研究生课程教学大纲
课程编号：00412741
课程名称：复杂系统仿真及应用
英文名称：Simulation and Application of Complex System
学时：32
学分：2
适用学科：交通运输规划与管理、交通运输工程
课程性质：选修
先修课程：概率与数理统计、运筹学、统计学、管理信息系统
一、课程的性质及教学目标
1、课程性质：本课程的授课对象是交通运输规划与管理专业硕士研究生，属于
交通运输规划与管理专业的专业选修课程，也可作为其他管理类
专业的选修课程。
2、教学目标：通过对复杂系统仿真基本理论和方法的学习，了解系统仿真在交
通运输领域的应用现状，初步掌握采用仿真作为技术手段进行科
学研究的步骤和方法。
二、课程的教学内容及基本要求
1、复杂系统仿真基本概念
1.1 复杂系统与系统模型
1.2 系统仿真
1.3 复杂系统微观仿真
基本要求：了解系统、复杂系统、系统模型、仿真技术；理解复杂系统微观仿真的适用性、实际应用及存在的问题。
2、元胞自动机
2.1 元胞自动机模型
2.2 元胞自动机仿真技术
2.3 基于元胞自动机的交通系统建模与仿真
基本要求：了解元胞自动机的起源及发展、动力学特征及几类重要的元胞自
动机；理解元胞自动机模型、构建步骤及仿真流程；了解元胞自动机在交通系统中的应用。
3、多主体仿真
3.1 多主体建模与仿真
3.2 多主体仿真模型的实现
3.3 多主体仿真在交通系统中的应用实例
基本要求：理解多主体仿真的概念、建模思想和模型建立过程；了解多主体仿真在交通领域中的应用。
三、课内学时分配
章节内容讲课学时备注1、复杂系统仿真基本概念课堂讲授 6
自学指导 2
学术研讨 2
2、元胞自动机课堂讲授 6
自学指导 2
学术研讨 3
3、多主体仿真课堂讲授 6
自学指导 2
学术研讨 3
合计学时32
四、推荐教材与主要参考书目
[1]宣慧玉,张发. 复杂系统仿真及应用[M]. 北京：清华大学出版社, 2008.
[2]Jerry Banks, Barry L. Nelson等. 离散时间系统仿真[M]. 北京：机械工业出版
社, 2007.
[3]W.David Kelton, Randall P. Sadowski等. 仿真使用Arena软件[M]. 北京：机
械工业出版社, 2007.
[4]肖田元,张燕云,陈加栋. 系统仿真导论[M]. 北京：清华大学出版社, 2004.
[5]陈艳艳,张广厚,史建港. 拥挤行人交通系统规划及仿真[M]. 北京：人民交通
出版社, 2011.
五、教学与考核方式
1、教学方式：启发式课堂讲授、课堂案例教学、研讨式文献阅读、交通系统仿
真应用实例分析。
2、考核方式：总成绩（100%）= 平时作业（20%）+ 课程论文（80%）。
编写人（签字）：李季涛编写时间：2012年6月27日
流程工业综合自动化系统的仿真技术及其应用 作者：章建栋，冯毅萍，荣冈来源：互联网2010-06-29 0人 分享此文 分析了该集成仿真技术面临的关键问题，包括多分辨率建模技术，分布式集成仿真技术标准和集成仿真平台，以及可视化仿真技术等，最后探讨了仿真技术未来的发展方向。 0 引言 面对全球激烈的商业竞争，流程工业企业纷纷通过提高产品质量、降低运营成本和缩短交货期等手段来提升自己的竞争力。在这个过程中，计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System，CIMS)受到高度重视，不少学术机构对此进行了研究，并提出了不同的CIMS体系结构，比较典型的有：欧共体EsPRIT的计算机集成制造开放系统体系结构(Computer Integrated Manufacturing Open System Archltecture，CIM-OSA)、普渡大学的普渡企业参考体系结构(Purdue Enterprise Reference Archltecture，PERA)，以及美国先进制造研究中心(Advanced Manufacturing Research，AMR)的企业资源规划(Enterprise Resource Planning，ERP)／制造执行系统(Manufacturing Executive System，MES)／过程控制系统(Process Control system，PCS)三层企业集成体系结构(如图1)。其中，AMR的三层企业集成体系结构已成为当今西方先进工业国家流程工业综合自动化系统理论和产品的主流框架，并在实际应用中取得了显著的效益。 在ERP／MES／PCS三层企业集成体系结构中，PCS层通过可编程逻辑控制器(Programmable Logic controllcr，PLC)、集散控制系统(Dlstributed Control system，DCS)或现场总线控制系统，负责对生产设备进行自动控制，对生产过程实时监控；MES层通过生产调度、生产统计、成本控制、物料平衡和能源管理等应用系统来组织生产，并对PCS 层和ERP层的信息进行采集、传递和加工处理；ERP层主要根据企业的人、财、物的总结状况和产、供、销各环节的信息，对生产进行合理有效的计划和组织，使生产经营协调有序进行，并对企业战略计划进行决策。在对上述各层次应用的研究中，仿真技术发挥了巨大的 作用。 事实上，随着现代流程工业日趋大型化、复杂化和自动化，系统的模型化与仿真已成为过程系统工程领域的重要研究内容，并成为进行设备参数设定、控制系统设计、生产预测分析、决策支持优化，以及员工培训等活动不可或缺的一门技术，而计算机技术的不断发展，更是推动了仿真技术的广泛应用。现在，企业迫切需要通过仿真技术来提高自身的竞争能力，能否有效应用仿真，将成为决定企业成败的关键因素之一。 从AMR对各层次的定义可以看出，每一层的研究对象有着很大的差异，PCS层关注生产设备，MES层着眼于生产过程，而ERP则考虑制造企业的整个产供销过程。这造成了不同层次的应用研究对仿真的需求各不相同，并使得仿真技术在不同层次的表现形式也有所差别。本文以ERP／MES／PCS三层企业集成体系结构为基础，对典型的流程工业企业——石化生产企业在这三个层次中的仿真应用，以及ERP／MES／PCS一层集成仿真技术进行总结和综述，指出流程r业仿真应用的发展方向。 1 过程控制系统层中的仿真
