)學模型，在模擬計算機上進展的實驗研討。年代，采用數(shù)學模型，在模擬計算機上進展的實驗研討。特點有：描畫延續(xù)物理系統(tǒng)的動態(tài)過程比較自然、逼真，具有仿真速度快、特點有：描畫延續(xù)物理系統(tǒng)的動態(tài)過程比較自然、逼真，具有仿真速度快、失真小、結果可靠的優(yōu)點，但受元器件性能影響

24、，仿真精度較低，對計算失真小、結果可靠的優(yōu)點，但受元器件性能影響，仿真精度較低，對計算機控制系統(tǒng)的仿真較困難，自動化程度低；模擬計算機的中心是運算部分，機控制系統(tǒng)的仿真較困難，自動化程度低；模擬計算機的中心是運算部分，它由我們熟知的它由我們熟知的“模擬運算放大器為主要部件所構成。模擬運算放大器為主要部件所構成。6.2.4 仿真的分類數(shù)字仿真：數(shù)字仿真：60年代，采用數(shù)學模型，在數(shù)字計算機上借助于數(shù)值計算方年代，采用數(shù)學模型，在數(shù)字計算機上借助于數(shù)值計算方法所進展的仿真實驗。其特點是：計算與仿真的精度較高。實踐上計算機法所進展的仿真實驗。其特點是：計算與仿真的精度較高。實踐上計算機的字長可以根據(jù)

25、精度要求來的字長可以根據(jù)精度要求來“隨意設計，因此其仿真精度可以是無限，隨意設計，因此其仿真精度可以是無限，但是由于遭到誤差積累、仿真時間等要素影響，其精度也不易定得太高；但是由于遭到誤差積累、仿真時間等要素影響，其精度也不易定得太高；對計算機控制系統(tǒng)的仿真比較方便。仿真實驗的自動化程度較高，可方便對計算機控制系統(tǒng)的仿真比較方便。仿真實驗的自動化程度較高，可方便地實現(xiàn)顯示、打印等功能；計算速度比較低，在一定程度上影響到仿真結地實現(xiàn)顯示、打印等功能；計算速度比較低，在一定程度上影響到仿真結果的可信度。但隨著計算機技術的開展，果的可信度。但隨著計算機技術的開展，“速度問題會在不同程度上有速度問題會

26、在不同程度上有所改良與提高；數(shù)字仿真沒有公用的仿真軟件支持，需求設計人員用高級所改良與提高；數(shù)字仿真沒有公用的仿真軟件支持，需求設計人員用高級程序文語編寫求解系統(tǒng)模型及結果輸出的程序。程序文語編寫求解系統(tǒng)模型及結果輸出的程序?；旌戏抡妫航Y合了模擬仿真與數(shù)字仿真?；旌戏抡妫航Y合了模擬仿真與數(shù)字仿真?，F(xiàn)代計算機仿真：現(xiàn)代計算機仿真：80年代以來，采用先進的微型計算機，基于公用的仿年代以來，采用先進的微型計算機，基于公用的仿真軟件、仿真言語來實現(xiàn)，其數(shù)值計算功能強大，運用方便，易學。真軟件、仿真言語來實現(xiàn)，其數(shù)值計算功能強大，運用方便，易學。6.2.5 仿真技術的運用及意義1. 仿真技術在不同工程領

27、域中有廣泛的運用仿真技術在不同工程領域中有廣泛的運用 (1) 航空與航天工業(yè)航空與航天工業(yè)飛行器設計中的三級仿真體系：純數(shù)學模擬軟件、半實物模擬、實物模飛行器設計中的三級仿真體系：純數(shù)學模擬軟件、半實物模擬、實物模擬或模擬飛行實驗。擬或模擬飛行實驗。飛行員及宇航員訓練用飛行仿真模擬器。飛行員及宇航員訓練用飛行仿真模擬器。 (2) 電力工業(yè)電力工業(yè)電力系統(tǒng)動態(tài)模型實驗：電力系統(tǒng)負荷分配、瞬態(tài)穩(wěn)定性以及最優(yōu)潮流控制電力系統(tǒng)動態(tài)模型實驗：電力系統(tǒng)負荷分配、瞬態(tài)穩(wěn)定性以及最優(yōu)潮流控制等等(3) 原子能工業(yè)原子能工業(yè)模擬核反響堆模擬核反響堆核電站仿真器用來訓練操作人員以及研討異常缺陷的排除處置。核電站仿

