计算机仿真方法的应用（动态系统的计算机仿真）

系统是具有有些特定功能，相互联系、相互作用的元素的集合。这里的系统是广义上，泛指自然界的一切现象与过程。它具有两个基本特征：整体性和相关性。对任何系统的研究都可从以下三方面考虑：

• 实体：组成系统的元素、对象；
• 属性：实体的特征；
• 活动：系统由一个状态到另一个状态的变化过程。

组成系统的实体之间相互作用而引起的实体属性的变化，通常用状态变量来描述。研究系统就是研究系统的动态变化。

系统模型是对实际系统的一种抽象，是对系统本质（或系统某种特性）的一种描述。模型可视为对真实世界中物体或过程的信息进行形式化的结果。模型具有与系统相似的特性。

模型可分为实体模型和数学模型。

• 实体模型又称为物理效应模型，是根据系统之间的相似性而建立起来的物理模型。实体模型最常见的是比例模型，如汽车模型、建筑模型。
• 数学模型包括原始系统数学模型和仿真系统数学模型。原始系统数学模型是对系统的原始数学描述。仿真系统数学模型是一种适合在计算机上演算的模型，主要是指根据计算机的运算特点、仿真方式、计算方法、精度要求将原始系统数学模型转换为计算机程序。

数学模型按照状态变化可分为动态模型和静态模型。用以描述系统状态变化过程的数学模型称为动态模型；而静态模型仅仅反映系统在平衡状态下系统特征值间的关系。按照输入和输出的关系可分为确定性模型和随机性模型。

仿真是以相似性原理、控制论、信息技术及相关领域的有关知识为基础，以计算机和各种专用物理设备为工具，借助系统模型对真实系统进行试验研究的一门综合性技术。利用物理和数学方法来建立模型，类比模拟现实过程或建立假想系统，以寻求过程的规律，研究系统的动态特性，从而达到认识和改造实际系统的目的。

系统仿真涉及相似论、控制论、计算机科学、系统工程理论、数值计算、概率论、数理统计、时间序列分析等多种学科。

相似性原理是仿真主要的理论依据。所谓相似，是指各类事务或对象间存在的某些共性。它反映了客观世界不同事物之间存在着某些共同的规律。采用相似性技术建立实际系统的相似模型就是仿真的本质过程。

仿真技术具有很高的科学研究价值和巨大的经济效益。由于仿真技术的特殊功效，特别是安全性和经济性，使得仿真技术得到广泛应用。如航空、航天、核电站等都是仿真技术最早和最主要的应用领域。

归纳起来，仿真技术的主要用途有以下几点：

• 验证系统正确性，优化系统设计。在实际系统建立之前，通过改变仿真模型结构和调整系统参数来验证系统的正确性，同时优化系统设计。如控制系统、数字信号处理系统的设计。
• 系统故障再现，发现故障原因。实际系统故障的再现必然会带来某种危害性，利用仿真来再现系统故障是安全和经济的。
• 对系统进行性能评价和分析。多为物理仿真。
• 训练系统操作员。常见于各种模拟器，如飞行模拟器、坦克模拟器等。
• 为管理决策和技术决策提供支持。