常见仿真软件介绍 软件名称（中文）：系统仿真和分析 软件名称（英文）：AMESim 软件发行单位：法国IMAGINE公司 软件应用于研究的方向：多学科领域复杂系统建模与仿真 软件背景及主要的用途：AMESim提供了一个系统工程设计的完整平台，使得用户可以在一个平台上建立复杂的多学科领域系统的模型，并在此基础上进行仿真计算和深入的分析。用户可以在AMESim平台上研究任何元件或系统的稳态和动态性能.AMESim处于不断的快速发展中，现有的应用库有：机械库、信号控制库、液压库（包括管道模型）、液压元件设计库（HCD）、动力传动库、液阻库、注油库（如润滑系统）、气动库（包括管道模型）、电磁库、电机及驱动库、冷却系统库、热库、热液压库（包括管道模型）、热气动库、热液压元件设计库（THCD）、二相库、空气调节系统库；作为在设计过程中的一个主要工具，AMESim还具有与其它软件包丰富的接口，例如Simulink?, Adams?, Simpack?, Flux2D?，RTLab? , dSPACE?, iSIGHT?等。 软件名称（中文）：机械系统动力学分析与仿真 软件名称（英文）：ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems) 软件发行单位：原由美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发，目前已被美国MSC公司收购成为MSC/ ADAMS，是最著名的虚拟样机分析软件。 软件应用于研究的方向：ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。 软件背景及主要的用途：目前，ADAMS已在汽车、飞机、铁路、工程机械、一般机械、航天机械等领域得到广泛应用，己经被全世界各行各业的大多制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS 软件占据了销售总额近8千万美元的51%份额。ADAMS软件由核心模块、功能扩展模块、专业模块、工具箱和接口模块5类模块组成。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发
系统仿真与软件工程 2320120921 徐子棋一、软件本身就是现实的仿真 软件可以理解为数据与算法的合集，经过几十年的发展，软件从解决单一问题的一个小程序，发展到适应各个领域的复杂庞大的程序集合。而软件开发的过程就是将现实中的逻辑转换为可以被计算机解读的语言，使用计算机来实现以前需要人工处理的任务，利用计算机的高速以及规范等特性，减少人的工作量，降低管理成本。 例如最常见的行业管理软件，就是包含了行业管理业务共性的程序集合，通过行业管理软件，这个行业中的从业人员可以通过软件的帮助进行业务管理、数据分析，同时受限于软件中设置的限制条件，从而使得从业人员必须遵守一些硬性的规定，从而将管理风险从事后监督转化为事前防范，大幅度降低企业的管理难度，而这个过程本身，就是一种管理逻辑的仿真和抽象。 在理想的情况下，如果不考虑计算机的计算和存储能力的限制，可以说，任何现实的情况都可以通过软件工程的方式来开发仿真系统。 二、系统仿真与软件工程结合的必要性 由于复杂系统在构成、过程和状态等方面具有繁杂、庞大和跨学科等特点，复杂系统仿真软件的开发与软件工程的结合就显得越来越有必要。为了应对复杂仿真系统的特点，能够适应仿真软件的开发方法必须具有如下特点： 1.方法必须覆盖复杂系统仿真软件分析、设计中需要关注的主体，能 有效的指导软件实现。 2.能帮助开发者循序渐进的对复杂系统中的数据和算法进行有效的归 纳，降低开发难度。 3.建立的软件具有直观、简单和易于理解的组织结构。 4.能为仿真软件形成标准化的文档。 5.能服务于大兴仿真软件的开发管理。 三、一种适用于系统仿真软件开发的方法 在前期的学习中，接触到一种复杂系统软件工程化开发过程：SPCSS （Software Process of Complex System Simulation）。SPCSS是基于传统瀑布模型，从时间顺序上将复杂系统仿真软件的开发分为需求阶段、分析阶段、设计阶段和实现阶段；在各个阶段中，根据复杂系统仿真软件开发的内在需要，裁剪和补充了统一过程中的工作流，但不像统一过程对这些工作流进行增量式的迭代。这是因为仿真软件的基础是被仿真的系统的数学模型，数学模型
液压机械系统建模仿真软件AMESim及其应用
液压仿真软件AMESim及其应用 在现代工业中，随着对液压机械设备的性能要求以及机电液一体化程度的不断提高，对液压传动与控制系统的性能和控制精度等提出了更高的要求，传统的以完成设备工作循环和满足静态特性为目的的液压系统设计方法已不能适应现代产品的设计和性能要求。如果要对液压机械系统进行动态特性分析和采用动态设计方法，就需要运用计算机仿真技术，它是利用计算机技术研究液压机械系统动态特性的一种新方法。计算机仿真技术不仅可以在设计中预测系统性能，缩短设计周期，降低成本，还可以通过仿真对所涉及的系统进行整体分析和评估，从而达到优化设计，提高系统稳定性及可靠性的目的。 仿真首要任务就是建立数学模型，重点和难点也是进行建模，然后才可能进行计算机仿真研究，而建模是一件相当复杂的工作。目前常用的建模方法有传递函数法、状态空间法、功率键合图法等。模型建立的好坏直接关系到仿真的结果，不恰当的模型有可能得出相反的结论。目前
