计算机仿真论文.doc.docVIP

河南工程学院 引言 系统仿真技术也称为系统模拟技术,所谓电子通信系统的计算机仿真,就是利用计算机对实际电子通信系统物理模型或数字模型进行试验,通过这样模型实验来对一个实际系统的性能和工作状态进行分析和研究.当在实际电子通信系统中进行试验研究比较困难或者根本无法实现时, 仿真技术就成为必然选择,. 1.1 课题的提出、目的及意义 仿真技术是伴随着计算机技术的发展而发展的。在计算机问世以前，基于物理模型的实验一般称为“模拟”，它一般附属于其他相关学科。自从计算机特别是数字计算机出现以后，其高速计算能力和巨大的存储能力使得复杂的数值计算成为可能，计算机仿真技术得到了蓬勃的发展，从而使计算机仿真成为一门重要的学科。随着仿真应用的日益扩展，计算机仿真的外延也在延伸。如现代的各种仿真训练器：飞行器，船舶、轮机仿真训练器等，尽管在景观、声响、操纵和监控系统等方面大量地采用物理仿真，但其核心部分仍然是对系统及其各组成元件的实时计算机数学仿真。广义地．这些仿真也纳入了计算机仿真的范围。[1] 计算机仿真(Computer Simulation)又称计算机模拟(Computer Analogy)或计算机实验。所谓计算机仿真就是建立系统模型的仿真模型进而在电子计算机上对该仿真模型进行模拟实验(仿真实验)研究的过程。计算机仿真方法即以计算机仿真为手段，通过仿真模型模拟实际系统的运动来认识其规律的一种研究方法。[2]在科技飞速发展的今天，它已经成为控制系统分析、研究、设计不可或缺的重要手段。应用仿真技术可以降低控制系统的研制成本，提高实验、调试及训练过程中的安全性。给工程界和非工程界带来了巨大的社会效益和经济效益。为此，计算机仿真技术在近几十年迅速发展起来，在理论和实践都取得了令人瞩目的成就，在高科技中所处的地位日益提高，受到了越来越多的关注。[3]但是无论采用何种方法来控制，其正确可行否，还需要由实践来检验；因此，如何通过计算机仿真设计出最佳的控制规律或最佳设定值，成为人们研究各种控制系统的关键。 1.2 按年代顺序综述 计算机仿真方法的产生是与电子计算机技术的发明和应用紧密相联的。1946年2月世界上第一台电子计算机ENIAC在美国诞生，到四十年代末期首台模拟式电子计算机就被用于三自由度飞机系统的仿真。五十年代末期到六十年代,由于宇航科技发展的迫切需要，美国科研人员又创造了混合计算机系统，这使得人们能对较复杂系统的行为进行仿真研究。[3]计算机仿真，早期称蒙特卡罗方法，是一门利用随机数实验求解随机问题方法，其原理可以追溯到1773年法国自然科学家G.L.L.Buffon为估计值所进行的物理实验。Krallmann, H在1980的KYBERNETES著名刊物上认为：“计算机仿真的前景及限制取决于人类思想的概念。我们的目的是要提出在人工智能领域中关于思想的理解，并将它和各种哲学体系的认识论中所形成的关于人类思想的各种概念进行比较。如果这样的体系能对有关课题的大量问题作出回答的话，那么我们会去接受这样的体系及其认识论，并认为这体系是合理、可靠的。”[4]因而，我们之所以接受计算机仿真是因为其对客观规律的正确反映，符合哲学的唯物论。 在1992年度美国提出的22项国家关键技术中，仿真技术被列为第16项；在21项国防关键技术中，被列为第6项。甚至把仿真技术作为今后科技发展战略的关键推动力。我国计算机仿真技术的研究与应用的发展也非常迅速。20世纪50年代开始，自动控制领域首先采用仿真技术；60年代，在开展连续系统仿真的同时，开展对离散事件系统的仿真进行研究。70年代，我国训练仿真器获得迅速发展，我国自行设计的飞行模拟器、机车培训仿真、化工过程培训仿真器等相继研制成功，并形成一定市场，在操作人员培训中起到了很大作用。后来随着仿真技术水平的不断提高，又建设了一批水平高、规模大的半实物仿真系统。从90年代我国又开始了对分布交互仿真、虚拟现实等先进仿真技术的研究，并取得了一定的成果。[5]这时期，计算机仿真研究成果的典型代表是：陈宗海、戴路、沈廉共同研究的一种化工过程计算机仿真培训系统开发平台。他们针对当时石油化工过程计算机仿真培训控制系统开发的特点及存在的问题，借鉴智能工程技术，在一组486微机上建立了一套新型的仿真开发平台，全套系统用C语言编制，通过多次应用知识库系统已初具规模，在对笨二甲酸，对二甲苯工艺计算机培训系统的开发中全面应用，使仿真培训系统的开发周期缩短了三分之二，人工工作量减少了百分之七十。[6]特别是近20年来，随着系统工程与科学的迅速发展，仿真技术已经从传统的工程领域扩展到非工程领域，在社会经济系统、环境生态系统、能源系统、生物医学系统、教育训练系统也得到了广泛的应用。西安交大的胡峰认为：“现代的仿真建模模型分析方法是现代科学的基本研究方法