28、真器用來訓練操作人員以及研討異常缺陷的排除處置。(4) 石油、化工及冶金工業(yè)石油、化工及冶金工業(yè)(5)非工程領域，如醫(yī)學，社會學，宏觀經(jīng)濟與商業(yè)戰(zhàn)略的研討。非工程領域，如醫(yī)學，社會學，宏觀經(jīng)濟與商業(yè)戰(zhàn)略的研討。 6.2.5 仿真技術的運用及意義2. 運用仿真技術的主要意義運用仿真技術的主要意義 (1) 經(jīng)濟性好經(jīng)濟性好大型、復雜系統(tǒng)直接實驗是非常昂貴的，如：空間飛行器的一次飛行實驗的大型、復雜系統(tǒng)直接實驗是非常昂貴的，如：空間飛行器的一次飛行實驗的本錢約在本錢約在1億美圓左右，而采用仿真實驗僅需其本錢的億美圓左右，而采用仿真實驗僅需其本錢的1/101/5，而且設備可，而且設備可以反復運用。以反

29、復運用。(2) 平安性高平安性高某些系統(tǒng)如載人飛行器、核電安裝等，直接實驗往往會有很大的危險，某些系統(tǒng)如載人飛行器、核電安裝等，直接實驗往往會有很大的危險，甚至是不允許的，而采用仿真實驗可以有效降低危險程度，對系統(tǒng)的研討起甚至是不允許的，而采用仿真實驗可以有效降低危險程度，對系統(tǒng)的研討起到保證作用。到保證作用。(3) 快捷性高快捷性高提高設計效率：比如電路設計，服裝設計等等。提高設計效率：比如電路設計，服裝設計等等。(4) 具有優(yōu)化設計和預測的特殊功能具有優(yōu)化設計和預測的特殊功能對一些真實系統(tǒng)進展構造和參數(shù)的優(yōu)化設計是非常困難的，這時仿真可以對一些真實系統(tǒng)進展構造和參數(shù)的優(yōu)化設計是非常困難的，

30、這時仿真可以發(fā)揚它特殊的優(yōu)化設計功能；在非工程系統(tǒng)中如社會、管理、經(jīng)濟等系發(fā)揚它特殊的優(yōu)化設計功能；在非工程系統(tǒng)中如社會、管理、經(jīng)濟等系統(tǒng)，由于其規(guī)模及復雜程度宏大，直接實驗幾乎不可以，這時經(jīng)過仿真統(tǒng)，由于其規(guī)模及復雜程度宏大，直接實驗幾乎不可以，這時經(jīng)過仿真技術的運用可以獲得對系統(tǒng)的某種超前認識。技術的運用可以獲得對系統(tǒng)的某種超前認識。6.2.5 仿真技術的運用及意義6.2.6 仿真技術的開展趨勢(1) 硬件方面：基于多硬件方面：基于多CPU并行處置技術的全數(shù)字仿真將有效提高仿真系統(tǒng)并行處置技術的全數(shù)字仿真將有效提高仿真系統(tǒng)的速度，大大加強數(shù)字仿真的實時性。的速度，大大加強數(shù)字仿真的實時性。

31、 (2) 運用軟件方面：直接面向用戶的數(shù)字仿真軟件不斷推陳出新，各種專家運用軟件方面：直接面向用戶的數(shù)字仿真軟件不斷推陳出新，各種專家系統(tǒng)與智能化技術將更深化地運用于仿真軟件開發(fā)之中，使得在人機界面、系統(tǒng)與智能化技術將更深化地運用于仿真軟件開發(fā)之中，使得在人機界面、結果輸出、綜合評判等方面到達更理想的境界。結果輸出、綜合評判等方面到達更理想的境界。 (3) 分布式數(shù)字仿真：充分利用網(wǎng)絡技術，協(xié)調協(xié)作，投資少，效果好。分布式數(shù)字仿真：充分利用網(wǎng)絡技術，協(xié)調協(xié)作，投資少，效果好。(4) 虛擬現(xiàn)實技術：綜合了計算機圖形技術、多媒體技術、傳感器技術、顯虛擬現(xiàn)實技術：綜合了計算機圖形技術、多媒體技術、傳

32、感器技術、顯示技術以及仿真技術等多學科，使人置身于真實環(huán)境之中。示技術以及仿真技術等多學科，使人置身于真實環(huán)境之中。6.2.7 計算機仿真軟件仿真軟件的開展：仿真軟件的開展： (1) 程序編程階段程序編程階段一切問題如：微分方程求解、矩陣運算、繪圖等都是用高級算法言語一切問題如：微分方程求解、矩陣運算、繪圖等都是用高級算法言語如如C、FORTRAN等來編寫。等來編寫。 (2) 程序軟件包階段程序軟件包階段在這一階段出現(xiàn)了在這一階段出現(xiàn)了“運用子程序庫。運用子程序庫。(3) 交互式言語階段仿真言語交互式言語階段仿真言語(4) 模型化圖形組態(tài)階段模型化圖形組態(tài)階段符合設計人員對基于模型圖形化的描畫。符合設計人員對基于模型圖形化的描畫。常用仿真軟件：常用仿真軟件： (1) PSPICE、ORCAD、PROTEUS：通用的電子電路仿真軟件，適宜：通用的電子電路仿真軟件，適宜于元件級仿真。于元件級仿真。(2) SYS