绝大多数软件采用状态方程建模，这些对一般的液压工作者来说，要求较高，有相当的难度。 1建模仿真软件——AMESim 基于建模过程的复杂性以及给仿真研究带来的不便，近几年来国外尤其是欧洲陆续研制出一些更为实用的液压机械仿真软件，并获得了成功的应用。AMESim就是其中杰出的代表。它是法国IMAGINE公司于1995年推出基于键合图的液压/机械系统建模仿真及动力学分析软件。它由一系列软件构成，其中包括AMESim、AMESet、A MECustom和AMERun。这4部分有其各自的用途和特性。 (1)AMESim——图形化工程系统建模、仿真和动态性能分析工具 AMESim是一个图形化的开发环境，用于工程系统建模、仿真和动态性能分析。使用者完全可以应用集成的一整套AMESim应用库来设计一个系统，所有的模型都经过严格的测试和实验验证。AMESim不仅可以令使用者迅速达到建模仿真的最终目标，而且还可以分析和优化设计。A MESim使得工程师从繁琐的数学建模中解放出
基金项目:河海大学常州校区博士启动基金项目(05B001-03)收稿日期:2006-11-11 修回日期:2006-11-18 第24卷 第12期 计 算 机 仿 真 2007年12月 文章编号:1006-9348(2007)12-0283-04 基于多Agen t 复杂系统仿真平台研究 倪建军,李建,范新南 (河海大学计算机及信息工程学院,江苏常州213022) 摘要:复杂性科学是研究复杂系统和复杂性的一门新兴的交叉学科。基于多主体(Agent )复杂系统仿真技术是研究复杂系统复杂性产生机制的有效手段之一,在众多领域得到广泛应用。为了使研究者从复杂的软件编程中解放出来,集中精力进行科学研究,开发高效的、易用的仿真平台成为推动基于多Agent 复杂系统仿真技术进步的关键。针对目前多Agent 仿真平台存在的局限性,进行仿真平台的结构设计,并开发了原型系统。最后,利用热虫(Heatbug )模型验证仿真平台的有效性。关键词:基于多主体仿真;复杂系统;仿真平台;热虫模型中图分类号:TP311152 文献标识码:B A Com plex System S im ula tion Pla tform Ba sed on M ulti -Agen t N I J ian -jun,L I J ian,FAN X in -nan (College of Computer &Infor mation Engineering,Hohai University,Changzhou J iangsu 213022,China )ABSTRACT:The comp lexity science is a rising interdiscip line which studies the comp lex system and comp lexity . The comp lex system si mulation based on multi -Agent is one of the very useful methods for researching the comp lexity p roducing mechanis m of comp lex system.This method is used in many fields w idely .In order to make the researchers released from the soft p rogramm ing and fix attention on their study,an effective and convenient si mulation p latfor m must be developed,which is a key job to i mp rove the comp lex system si mulation method based on multi -Agent .A i med at the li m itations existing in the si mulation p latfor m at p resent,a frame of si m ulation p latfor m is given out,and the p rototype system is developed .A t last a Heatbug model is used to confir m the validity of the si m ulation p latfor m. KEYWO RD S:Si mulation based on multi -Agent;Comp lex system;Si mulation p latfor m;Heatbug model 1 引言 复杂性科学是研究复杂系统和复杂性的一门新兴的交 叉学科。虽然它还处于萌芽时期,但已被有些科学家誉为是“21世纪的科学”。如何对各类复杂系统的复杂性产生机制的研究成为复杂性科学的关键问题之一。国内外研究表明,传统的建模方法(诸如还原论方法、归纳推理方法等)已经不能很好地刻画复杂系统,需要采用新的建模理论与仿真方法。而基于多Agent 的建模理论和仿真技术是最具活力、最有影响的方法之一,适合于复杂系统的研究[1][2]。