从一般意义上讲,系统仿真可以被理解为在对一个已经存在或尚不存在但正在开发的系统进行研究的过程,为了了解系统的内在特性,必须进行一定的实验。而由于系统不存在或其他一些原因,无法在原系统上直接进行实验,只能设法构造既能反映系统特征又能符合系统实验要求的系统模型,并在该系统模型上进行实验,以达到了解或设计系统的目的。由此可以看出,系统仿真本质上是由三个要素构成的,即系统、系统模型和实验。
系统是问题的本源,是系统分析的目的。实验是解决问题达到目的的手段,而系统模型则是连接系统和实验(目的和手段)之间的桥梁。
显然,系统仿真是一项社会实践活动。凡是包含系统、系统模型和系统实验三个要素的活动都可以广义地理解为系统仿真活动。
系统仿真方法的研究和应用已经有了很长的历史。在古代,人们已经从长期的生产劳动实践活动中总结出了朴素的仿真思想。仿真作为一门技术科学是在19世纪末20世纪初工业技术有了长足的发展之后确定下来的,而且伴随着工业技术的进步,仿真技术也在不断地发展。例如,随着电子技术的发展,人们发现可以利用模拟电路去研究工业控制过程中的实际问题,由此产生了现代控制理论。而这个模拟电路就是工业控制系统的一个模型,通过在这个模型上进行实验,就可以解决实际控制过程中产生的问题。又例如在飞机设计过程中,对飞机的外形要求是非常严格的,因为气动外形将最终影响整个飞机的飞行特性。由于飞机造价的昂贵,用真实的飞机去进行实验是不现实的。为了获得飞机外形的气动数据,尤其是飞机机翼的气动数据,必须制作各种不同形状的机翼模型放到风洞中进行实验。风洞实验的结果改进了飞机的设计理论,而利用这个理论又可以去设计新型的飞机。在这个时期,人们在利用仿真方法研究或求解问题时,都是利用实物去构造与实际系统成比例的物理模型,再在这个模型上进行实验。如果这种实验是破坏性的,那么每次实验都要重新构造实物模型,带来很大的麻烦和浪费。
1946年,世界上第一台电子计算机在美国诞生。在随后的50年中,计算机技术的发展速度惊人,当今计算机的计算能力和信息处理能力已经比最初的那台笨重的以电子管为主体的机器提高了成千上万倍。如果说早期的仿真主要是利用实际物理模型的比例仿真,那么现代仿真技术则是与计算机的发展密切相关的。目前通常所讲的仿真技术一般就是指计算机仿真技术。随着计算机硬件和软件水平的提高,计算机仿真技术也得到了很大的发展。
系统仿真是根据被研究系统的模型,利用计算机进行实验研究的一种方法,一般定义为:“为了分析与研究已经存在的或尚未建成的系统,首先建立模型并安放到计算机上进行实验的过程就称为仿真。”
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