有關計算機仿真技術的論文(2)
有關計算機仿真技術的論文篇二
《動態(tài)系統(tǒng)計算機仿真技術綜述》
摘 要：計算機仿真技術隨著計算機等相關技術的發(fā)展而快速發(fā)展，其應用范圍也越來越廣，而且在眾多領域的發(fā)展中也發(fā)揮出關鍵的作用。文章詳細論述了計算機仿真技術，并探討了連續(xù)變量動態(tài)系統(tǒng)的仿真建模和離散事件動態(tài)系統(tǒng)的計算機仿真建模。
關鍵詞：動態(tài)系統(tǒng);計算機仿真;仿真建模
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597(2014)17-0036-01
1 計算機仿真技術
計算機仿真技術即利用計算機制作真實系統(tǒng)模型，用來進行系統(tǒng)評估的技術手段。具體說就是將真實系統(tǒng)作為仿真模型的根據(jù)，通過運行具體仿真模型和對計算機輸出信息的分析，實現(xiàn)對實際系統(tǒng)運行狀態(tài)和變化規(guī)律的綜合評估與預測，進而實現(xiàn)對真實系統(tǒng)設計與結(jié)構(gòu)的改善或優(yōu)化。隨著計算機技術的快速進步，計算機仿真技術主要是用來進行系統(tǒng)分析和設計，應用于多項領域。計算機仿真技術作為一種可以客觀分析現(xiàn)有系統(tǒng)運行狀態(tài)和評價現(xiàn)有設計系統(tǒng)性能的技術手段，在很多領域(例如航空航天、經(jīng)濟管理、通信網(wǎng)絡等)的發(fā)展中起到極為重要的促進作用?？梢赃@樣說，計算機仿真技術已經(jīng)成為現(xiàn)代和高科技產(chǎn)業(yè)中不可或缺的進行系統(tǒng)分析和研究的一項關鍵性技術手段。
由于在實際的操作過程中，需要根據(jù)實際情況來選擇合適的計算機類型，因此根據(jù)在仿真過程中采用的計算機類型以及計算機仿真技術的發(fā)展過程，可以將計算機仿真技術的類別劃分為模擬機仿真、數(shù)字機仿真和模擬―數(shù)字混合機仿真。計算機仿真技術在20世紀50年代興起，模擬計算機是當時采用的主要計算機仿真技術，其工作原理是：在仿真系統(tǒng)數(shù)學模型明確的前提下，通過一系列運算器和無源器件建立一個仿真的電路，通過這個仿真電路進行后期的實驗研究。但是，隨著計算機數(shù)字化的快速發(fā)展，在20世紀60年代后期，計算機仿真技術開始由模擬形式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字機仿真。但是，航空航天等大規(guī)模復雜系統(tǒng)的發(fā)展對計算機仿真技術提出更高的要求，傳統(tǒng)的數(shù)字機對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題，使計算機仿真技術能夠為更多的領域提供最佳的服務，以數(shù)字機與模擬機混合而成的數(shù)字混合機應運而生。數(shù)字混合機不僅能夠滿足航空航天等復雜系統(tǒng)的應用，而且也極大程度的促進了這些領域的快速發(fā)展。而后仿真技術隨著計算機技術的發(fā)展而迅速發(fā)展。
計算機仿真主要三個方面的內(nèi)容組成：一是系統(tǒng);二是模型;三是計算機。而這三方面的內(nèi)容主要是通過仿真實驗、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。
在模型活動的基礎上，可以將計算機仿真的全過程劃分為下面三個階段：
1)計算機模型的建立，通過建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，可以確定系統(tǒng)的原始狀態(tài)，計算機模型的準確建立是計算機仿真系統(tǒng)有效性的基礎技術。2)計算機模型的轉(zhuǎn)變，此過程通過將數(shù)學模型轉(zhuǎn)變成為相應的模擬電路等可以用計算機語言表達出來的仿真模型，并通過編寫相應的數(shù)據(jù)處理軟件，變成可以直接應用的計算機仿真工具。3)計算機仿真實驗階段，利用仿真輸出信息與實際存在的系統(tǒng)信息進行比較，發(fā)現(xiàn)問題，對已有的系統(tǒng)進行改善和完善。
