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1第一章绪论•0.1仿真技术简介2一、仿真的意义把实际系统建立成物理模型或数学模型进行研究，然后把对模型实验研究的结果应用到实际系统中去，这种方法就叫做模拟仿真研究，简称仿真。3二、仿真的定义•仿真------就是用模型（物理模型或数学模型）代替实际系统进行实验和研究4三、仿真所遵循的基本原则•是相似原理，即*几何相似*环境相似*性能形似5四、仿真的分类•依据相似原理仿真可分为：•*物理仿真•*数学仿真•*混合仿真•随着计算机技术的发展，计算机仿真越来越多地取代纯物理仿真。6五、仿真过程70.2计算机仿真技术的发展概况仿真硬件的发展仿真软件的发展8一、硬件的发展•40年代出现了模拟计算机，这时的计算机大都是用来设计飞机的专用计算机。•50年代初，出现了通用的模拟计算机。•50年代末，数字计算机有了很大发展，加上这时期在微分方程数值解的理论方面又有很大的发展，所以在几种高级语言（如FORTRAN，ALGOL等）出现以后，在50年代末期，数字计算机便在非实时仿真方面开始得到广泛的应用。9•1958年为满足高速动态系统仿真的要求，出现了第一台专用的模拟/数字混合计算机，它是用来解决导弹轨迹的计算问题。•60年代初期，出现了混合计算机商品。•近年以来，由于计算机技术的飞速发展，数字计算机已有可能解决高速动态系统的实时仿真问题，所以模拟/数字混合计算机将被数字计算机所取代。10二、仿真软件的发展•近四十年来，仿真软件充分吸收了仿真方法学、计算机、网络、图形/图像、多媒体、软件工程、系统工程、自动控制、人工智能等技术成果，从而得到了很大发展。•仿真软件也从初期的机器代码，经历较高级的编程语言，面向问题描述的仿真语言，发展到模块化概念，并进而发展到面向对象编程，图形化模块编程等。11•人机环境也由初期的图形支持，到动画，交互式仿真，进一步发展到矢量的图形支持，并向虚拟现实发展，仿真软件的发展基本经历了以下五个阶段。•（1）通用程序设计语言：1960年左右的FORTRAN，以及具有适应并行处理功能的Ada,C++等语言。12•（2）初级仿真语言阶段:1960～1970年间面向框图的MIDAS；面向大型连续系统的仿真规范的CSSL(ContinuousSystemSimulationLanguage)；CSMP(ContinuousSystemModelingProgram)；基于差分方程模型的DYNAMO(DynamicModels)；基于离散事件的SIMLIB和CSL(ControlandsimulationLanguage)；还有以过程为基础的通用仿真系统GPSS(GeneralpurposeSimulationSystem)等。13•（3）高级仿真语言阶段:1970～1980年间商用的连续系统仿真语言SSLIV、DAREP、ACSL,以及离散事件系统仿真语言GPSSIV、SIMCRIPⅢ和SLAM等。•（4）一体化建模与仿真环境软件:如美国Pritsket于1989年推出的TESS，它是具有数据库,而且能将数据存储与检索，脚本仿真/数据采集，数据分析报告和图形生成，脚本动画，网络模型输入，运行控制，数据管理等八个部分组成一体化仿真软件环境。14•（5）智能化仿真软件环境:它于80年代后期问世，由一体化仿真软件环境，专家系统，智能接口等组成并具有知识库、模型库、方法库、实验程序库和数据库，该软件充分利用了FORTRAN、C、Ada、LISP等语言的优良特性。•到目前为止，已形成了许多各具特色的仿真语言。其中美国Mathworks软件公司的动态仿真集成软件Simulink与该公司著名的MATLAB软件集成在一起，成为当今最具影响力的控制系统应用软件。150.3计算机仿真技术的应用计算机仿真已被广泛应用于各个领域，它在系统研究中的重要性在于它不仅经济而且安全可靠。通过仿真研究可以预测系统的特性以及外界干扰的影响，从而可以对制订控制方案和控制决策提供定量依据。工程系统非工程系统16一、工程系统•如控制系统的设计、分析和研究；电力系统的可靠性研究；化工流程的模拟；造船、飞机、导弹等研制过程。17二、非工程系统•如用于研究社会经济、人口、污染、生物、医学系统等。•由于其应用广泛及卓有成效，在国际上成立国际仿真联合会（InternationalAssociationforMathematicandComputerinSimulation-IAMCS）。18三、新的研究热点•(1)面向对象的仿真方法，从人类认识世界的模式出发提供更自然直观的系统仿真框架；•(2)分布式交互仿真通过计算机网络实现交互操作，构造时空一致合成的仿真环境,可对复杂、分布、综合的系统进行实时仿真；19•(3)定性仿真以非数字手段处理信息输入、建模、结果输出，建立定性模型；•(4)人机和谐的仿真环境，发展可视化仿真、多媒体仿真和虚拟现实等。这些新技术、新方法必将孕育着仿真方法的新突破。20四、当前仿真研究的前沿课题•主要有仿真与人工智能技术的结合、分布式仿真与仿真模型的并行处理、图形与动画仿真、建模环境与仿真支持系统等。•控制系统的仿真是一门涉及到控制理论、计算数学和计算机技术的综合性科学。210.4控制系统计算机辅助设计（CAD）的主要内容及其应用221.控制系统CAD的主要内容根据所使用的数学工具，控制系统的分析与设计方法可以分为如下的两大类：变换法（频域法）和状态空间法（时域法）。232.控制系统CAD的应用(1)控制系统CAD可以广泛地应用于工业生产部门。(2)控制系统CAD对于从事自动控制的研究人员来说也是必部可少的工具和手段。(3)控制系统CAD在控制系统教学中的应用也是十分明显的。240.5基于MATLAB的控制系统仿真的现状251.是目前国际控制界最流行的仿真语言2.设计控制系统•控制系统工具箱•系统辨识工具箱•鲁棒控制工具箱•多变量频域设计工具箱•分析与校正工具箱•神经网络工具箱•最优化工具箱•模糊控制工具箱等