目前这种技术在人工生命、经济系统、自然现象、社会科学、人文科学等众多领域都得到了广泛的应用。 仿真平台是进行计算机仿真的软件环境,可以使研究者 从复杂的软件编程中解放出来,集中精力进行科学研究。目前,有较多的关于Agent 系统开发平台的研究,这些平台一般都能用于复杂系统多Agent 仿真,如Cly mer 等人利用仿真平台OPE MCSS 进行复杂交通系统的多Agent 仿真,Pathak 等人利用仿真平台MADKIT 进行复杂供应链的多Agent 仿真,Uhr macher 等人利用仿真平台JAM ES 进行多个协商Agent 的分布式并行仿真。其他有代表性的仿真平台还有美国圣菲研究所的仿真平台S war m 、美国B rookings 研究所的A scape 仿真系统、芝加哥大学的Repast 仿真平台、美国I O WA 州立大 学的T NG -L ab 软件系统[3]-[5] 等等,这些平台为研究者进行研究提供了很大的帮助,然而,由于开发者的局限性和计算机技术的发展,目前许多基于Agent 的仿真平台都存在着一定的局限性,如支持复杂适应系统理论研究的工具和环境———S war m,虽然应用的人很多,为研究者提供了很大的便利,但是它还只是一个简单的系统,对一些复杂问题的仿真
哈尔滨理工大学实验报告 控制系统仿真 专业：自动化12-1 学号：1230130101 姓名：
一．分析系统性能 课程名称控制系统仿真实验名称分析系统性能时间8.29 地点3# 姓名蔡庆刚学号1230130101 班级自动化12-1 一．实验目的及内容： 1. 熟悉MATLAB软件的操作过程； 2. 熟悉闭环系统稳定性的判断方法； 3. 熟悉闭环系统阶跃响应性能指标的求取。 二．实验用设备仪器及材料： PC, Matlab 软件平台 三、实验步骤 1. 编写MATLAB程序代码； 2. 在MATLAT中输入程序代码，运行程序； 3.分析结果。 四．实验结果分析： 1.程序截图
得到阶跃响应曲线 得到响应指标截图如下
2.求取零极点程序截图 得到零极点分布图 3.分析系统稳定性 根据稳定的充分必要条件判别线性系统的稳定性最简单的方法是求出系统所有极点,并观察是否含有实部大于0的极点，如果有系统不稳定。有零极点分布图可知系统稳定。
二．单容过程的阶跃响应 一、实验目的 1. 熟悉MATLAB软件的操作过程 2. 了解自衡单容过程的阶跃响应过程 3. 得出自衡单容过程的单位阶跃响应曲线 二、实验内容 已知两个单容过程的模型分别为 1 () 0.5 G s s =和5 1 () 51 s G s e s - = + ，试在 Simulink中建立模型，并求单位阶跃响应曲线。 三、实验步骤 1. 在Simulink中建立模型，得出实验原理图。 2. 运行模型后，双击Scope，得到的单位阶跃响应曲线。 四、实验结果 1．建立系统Simulink仿真模型图，其仿真模型为
东华理工大学信息工程学院 课程论文 课程：计算机仿真技术基础 题目：仿真技术的应用与发展 学生姓名： 学号： 班级：10204102 专业：计算机科学与技术 指导教师：谢小林 二零一三年六月四日
摘要 作为信息技术核心的计算机技术自其诞生之日起经历了60多年的发展，已广泛应用于国民经济和社会生活中。并与仿真技术相结合，形成了计算机仿真技术这一新的研究方法。计算机仿真作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法, 随着系统科学研究的深入、控制理论、计算技术、计算机科学与技术的发展而形成的一门新兴学科。近年来, 随着信息处理技术的突飞猛进, 使仿真技术得到迅速发展。 本文系统全面地介绍了计算机仿真技术，阐述了计算机仿真技术的概念、原理、优点，简要介绍了计算机仿真技术的发展历程，文章最后重点探讨了现代仿真技术的研究热点，即计算机仿真技术在社会各个领域中的应用：面向对象仿真、定性仿真、智能仿真、分布交互仿真、可视化仿真、多媒体仿真、虚拟现实仿真等。 关键词：计算机仿真、发展、应用、模拟
目录 摘要 (2) 第一章前言 (4) 第二章计算机仿真技术概述 (4) 2.1计算机仿真技术简介 (4) 2.2计算机仿真技术原理 (5) 2.2.1模型的建立 (6) 2.2.2模型的转换 (6) 2.2.3模型的仿真实验 (6) 第三章计算机仿真技术发展 (6) 3.1发展趋势 (7) 3.2 现代仿真技术 (8) 3.3计算机仿真技术发展方向 (10) 3.3.1．网络化仿真 (10) 3.3.2．虚拟制造技术 (10) 第四章计算机仿真技术的应用 (11) 4.1.交通领域 (11) 4.2.制造领域 (11) 4.3.教育领域 (12) 结语 (13) 参考文献 (14)
银河航空航天大学 课程设计 （论文） 题目复杂过程控制系统设计与Simulink仿 真 班级 学号 学生姓名 指导教师
目录 0. 前言 (1) 1. 总体方案设计 (2) 2. 三种系统结构和原理 (3) 2.1 串级控制系统 (3) 2.2 前馈控制系统 (3) 2.3 解耦控制系统 (4) 3. 建立Simulink模型 (5) 3.1 串级 (5) 3.2 前馈 (5) 3.3 解耦 (7) 4. 课设小结及进一步思想 (15) 参考文献 (15) 附录设备清单 (16)
