2. 仿真的分类
数学仿真（计算机仿真）：有限元技术、运动仿真
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一. 仿真技术概论
2. 仿真的分类
混合仿真（半实物仿真hardware-in-loop simulation）：将即将数学模型与物理模型甚至实 物联合起来进行实验。 对系统中比较简单的部分或对其规律比较清楚的部 分建立数学模型，并在计算机上加以实现。 对比较复杂的部分或对规律尚不十分清楚的系统， 其数学模型的建立比较困难，则采用物理模型或实 物。
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一. 仿真技术概论
4. 系统
（1）定义：由相互联系、相互制约、相互依存的若 干部分结合在一起形成的具有特定功能和运动规律 的有机整体。 （2）系统三要素： ①实体——组成系统的具体对象； ②属性——实体所具有的每一种有效特性（状态和 参数）； ③活动——系统内对象随时间推移而发生的状态变 化。
一. 仿真技术概论
2. 仿真的必要性
便于进行重复试验，便于控制参数，时间短， 代价小 可以在真实系统建立起来之前，预测其行为 效果，从而可以从不同结构 或不同参数的模 型的结果比较之中，选择最佳模型
对于缺少解析表示的系统，或虽有解析表示 但无法精确求解的系统，可以通过仿真获得 系统运行的数值结果
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一. 仿真技术概论
5. 系统仿真
（2）计算机仿真的三个基本要素： 系统、模型与计算机
系统
数学模型建立 仿真实验
模型 仿真模型建立
计算机
计算机仿真的三要素及三个基本活动
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一. 仿真技术概论
5. 系统仿真
（3）系统仿真的三个基本活动：
①数学模型建立：实际上是一个模型辩识的过程。所建模型 常常是忽略了一些次要因素的简化模型。 ②仿真模型建立：即是设计一种算法，以使数学模型能被计 算机接受并能在计算机上运行。显然，由于在算法设计上 存在着误差，所以仿真模型对于实际系统将是一个二次简 化模型。 ③仿真实验：即是对模型的运算。需要设计一个合理的、服 务于系统研究的仿真软件。
1. 系统模型
是系统某种特定性能的一种抽象形式。 模型的表达形式有物理模型和数学模型两类。
数学模型是系统的某种特征本质的数学表达式，是 用数学公式来描述所研究的客观对象或系统中的某 一方面的问题。
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二. 机电系统建模
1. 系统模型
数 学 模 型 静态模型
连续系统模型
动态模型
离散系统模型
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二 . 机电系统建模
2. 机械系统的数学模型
机械移动系统
机 械 系 统
机械转动系统
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二 . 机电系统建模
2. 机械系统的数学模型
（1）机械移动系统
机 械 移 动 系 统 质量 弹簧 阻尼
表示系统惯性
表示系统刚性 表示摩擦或衰减效应
不一定需要真正的弹簧、阻尼器和质量块，只要 具有刚性、阻力及惯性这些性能，在输入力作用下， 系统能产生一定相应输出，如位移输出。
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一. 仿真技术概论
5. 系统仿真
①建立系统的数学模型；
（4）系统仿真的一般步骤：
②转换成仿真模型；
③编写仿真程序；
④对仿真模型进行修改校验，看与 实际系统是否一致，确认模型的正 确性。 ⑤运行仿真程序，在不同的初始条 件和参数下，对系统进行反复分析 和研究。
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二. 机电系统建模
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一. 仿真技术概论
1. 仿真（Simulation）的定义
1984年Oren提出“仿真是一种基于模型的活动”，被认为是现 代仿真技术的一个重要概念。 综合定义：仿真(Simulation)
通过对系统模型的实验来研究一个存在的或设计中的系统。 它是将所研究的对象用其它手段加以模仿的一种活动
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3. 仿真的分类
实物仿真（物理仿真）： 按照真实系统的物理性质构造系统的物理模 象，也称为“模拟”。
物理仿真的缺点是：模型改变困难，实验限制多， 投资较大。
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一. 仿真技术概论
3. 仿真的分类
实物仿真（物理仿真）：风洞，汽车碰撞实验等
一. 仿真技术概论
2. 仿真的必要性
希望能在较短的时间内观察到系统发展的全 过程，以估计某些参数对系统行为的影响． 难以在实际环境中进行实验和观察时，计算 机仿真是唯一可行的方法， 例如太空飞行的 研究． 需要对系统或过程进行长期运行比较，从大 量方案中寻找最优方案．
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一. 仿真技术概论
工程计算
第9讲 仿真技术概论
1. 仿真技术概论 2. 机电系统建模
一. 仿真技术概论
1. 仿真（Simulation）的定义
1961年G.W.Morgenthler首次技术性解释。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。 1966年雷诺(T.H.Naylor)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。” 1978年科恩（ Korn）在《连续系统仿真》一书中将仿真定义为 “用能代表所研究的系统的模型做实验”
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一. 仿真技术概论
2. 仿真的必要性
难以用数学公式表示的系统，或者没有建立 和求解数学模型的有效方法．虽然可以用解 析的方法解决问题，但数学的分析与计算过 于复杂，这时计算机仿真可能提供简单可行 的求解方法
对于随机性系统，可以通过大量的重复试验， 获得其平均意义上的特性指标
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一. 仿真技术概论
2. 仿真的分类
数学仿真（计算机仿真）： 对实际系统进行抽象，并将其特性用数学关系 加以描述而得到系统的数学模型，对数学模型进行 实验的过程称为数学仿真。 数学仿真优点是：方便、灵活、经济。 数学仿真缺点是：受限于系统建模技术，即系统数 学模型不易建立。
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一. 仿真技术概论
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一. 仿真技术概论
5. 系统仿真
一个较流行于工程技术界的定义是：仿真是通 过对系统模型的实验去研究一个存在的或设计中的 系统。这种定义适用于概括了所有工程的(技术的)或 非工程的(非技术的)系统。 （1）系统、模型和仿真之间的关系： ①系统是研究的对象； ②模型是系统的抽象； ③仿真是通过对模型的实验以达到研究系统的目的。