有關(guān)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的論文(2)
有關(guān)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的論文篇二
《動(dòng)態(tài)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)綜述》
摘 要：計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而快速發(fā)展，其應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，而且在眾多領(lǐng)域的發(fā)展中也發(fā)揮出關(guān)鍵的作用。文章詳細(xì)論述了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，并探討了連續(xù)變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真建模和離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真建模。
關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)系統(tǒng);計(jì)算機(jī)仿真;仿真建模
中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597(2014)17-0036-01
1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)即利用計(jì)算機(jī)制作真實(shí)系統(tǒng)模型，用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估的技術(shù)手段。具體說(shuō)就是將真實(shí)系統(tǒng)作為仿真模型的根據(jù)，通過(guò)運(yùn)行具體仿真模型和對(duì)計(jì)算機(jī)輸出信息的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和變化規(guī)律的綜合評(píng)估與預(yù)測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)的改善或優(yōu)化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速進(jìn)步，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)主要是用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)，應(yīng)用于多項(xiàng)領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)作為一種可以客觀分析現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和評(píng)價(jià)現(xiàn)有設(shè)計(jì)系統(tǒng)性能的技術(shù)手段，在很多領(lǐng)域(例如航空航天、經(jīng)濟(jì)管理、通信網(wǎng)絡(luò)等)的發(fā)展中起到極為重要的促進(jìn)作用。可以這樣說(shuō)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代和高科技產(chǎn)業(yè)中不可或缺的進(jìn)行系統(tǒng)分析和研究的一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)手段。
由于在實(shí)際的操作過(guò)程中，需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇合適的計(jì)算機(jī)類型，因此根據(jù)在仿真過(guò)程中采用的計(jì)算機(jī)類型以及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展過(guò)程，可以將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的類別劃分為模擬機(jī)仿真、數(shù)字機(jī)仿真和模擬―數(shù)字混合機(jī)仿真。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在20世紀(jì)50年代興起，模擬計(jì)算機(jī)是當(dāng)時(shí)采用的主要計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，其工作原理是：在仿真系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型明確的前提下，通過(guò)一系列運(yùn)算器和無(wú)源器件建立一個(gè)仿真的電路，通過(guò)這個(gè)仿真電路進(jìn)行后期的實(shí)驗(yàn)研究。但是，隨著計(jì)算機(jī)數(shù)字化的快速發(fā)展，在20世紀(jì)60年代后期，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)開(kāi)始由模擬形式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字機(jī)仿真。但是，航空航天等大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)提出更高的要求，傳統(tǒng)的數(shù)字機(jī)對(duì)信息的處理能力等方面已不能滿足仿真系統(tǒng)的需求。為了盡快解決這一問(wèn)題，使計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)能夠?yàn)楦嗟念I(lǐng)域提供最佳的服務(wù)，以數(shù)字機(jī)與模擬機(jī)混合而成的數(shù)字混合機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字混合機(jī)不僅能夠滿足航空航天等復(fù)雜系統(tǒng)的應(yīng)用，而且也極大程度的促進(jìn)了這些領(lǐng)域的快速發(fā)展。而后仿真技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展。
計(jì)算機(jī)仿真主要三個(gè)方面的內(nèi)容組成：一是系統(tǒng);二是模型;三是計(jì)算機(jī)。而這三方面的內(nèi)容主要是通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)、仿真模型的建立以及系統(tǒng)模型的建立相互聯(lián)系在一起的。
在模型活動(dòng)的基礎(chǔ)上，可以將計(jì)算機(jī)仿真的全過(guò)程劃分為下面三個(gè)階段：