复杂过程控制系统设计与Simulink仿真 姬晓龙银河航空航天大学自动化分校 摘要：本文主要针对串级、前馈、解耦三种复杂过程控制系统进行设计，以此来深化对复杂过程控制系统的理解，体会复杂过程控制系统在工业生产中对提高产品产量、质量和生产效率的重要作用。建立Simulink模型，学习在工业过程中进行系统分析和参数整定的方法，为毕业设计对模型进行仿真分析及过程参数整定做准备。 关键字：串级；前馈；解耦；建模；Simulink。 0.前言 单回路控制系统解决了工业过程自动化中的大量的参数定制控制问题，在大多数情况下这种简单系统能满足生产工艺的要求。但随着现代工业生产过程的发展，对产品的产量、质量，对提高生产效率、降耗节能以及环境保护提出了更高的要求，这便使工业生产过程对操作条件要求更加严格、对工艺参数要求更加苛刻，从而对控制系统的精度和功能要求更高。为此，需要在单回路的基础上，采取其它措施，组成比单回路系统“复杂”一些的控制系统，如串级控制（双闭环控制）、前馈控制大滞后系统控制（补偿控制）、比值控制（特殊的多变量控制）、分程与选择控制（非线性切换控制）、多变量解耦控制（多输入多输出解耦控制）等等。从结构上看，这些控制系统由两个以上的回路构成，相比单回路系统要多一个以上的测量变送器或调节器，以便完成复杂的或特殊的控制任务。这类控制系统就称为“复杂过程控制系统”，以区别于单回路系统这样简单的过程控制系统。 计算机仿真是在计算机上建立仿真模型，模拟实际系统随时间变化的过程。通过对过程仿真的分析，得到被仿真系统的动态特性。过程控制系统计算机仿真，为流程工业控制系统的分析、设计、控制、优化和决策提供了依据。同时作为对先进控制策略的一种检验，仿真研究也是必不可少的步骤。控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算机数学与计算机技术的综合性学科。控制系统仿真是以控制系统的模型为基础，主要用数学模型代替实际控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验和研究的一种方法。在进行计算机仿真时，十分耗费时间与精力的是编制与修改仿真程序。随着系统规模的越来越大，先进过程控制的出现，就需要行的功能强大的仿真平台Math Works公司为MATLAB提供了控制系统模型图形输入与仿真工具Simulink，这为过程控制系统设计与参数整定的计算与仿真提供了一个强有力的工具，使过程控制系统的设计与整定发生了革命性的变化。
虚拟仿真技术及其军事应用 作者 摘要：虚拟仿真技术是近年来系统仿真领域研究的热．氛问题，而且在军事领域有了广泛的应用。本文以庄拟现实技术为基础，具体讨论了虚拟现实技术在作战仿真中的应用，对虚拟作战仿真的研究进行了探讨。 关键词：虚拟仿真技术虚拟现实技术虚拟作战仿真 1. 引言 自从世界上出现第一台训练仿真系统（以1929 年美国空军飞机练习器-林克机为代表）以来，经过了以机电解算装置为主的仿真系统，以模拟计算机为主的仿真系统，以数字计算机为主的仿真系统等几个阶段，系统仿真技术得到逐步发展。特别是近十几年来，随着计算机技术的发展，系统仿真技术的发展也更加迅猛，而且在军事领域中的应用也越来越广泛。 虚拟现实（Virtual Reality 简记VR）技术是近年来系统仿真领域研究的热点，并且在很多行业开始有了实际应用。在军事领域，美国最早将虚拟现实技术应用于作战仿真。其研究人员在虚拟现实技术构造的数字化地形、地貌和敌情数据库上进行作战仿真和武器装备性能的评估。由于虚拟现实技术在军事领域有着广泛的应用前景，因此，美国军方始终把虚拟现实技术的研究与应用列于《国防部关键技术计划》中，并将虚拟现实技术视为建设21 世纪军队和培训21世纪人才以及发展新一代信息化战争武器装备的“革命性”手段。 目前，我军对作战仿真的研究日趋深人，但与先进的军事大国相比，仍存在不少差距。由于虚拟现实技术的出现极有可能为未来军事领域带来革命性的影响，因此我军应积极研究虚拟现实技术在作战仿真中的应用。本文以虚拟现实技术为基础，具体讨论虚拟作战仿真及其军事应用。2. 虚拟现实技术简介 2.1 虚拟现实技术的内涵 虚拟现实技术是80年代提出的一种新兴技术，它是将计算机技术、自动控制技术、系统工程方法、人工智能、仿真技术、多媒体技术、信息融合技术、立体影像技术、光电技术以及神经生物学、心理学和行为科学等诸多科学技术成果融合一体的崭新的人工合成的“虚拟环境”。 2.2虚拟现实技术的特征 虚拟现实技术创造的人机和谐仿真环境具有“沉浸-交互-构思”的基本特征。它利用并集成高性能的计算机系统和各类传感器，在多维信息空间创造一个使研究者处于具有身临其境的沉浸感，具有完善的交互作用能力，能帮助和启发构思的仿真信息环境。VR 的主要特征为： (1)多媒体感知性 在虚拟现实系统中，用户将感觉不到身体所处的外部环境而“融合”到虚拟世界中去，即指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。 (2)交互性 用户可以通过三维交互设备直接控制虚拟世界中的对象，并从虚拟环境中得到反馈信息。 (3）自主性 指虚拟现实系统中的物体可按各自的模型和规则自主运动，即指虚拟环境中物体依据客观规律动作的程度。 2.3 虚拟现实系统的分类 依据交互界面的不同，可将VR 系统分为下几种类型： （1）世界之窗（Window on World
自动控制原理及系统仿 真课程设计 学号：1030620227 姓名：李斌 指导老师：胡开明 学院：机械与电子工程学院
2013年11月
目录 一、设计要求 (1) 二、设计报告的要求 (1) 三、题目及要求 (1) （一）自动控制仿真训练 (1) （二）控制方法训练 (19) （三）控制系统的设计 (23) 四、心得体会 (27) 五、参考文献 (28)
