1.系统仿真的分类
除了可按模型的特性将系统仿真分为连续系统仿真、离散事件系统仿真类型外,系统仿真的分类方法还有以下4种。
1)根据计算机分类
(1)模拟计算机仿真。模拟计算机使用一系列运算器(如放大器、积分器、加法器、乘法器、函数发生器等)和无源器件(如系数器等)相互连接成仿真电路,由于各运算器并行操作,所以运算速度快,实时性好;其缺点是计算精度低,线性部件为千分之几,非线性运算误差在百分之几,而且排题工作繁复,模型变化后更改困难。
(2)数字计算机仿真。数字计算机仿真即将系统模型用一组程序来描述,并使它在数字计算机上运行。数字计算机精度高,一般可以达到所期望的有效数字位,且可以对动态特征截然不同的各种动态系统进行仿真研究,但运算速度慢(串行运算)。
(3)模拟数字混合计算机仿真。混合仿真系统有两种基本结构:一种是在模拟计算机基础上增加一些数字逻辑功能,称为混合模拟计算机;另一种是由模拟计算机、数字计算机及其接口组成,两台计算机之间利用D/A及A/D转换、交换信息,称为数字-模拟混合计算机,如图1.2.1所示。
图1.2.1 数字-模拟混合计算机
2)根据仿真时钟与实际时钟的比例关系分类
系统动态模型的时间标尺可以和实际系统的时间标尺不同,前者受仿真时钟控制,而后者受实际时钟控制。据此,可将系统仿真分为以下3类。
(1)实时仿真:仿真时钟与实际时钟是完全一致的。
(2)欠实时仿真:仿真时钟比实际时钟慢。
(3)超实时仿真:仿真时钟比实际时钟快。
3)根据仿真系统的结构和实现手段分类
(1)数学仿真。数学仿真是指实际系统全部由数学模型代替,并把数学模型变成仿真模型,在计算机上对实际系统进行研究的过程。
(2)物理仿真。物理仿真又称物理效应仿真,指的是研制某些硬件结构(实体模型),使之可重现系统的各种状态,而不必采用昂贵的原型。
(3)半实物仿真。半实物仿真又称硬件在回路中仿真。在某些系统研究中,常把数学模型、实体模型(物理效应模型)和系统的实际设备(实物)联系在一起运转,组成仿真系统,如图1.2.2所示,这种仿真称为半实物仿真。
(4)人在回路中仿真。人在回路中的仿真系统,要着重解决人的感觉环境的仿真生成技术,其中包括视觉、听觉、动感、力反馈等仿真环境,如图1.2.3所示。
(5)软件在回路中仿真。这里所指的软件是实物上的专用软件,如武器系统中的战术决策、信息处理、控制软件。这类仿真又称为嵌入式仿真。
4)根据虚实结合的程序分类
在分布式交互仿真(Distributed Interactive Simulation,DIS)环境下,根据仿真训练可支持的实体类型的不同,定义了3种概念的仿真,如表1.2.1所示。
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图1.2.2 半实物仿真系统
图1.2.3 人在回路中仿真系统
表1.2.1 根据仿真训练可支持的实体类型定义的3种仿真
(1)构造仿真。构造仿真包括模型、模拟军事演习、分析工具等的仿真,如计算机生成兵力(Computer Generated Force,CGF)等具有一定自主行为仿真软件的仿真。
(2)虚拟仿真。虚拟仿真包括各种人参与的仿真。
(3)实况仿真。实况仿真包括各种可操作平台、仪表和真实武器装备的仿真。
2.系统仿真的工作流程
数学仿真和半实物仿真的工作流程可用系统仿真关系图来表示。数学仿真的3项基本要素是系统、模型和计算机,联系3项要素的3项基本活动是系统建模、仿真建模和仿真试验。半实物仿真与数学仿真不同的地方是在原来的计算机方框中增加了物理效应模型和被试验的系统实物,如图1.2.4所示。
数学仿真的工作流程如图1.2.5所示,主要工作流程内容如下。
(1)系统定义。根据仿真的目的,规定所仿真系统的边界、约束条件。
图1.2.4 半实物仿真系统仿真关系图
图1.2.5 数学仿真的工作流程
(2)数学建模。根据系统试验知识、仿真目的和试验资料来确定系统数学模型的框架、结构和参数。模型的繁简程度应与仿真目的相匹配,并要确保模型的有效性和仿真的经济性。
(3)仿真建模。根据数学模型的形式,计算机的类型以及仿真目的将数学模型转变成仿真模型,建立仿真试验框架,并进行模型变换正确性校核。
(4)装载。利用仿真软件将仿真模型输入计算机,设定试验条件及记录变量。
(5)试验。根据仿真目的在模型上进行试验。
(6)结果分析。根据试验要求对结果进行分析、整理及文档化。根据分析的结果修正数学模型、仿真模型、仿真程序,以进行新的试验。
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