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数学仿真

 求是1025 2023-03-26 发布于山东

发展历程

数学仿真的发展经历了三个阶段:模拟计算机仿真、数字模拟混合仿真和数字计算机仿真。20世纪5060年代,将系统数学模型在模拟计算机上加以实现并进行实验称为模拟计算机仿真。60~70年代,由于数字计算机技术还处于较低水平时,产生了数字-模拟混合仿真,即将系统的模型分为两部分,其中一部分放在模拟计算机上运行,另一部分放在数字计算机上运行,两个计算机之间利用模数和数模转换装置交换信息,这就是数字-模拟混合仿真。70年代末,将系统数学模型用数字计算机程序加以实现。通过运行程序得到数学模型的解,从而达到仿真的目的,这就是数字计算机仿真。随着数字计算机技术的发展,模拟计算机仿真和数字-模拟混合仿真已逐步被数字计算机仿真取代,今天的数学仿真一般都是基于数字计算机的仿真。

仿真步骤

数学仿真首要任务是建立数学模型,即根据研究和分析目的不同,采用恰当的数学形式描述所要研究的对象。其次建立仿真模型,即将系统数学模型用数字计算机程序加以实现。其主要任务是根据数学模型的特点和仿真的要求选择合适的算法,其计算的稳定性、精度、计算速度应能满足仿真的需要。同时仿真模型要包括仿真实验的要求,如仿真运行参数、控制参数、输出要求等。随后,根据仿真的目的对模型进行多方面的实验,相应地得到模型的输出,然后,对仿真输出进行分析。

主要特点

①安全性。数学仿真由于是基于计算机进行模型实验,安全性不言而喻。②经济性。很多项目投资极大,有相当的风险,而数学仿真技术的应用可以较小的投资换取风险上的大幅降低。③可重复性。在模型确定的情况下,稳定系统的输入条件,可以复现某一仿真过程,这样可以在稳定实验条件下对系统进行重复的研究,也可以通过过程复现培养受训人员的反应能力,提高训练效果。

基本应用

数学仿真不仅可用于航天、航空、各种武器系统的研制,而且已经广泛应用于电力、交通运输、通信、化工、核能各个领域。特别是,随着系统科学与工程技术的迅速发展,数学仿真技术已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。

扩展阅读

  • 肖田元,范文慧.系统仿真导论.北京:清华大学出版社,2010.
  • 军用仿真术语标准研究课题组.军用建模与仿真通用术语汇编.北京:国防工业出版社,2004.

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