自动控制原理及系统仿真课程设计 一：设计要求： 1、 完成给定题目中，要求完成题目的仿真调试，给出仿真程序和图形。 2、 自觉按规定时间进入实验室，做到不迟到，不早退，因事要请假。严格遵守实验室各项规章制度，实验期间保持实验室安静，不得大声喧哗，不得围坐在一起谈与课程设计无关的空话，若违规，则酌情扣分。 3、 课程设计是考查动手能力的基本平台，要求独立设计操作，指导老师只检查运行结果，原则上不对中途故障进行排查。 4、 加大考查力度，每个时间段均进行考勤，计入考勤分数，按照运行的要求给出操作分数。每个人均要全程参与设计，若有1/3时间不到或没有任何运行结果，视为不合格。 二：设计报告的要求： 1.理论分析与设计 2.题目的仿真调试，包括源程序和仿真图形。 3.设计中的心得体会及建议。 三：题目及要求 一）自动控制仿真训练 1.已知两个传递函数分别为：s s x G s x G +=+= 22132)(,131)(
①在MATLAB中分别用传递函数、零极点、和状态空间法表示； MATLAB代码： num=[1] den=[3 1] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) num=[2] den=[3 1 0] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) 仿真结果： num =2 den =3 1 0 Transfer function: 2 --------- 3 s^2 + s
复杂系统动态可靠性建模及其数值仿真研究* 苏春,王圣金,许映秋 (东南大学机械工程学院,江苏南京210096 摘要:分析传统可靠性建模理论存在的缺陷,提出复杂系统动态可靠性求解的可行方法。以系统结构、功能及故障分析为基础,建立系统可靠性随机Petr i网模型,得到系统的状态空间及可能的故障状态,为动态可靠性数值仿真创造条件。以Petr i 网模型为基础,基于蒙特卡洛仿真求解系统动态可靠性指标,通过仿真,分析影响系统可靠性的关键因素。并以某城市排污液压系统为例,验证方法的有效性。 关键词:动态可靠性;故障;P etri网;蒙特卡洛仿真;液压系统 中图分类号:T B114.3文献标识码:A文章编号:1001-2354(200702-0004-03 可靠性是产品质量的核心指标之一。在全球化背景下,性能、可靠性、价格及服务等成为产品竞争不可或缺的要素,未来市场将由具有高可靠性产品的企业所主导。 产品固有可靠性是由设计阶段决定的。但是,传统可靠性建模方法存在诸多不足,难以准确分析和求解复杂系统的可靠性指标[1]。例如:可靠性框图(RBD和故障树分析(F T A缺乏描述系统动态运行过程的能力,马尔科夫(M ar kov模型建模过程繁琐,模型求解和分析困难。近年来,动态可靠性建模引起人们关注,人们提出了动态故障树、G O-F LO W法、随机Petr i 网(Stochastic Petr i N et,SP N等动态可靠性建模方法[2~5]。 随机Petr i网着眼于系统状态及其动态变化,兼有图形化建模能力和数学计算能力,成为复杂系统调度、控制和性能评价研究的有效工具[6]。但是,随机P etri网存在状态爆炸问题,造成复杂系统可靠性指标的求解困难。蒙特卡洛(M onte Car lo仿真弥补了SP N在模型计算求解方面的不足。文中以某液压系统为对象,采用SP N
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) PROTEUS —单片机系统设计与仿真软件 一、Proteus 6.7 Professional 界面简介 安装完Proteus 后，运行ISIS 6.7 Professional，会出现以下窗口界面： 为了方便介绍，分别对窗口内各部分进行中文说明（见上图）。下面简单 介绍各部分的功能： 1．原理图编辑窗口（The Editing Window）：顾名思义，它是用来绘制原理 图的。蓝色方框内为可编辑区，元件要放到它里面。注意，这个窗口是没有滚动条的，你可用预览窗口来改变原理图的可视范围。 2．预览窗口（The Overview Window）：它可显示两个内容，一个是：当你 在元件列表中选择一个元件时，它会显示该元件的预览图；另一个是，当你的鼠标焦点落在原理图编辑窗口时（即放置元件到原理图编辑窗口后或在原理图编辑窗口中点击鼠标后），它会显示整张原理图的缩略图，并会显示一个绿色的方框，绿色
的方框里面的内容就是当前原理图窗口中显示的内容，因此，你可用鼠标在它上面点击来改变绿色的方框的位置，从而改变原理图的可视范围。 3．模型选择工具栏（Mode Selector Toolbar）： 主要模型（Main Modes）： 1* 选择元件（components）（默认选择的） 2* 放置连接点 3* 放置标签（用总线时会用到） 4* 放置文本 5* 用于绘制总线 6* 用于放置子电路 7* 用于即时编辑元件参数（先单击该图标再单击要修改的元件） 配件（Gadgets）： 1* 终端接口（terminals）：有VCC、地、输出、输入等接口 2* 器件引脚：用于绘制各种引脚 3* 仿真图表（graph）：用于各种分析，如Noise Analysis 4* 录音机 5* 信号发生器（generators） 6* 电压探针：使用仿真图表时要用到 7* 电流探针：使用仿真图表时要用到 8* 虚拟仪表：有示波器等 2D图形（2D Graphics）： 1* 画各种直线 2* 画各种方框 3* 画各种圆 4* 画各种圆弧 5* 画各种多边形 6* 画各种文本 7* 画符号 8* 画原点等 4．元件列表（The Object Selector）： 用于挑选元件（components）、终端接口（terminals）、信号发生器（generators）、仿真图表（graph）等。举例，当你选择“元件（components）”，单击“P”按钮会打开挑选元件对话框，选择了一个元 件后（单击了“OK”后），该元件会在元件列表中显示，以后要用到该 元件时，只需在元件列表中选择即可。 5．方向工具栏（Orientation Toolbar）：