2 仿真模型的建立
模型分析之所以得到廣泛的應用成為現(xiàn)代科學研究最常用的方法之一，是因為它可以根據(jù)實際系統(tǒng)抽象或是對事物本質(zhì)的描述來建立簡化的數(shù)學模型或物理模型，這種模型與實際系統(tǒng)之間存在同構(gòu)或同態(tài)關系的，我們就可以通過此模型來分析實際系統(tǒng)，進而對實際系統(tǒng)進行合理的控制和優(yōu)化。下面主要詳細討論兩種形式的仿真建模。
首先針對連續(xù)變量動態(tài)系統(tǒng)的仿真建模是由時間驅(qū)動，狀態(tài)連續(xù)變化等一類物理系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)中時間和取值方式，可以將連續(xù)變量動態(tài)系統(tǒng)劃分為連續(xù)時間動態(tài)系統(tǒng)、離散時間動態(tài)系統(tǒng)(工程采樣系統(tǒng)是最為常見的系統(tǒng))和連續(xù)-離散時間混合的動態(tài)系統(tǒng)等多種類型。同時，對連續(xù)變量動態(tài)系統(tǒng)仿真系統(tǒng)常用的數(shù)學模型有多種，最常見的是常/偏微分方程模型，另外還有滑動平均(MA)模型和受控自回歸滑動平均(CARMA)模型等。
其次，離散事件動態(tài)系統(tǒng)(DEDS)的仿真建模。離散事件動態(tài)系統(tǒng)多是人造系統(tǒng)，相對于其他系統(tǒng)離散事件的變化關系較為復雜，常規(guī)的方程模型難以較準確的對其進行描述。人們針對離散事件動態(tài)系統(tǒng)模型的設計方法進行了多方改進，自20世紀80年代初以來出現(xiàn)了多種形式。例如，常見的依據(jù)事件發(fā)生時間對所考察對象變化過程的分析而言是否有必要這一條件作為研究范圍，將離散事件動態(tài)系統(tǒng)劃分為：帶時標的離散事件動態(tài)系統(tǒng)(TIM/RTIL模型、雙子代數(shù)模型等)和不帶時標的離散事件動態(tài)系統(tǒng)(Petri網(wǎng)絡模型、過程代數(shù)模型等)，同時也可以依據(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態(tài)系統(tǒng)和不確定性離散事件動態(tài)系統(tǒng)模型。
從現(xiàn)有的很多文獻以及不同種類的離散事件動態(tài)系統(tǒng)(DEDS)描述來看，離散事件動態(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)換關系，對每一種模型的描述方式通常僅適用于一種或是幾種問題。
分析目前已有的系統(tǒng)建模方法，離散事件動態(tài)系統(tǒng)最常用的方法主要包括網(wǎng)絡圖或事件圖法和形式語言與自動機方法等。雖然離散事件動態(tài)系統(tǒng)模型的建立為離散事件動態(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態(tài)系統(tǒng)模型都能直接用于計算。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雜過程，但GSMP模型在計算機上的實際應用卻很復雜，需要專業(yè)的相關知識。離散事件動態(tài)系統(tǒng)仿真的核心問題是仿真模型的有效性，保障與真實系統(tǒng)行為具有某種同構(gòu)或同態(tài)關系。在CVDS中的方法是使用以物理規(guī)則為根據(jù)，通過方程式的方法來描述模型設計，這樣并不完全適用于離散事件動態(tài)系統(tǒng)仿真模型的建立。另外一方面的問題是由于離散事件動態(tài)系統(tǒng)多是人造系統(tǒng)，變化形式表現(xiàn)出復雜的非線性。隨著需求的不斷變化計算機仿真技術需要不斷的改進，針對不同時間要選擇適當?shù)哪Ｐ汀?/p>
參考文獻
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