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
《動態系統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展而快速發展，其應用范圍也越來越廣，而且在眾多領域的發展中也發揮出關鍵的作用。文章詳細論述了計算機仿真技術，并探討了連續變量動態系統的仿真建模和離散事件動態系統的計算機仿真建模。
關鍵詞：動態系統;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模型，用來進行系統評估的技術手段。具體說就是將真實系統作為仿真模型的根據，通過運行具體仿真模型和對計算機輸出信息的分析，實現對實際系統運行狀態和變化規律的綜合評估與預測，進而實現對真實系統設計與結構的改善或優化。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有系統運行狀態和評價現有設計系統性能的技術手段，在很多領域(例如航空航天、經濟管理、通信網絡等)的發展中起到極為重要的促進作用。可以這樣說，計算機仿真技術已經成為現代和高科技產業中不可或缺的進行系統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，需要根據實際情況來選擇合適的計算機類型，因此根據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、數字機仿真和模擬―數字混合機仿真。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：在仿真系統數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，隨著計算機數字化的快速發展，在20世紀60年代后期，計算機仿真技術開始由模擬形式轉變為數字機仿真。但是，航空航天等大規模復雜系統的發展對計算機仿真技術提出更高的要求，傳統的數字機對信息的處理能力等方面已不能滿足仿真系統的需求。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，以數字機與模擬機混合而成的數字混合機應運而生。數字混合機不僅能夠滿足航空航天等復雜系統的應用，而且也極大程度的促進了這些領域的快速發展。而后仿真技術隨著計算機技術的發展而迅速發展。
計算機仿真主要三個方面的內容組成：一是系統;二是模型;三是計算機。而這三方面的內容主要是通過仿真實驗、仿真模型的建立以及系統模型的建立相互聯系在一起的。
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，通過建立系統的數學模型，可以確定系統的原始狀態，計算機模型的準確建立是計算機仿真系統有效性的基礎技術。2)計算機模型的轉變，此過程通過將數學模型轉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據處理軟件，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信息進行比較，發現問題，對已有的系統進行改善和完善。
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代科學研究最常用的方法之一，是因為它可以根據實際系統抽象或是對事物本質的描述來建立簡化的數學模型或物理模型，這種模型與實際系統之間存在同構或同態關系的，我們就可以通過此模型來分析實際系統，進而對實際系統進行合理的控制和優化。下面主要詳細討論兩種形式的仿真建模。
首先針對連續變量動態系統的仿真建模是由時間驅動，狀態連續變化等一類物理系統。根據系統中時間和取值方式，可以將連續變量動態系統劃分為連續時間動態系統、離散時間動態系統(工程采樣系統是最為常見的系統)和連續-離散時間混合的動態系統等多種類型。同時，對連續變量動態系統仿真系統常用的數學模型有多種，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，離散事件動態系統(DEDS)的仿真建模。離散事件動態系統多是人造系統，相對于其他系統離散事件的變化關系較為復雜，常規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系統模型的設計方法進行了多方改進，自20世紀80年代初以來出現了多種形式。例如，常見的依據事件發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，將離散事件動態系統劃分為：帶時標的離散事件動態系統(TIM/RTIL模型、雙子代數模型等)和不帶時標的離散事件動態系統(Petri網絡模型、過程代數模型等)，同時也可以依據系統輸入信息以及狀態演變的確定性與否，將其劃分為確定性離散事件動態系統和不確定性離散事件動態系統模型。
從現有的很多文獻以及不同種類的離散事件動態系統(DEDS)描述來看，離散事件動態系統模型的建立和分析研究仍不完善，有很大的發展空間。此系統模型種類多，那么在模型種類之間就需要必要的轉換關系，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建模方法，離散事件動態系統最常用的方法主要包括網絡圖或事件圖法和形式語言與自動機方法等。雖然離散事件動態系統模型的建立為離散事件動態系統的仿真創造了條件，但是并不是所有的離散事件動態系統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，需要專業的相關知識。離散事件動態系統仿真的核心問題是仿真模型的有效性，保障與真實系統行為具有某種同構或同態關系。在CVDS中的方法是使用以物理規則為根據，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系統仿真模型的建立。另外一方面的問題是由于離散事件動態系統多是人造系統，變化形式表現出復雜的非線性。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的模型。
參考文獻
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