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/62836926.html, 基于PLC的控制系统仿真平台的应用 作者：罗卫东 来源：《卷宗》2012年第02期 摘要：仿真软件在PLC设计中占有举足轻重的地位，因为对于PLC系统的新编程序来说实际操作会有很大的风险，PLC的一个错误指令就会造成设备和操作人员不可预计的伤害。在网络上，用户可以安装这种软件，从开放式的资料库中获取所需要的各种功能部件。本文就从仿真软件在网络以及PLC设计中的应用方面来进行探索。 关键词：仿真软件；网络应用；PLC设计 仿真软件是通过建立网络设备和网络链路达到网络应用的标准，这是种通过模拟网络流量就可以获取到网络设计中所需要的相关数据的仿真软件。现阶段，我国工业发展都朝着高速大型化和自动化的方向发展，重大生产设备的运用使得成本日益增高，对运行操作人员素质要求也日益提高。由于仿真系统可以近乎真实的贴近现场实际，同时因为不需要到现场实际节省了很大的操作空间，而快速提高了现场的调试效率，降低了用于调试系统的费用和风险。 一、仿真软件的功能 1、控制程序运行 在PLC设计中仿真软件可以仿真其过程映像的输入输出，在仿真窗口改变运行程序的输入变量的ON/OFF状态进行控制程序，观察输出的变量状态能否符合要求、程序运行能否达到正确运行的目标，起到监视程序运行结果的作用。 2、防止程序出错 在程序运行过程中，仿真软件会通过对程序的检测修改定时器、计数器等。也可以通过程序自动运行或手动复位定时器。这样的检测不仅能够发现程序中的错误和缺陷，还可以使PLC 设计更加的完美。也可以在PLC设计过程中使用软件来改变它的控制过程，而PLC使用者对程序的编写和调试是必不可少的。 3、拥有储存记忆功能 仿真软件模拟是针对软元件、缓冲存储器、外设输入/出的读写。它的这项功能既可以存储PLC内的软元件、存储器的缓冲存储器的数据，并可以将这种数据使用到以后的调试工作中。如果用户想要收集相关网络设备中的某些特殊代码时，可以通过层次上的编程来收集自己感兴趣的网络代码。但在网络信息相对复杂的环境下，使用者的程序必须进行现场调试，而在这个过程中往往会出现一些差错，使用者直接将程序应用到实际操作系统中进行控制调试的话，会被设备带来一定的未知风险。
电力系统仿真软件 电力系统仿真软件简介 一、PSAPAC 简介: 由美国EPRI开发，是一个全面分析电力系统静态和动态性能的软件工具。 功能：DYNRED（Dynamic Reduction Program）：网络化简与系统的动态等值，保留需要的节点。 LOADSYN（Load Synthesis Program）：模拟静态负荷模型和动态负荷模型。 IPFLOW（Interactive Power Flow Program）：采用快速分解法和牛顿－拉夫逊法相结合的潮流分析方法，由电压稳态分析工具和不同负荷、事故及发电调度的潮流条件构成。 TLIM（Transfer Limit Program）：快速计算电力潮流和各种负荷、事故及发电调度的输电线的传输极限。 DIRECT：直接法稳定分析软件弥补了传统时域仿真工作量大、费时的缺陷，并且提供了计算稳定裕度的方法，增强了时域仿真的能力。 LTSP（Long Term Stability Program）：LTSP是时域仿真程序，用来模拟大型电力系统受到扰动后的长期动态过程。为了保证仿真的精确性，提供了详细的模型和方法。 VSTAB（Voltage Stability Program）：该程序用来评价大型复杂电力系统的电压稳定性，给出接近于电压不稳定的信息和不稳定机理。为了估计电压不稳定状态，使用了一种增强的潮流程序，提供了一种接近不稳定的模式分析方法。 ETMSP（Extended Transient midterm Stability Program）：EPRI为分析大型电力系统暂态和中期稳定性而开发的一种时域仿真程序。为了满足大型电力系统的仿真，程序采用了稀疏技术，解网络方程时为得到最合适的排序采用了网络拓扑关系并采用了显式积分和隐式积分等数值积分法。 SSSP(Small－signal Stability Program)：该程序有助于局部电厂模式振荡和站间模式振荡的分析，由多区域小信号稳定程序(MASS)及大型系统特征值分析程序（PEALS）两个子程序组成。MASS程序采用了QR变换法计算矩阵的所有特征值，由于系统的所有模式都计算，它对控制的设计和协调是理想的工具；PEALS使用了两种技术：AESOPS算法和改进Arnoldi 方法，这两种算法高效、可靠，而且在满足大型复杂电力系统的小信号稳定性分析的要求上互为补充。 二、EMTP/ATP 简介: EMTP是加拿大H.W.Dommel教授首创的电磁暂态分析软件,它具有分析功能多、元件模型全和运算结果精确等优点,对于电网的稳态和暂态都可做仿真分析，它的典型应用是预测电力系统在某个扰动（如开关投切或故障）之后感兴趣的变量随时间变化的规律，将EMTP 的稳态分析和暂态分析相结合，可以作为电力系统谐波分析的有力工具。 ATP（The alternative Transients Program）是EMTP的免费独立版本，是目前世界上电磁暂态分析程序最广泛使用的一个版本, 它可以模拟复杂网络和任意结构的控制系统，数学模型广泛，除用于暂态计算，还有许多其它重要的特性。ATP程序正式诞生于1984年，由Drs.