1)計(jì)算機(jī)模型的建立，通過(guò)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，可以確定系統(tǒng)的原始狀態(tài)，計(jì)算機(jī)模型的準(zhǔn)確建立是計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)有效性的基礎(chǔ)技術(shù)。2)計(jì)算機(jī)模型的轉(zhuǎn)變，此過(guò)程通過(guò)將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)變成為相應(yīng)的模擬電路等可以用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言表達(dá)出來(lái)的仿真模型，并通過(guò)編寫(xiě)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件，變成可以直接應(yīng)用的計(jì)算機(jī)仿真工具。3)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)階段，利用仿真輸出信息與實(shí)際存在的系統(tǒng)信息進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)已有的系統(tǒng)進(jìn)行改善和完善。
2 仿真模型的建立
模型分析之所以得到廣泛的應(yīng)用成為現(xiàn)代科學(xué)研究最常用的方法之一，是因?yàn)樗梢愿鶕?jù)實(shí)際系統(tǒng)抽象或是對(duì)事物本質(zhì)的描述來(lái)建立簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型或物理模型，這種模型與實(shí)際系統(tǒng)之間存在同構(gòu)或同態(tài)關(guān)系的，我們就可以通過(guò)此模型來(lái)分析實(shí)際系統(tǒng)，進(jìn)而對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行合理的控制和優(yōu)化。下面主要詳細(xì)討論兩種形式的仿真建模。
首先針對(duì)連續(xù)變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真建模是由時(shí)間驅(qū)動(dòng)，狀態(tài)連續(xù)變化等一類物理系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)中時(shí)間和取值方式，可以將連續(xù)變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)劃分為連續(xù)時(shí)間動(dòng)態(tài)系統(tǒng)、離散時(shí)間動(dòng)態(tài)系統(tǒng)(工程采樣系統(tǒng)是最為常見(jiàn)的系統(tǒng))和連續(xù)-離散時(shí)間混合的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)等多種類型。同時(shí)，對(duì)連續(xù)變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真系統(tǒng)常用的數(shù)學(xué)模型有多種，最常見(jiàn)的是常/偏微分方程模型，另外還有滑動(dòng)平均(MA)模型和受控自回歸滑動(dòng)平均(CARMA)模型等。
其次，離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)(DEDS)的仿真建模。離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)多是人造系統(tǒng)，相對(duì)于其他系統(tǒng)離散事件的變化關(guān)系較為復(fù)雜，常規(guī)的方程模型難以較準(zhǔn)確的對(duì)其進(jìn)行描述。人們針對(duì)離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了多方改進(jìn)，自20世紀(jì)80年代初以來(lái)出現(xiàn)了多種形式。例如，常見(jiàn)的依據(jù)事件發(fā)生時(shí)間對(duì)所考察對(duì)象變化過(guò)程的分析而言是否有必要這一條件作為研究范圍，將離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)劃分為：帶時(shí)標(biāo)的離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)(TIM/RTIL模型、雙子代數(shù)模型等)和不帶時(shí)標(biāo)的離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)(Petri網(wǎng)絡(luò)模型、過(guò)程代數(shù)模型等)，同時(shí)也可以依據(jù)系統(tǒng)輸入信息以及狀態(tài)演變的確定性與否，將其劃分為確定性離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和不確定性離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型。
從現(xiàn)有的很多文獻(xiàn)以及不同種類的離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)(DEDS)描述來(lái)看，離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的建立和分析研究仍不完善，有很大的發(fā)展空間。此系統(tǒng)模型種類多，那么在模型種類之間就需要必要的轉(zhuǎn)換關(guān)系，對(duì)每一種模型的描述方式通常僅適用于一種或是幾種問(wèn)題。
分析目前已有的系統(tǒng)建模方法，離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)最常用的方法主要包括網(wǎng)絡(luò)圖或事件圖法和形式語(yǔ)言與自動(dòng)機(jī)方法等。雖然離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的建立為離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真創(chuàng)造了條件，但是并不是所有的離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型都能直接用于計(jì)算。例如，常用的GSMP模型，可以用于描述多種模型方式不具備的或是很難描述的復(fù)雜過(guò)程，但GSMP模型在計(jì)算機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用卻很復(fù)雜，需要專業(yè)的相關(guān)知識(shí)。離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真的核心問(wèn)題是仿真模型的有效性，保障與真實(shí)系統(tǒng)行為具有某種同構(gòu)或同態(tài)關(guān)系。在CVDS中的方法是使用以物理規(guī)則為根據(jù)，通過(guò)方程式的方法來(lái)描述模型設(shè)計(jì)，這樣并不完全適用于離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真模型的建立。另外一方面的問(wèn)題是由于離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)多是人造系統(tǒng)，變化形式表現(xiàn)出復(fù)雜的非線性。隨著需求的不斷變化計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)需要不斷的改進(jìn)，針對(duì)不同時(shí)間要選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ汀?/p>
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