系统仿真技术在制造企业中的应用 面向生产管理的仿真 1. 生产管理的基本功能是计划、调度和控制。 就仿真技术在生产管理中的应用来说,大致有以下三个方面: 1.1 确定生产管理控制策略; 1.2 用于车间层的设计和调度; 1.3 用于库存管理。 生产车间加工单元 物流管理图 2. 计算机仿真在生产管理控制策略中的应用 用于生产管理控制策略的仿真包括确定有关参数以及用于不同控制策略之间的比较。比较常见的控制策略有: 2. 1. MRP:这是一种“推”式的控制策略,通过需求预测,综合考虑生产设备能力、原材料可用量和库存量来制定生产计划; 生产计划多版本模拟 2.2 KANBAN (看板):这是一种“拉”式的控制策略,根据订单来制定生产计划,即通常所说的准时生产; 2.3 LOC :面向负载能力的控制策略。根据库存水平来控制生产过程; 2.4 DBR:面向瓶颈的控制策略。根据生产过 程中的瓶颈环节来控制整个流程。比较的衡量指标一般包括产量、生产率等。每种控制策略中需要确定的参数包括:批量大小、看板数量、库存水平等。 3. 计算机仿真在制造车间设计中的应用一般可 以把车间的设计过程分两 个主要阶段:初步设计阶段和详细设计阶段。初步设计阶段的任务是研究用户的需求,然后由此确定初步设计方案。详细设计阶段的主要任务是在初步设计的基础上,提出对车间各个组成单元的详尽而完整的描述,使设计结果能够达到进行实验和投产决策的程度,具体来说即确定设备、刀具、夹具、托盘、物料处理系统、车间布局等。而仿真技术则主要用于方案的评价和选择。具体来说:在初步设计阶段,可以在仿真程序中包含经济效益分析算法,运行根据初步设计方案所建立的仿真模型,给出以下评价信息: 3.1 -在新车间中生产的产品类型和数量能否满足用户要求?-产品的质量和精度是否能够满足要求?-新车间的效率和投资回收率是否合理? [键入文档标题] [键入文档副标题] 在制造企业产品设计和制造的过程中,计算机仿真一直是不可缺少的工具,它在减少损失、节约经费、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥了巨大作用。制造业竞争的日趋激烈,促使各国研究和应用先进制造技术。先进制造技术的应用和发展,为计算机仿真的应用提供新的舞台,提出更高的要求。从发展的历程来看,仿真技术应用的领域空前的扩大,已从传统的制造领域(生产计划制定、加工、装配、测试)扩展到产品设计开发和销售领域。而与网络技术结合所带来的仿真的分布性、与图形和传感器技术相结合所带来的仿真的交互性、以及仿真技术应用的集成化,是仿真技术在制造业中应用的新趋势。按照仿真技术应用的对象不同,可将制造业中应用的仿真分为四类:面向产品的仿真;面向制造工艺和装备的仿真;面向生产管理的仿真。 [键入作者姓名] 2014/10/26
过程仿真的应用与发展方向 机博111班张英杰 一、系统仿真的基本概念 系统仿真可以理解为运用物理模型或数学模型代替实际系统进行实验和研究。系统仿真是一门面向实际的具有很强应用特征的学科，也是一门综合性新技术学科。系统仿真应用领域很广，涉及航空、航天系统、石油化工过程系统、火力发电系统、冶金与钢铁工业系统、水泥工业过程系统、食品加工系统、造纸工业系统、交通管理系统、环境及环境保护系统、社会经济系统和医学生物系统等等。 过程系统仿真技术随着电子计算机软、硬件发展而发展。近年来数字电子计算机已成为系统仿真的主要工具。过程系统仿真下定义可描述为：以仿真机为工具，用数学模型代替过程系统进行实验和研究。此定义指明了过程系统仿真所关心的三个主要组成部分，即过程系统、数学模型和仿真机。三个部分由两个关系沟通。其一，过程系统与数学模型之间的关系，称建模；其二，数学模型和仿真机之间的关系，称仿真。 数学模型是依据过程系统数据源由人工建立的数学描述。这种数学描述能够产生与过程系统相似的行为数据。数学描述常用代数方程法，微分方程法或状态方程法等。仿真机是以现代高速电子计算机、网络设备、多媒体设备为基础，由人工建造的模拟实际操作控制或现场装置环境的机器，同时也是数学模型软件实时运行的硬件环境。一般科学计算问题有通用数字计算机或微型计算机就可以满足计算要求。但过程系统仿真必须具备特殊的仿真机、实时操作系统及专用仿真软件环境，才能逼真地模拟动态过程现象。近十年中，我国科技人员已研制成功多种型号的仿真机产品。目前主要有通用型模拟仪表盘式和DCS式两大类。二、仿真技术的特殊作用 所谓特殊作用，就是其他技术很难达到或者无法取代的作用。主要有以下几个方面： 第一，过程系统通常属于大型工业系统，其流程复杂、投资巨大、生产连续性强。从经济利益和安全性出发，一般不允许在真实系统上进行试验研究，即必须借助于仿真手段； 第二，计划中或设计中的过程系统，现实世界中尚不存在，只有通过仿真手段进行试验研究； 第三，高质量的仿真模型具有预测性。应用现代高速大容量仿真计算机，人们可以在短时间内预测实际过程系统数月甚至数年时间中所发生的现象和事件，这是仿真技术“超时空”的优点； 第四，实际过程系统根本不允许作的试验。如超极限运行、破坏性试验、事故分析等等，利用仿真技术不会造成任何损失，是最安全的试验研究方法； 第五，仿真试验研究主要在仿真机上进行。与真实系统试验相比，除了安全以外还能大大节省原材料、能源消耗和人力资源等； 第六，动态仿真数学模型可以产生被仿真系统受到各种外部扰动或操作变化的动态响应，这种特点即模型的预测性。也就是说，一个高质量的数学模型不是主观认为赋给模型哪些功能，模型则只能产生那些功能或现象。例如一个设计合理的流体流动管路与阀门组成的网络模型，可以产生各阀门不同开关状态的所有