可以从不同的角度对系统仿真加以分类,比较典型的分类方法是:根据模型的种类分类,根据仿真所采用的计算机类型分类,根据仿真的研究对象分类,根据仿真时钟与实时时钟的比例关系分类,根据系统模型的特性分类等等。
1.根据模型的种类分类
根据模型的种类不同,系统仿真可分为三种:物理仿真、数学仿真和半实物仿真。
按照真实系统的物理性质构造系统的物理模型,并在物理模型上进行实验的过程称为物理仿真。物理仿真的优点是直观、形象。在计算机问世以前,基本上是物理仿真,也称为“模拟”。物理仿真的缺点是:模型改变困难,实验限制多,投资较大。
对实际系统进行抽象,并将其特性用数学关系加以描述而得到系统的数学模型,对数学模型进行实验的过程称为数学仿真。计算机技术的发展为数学仿真创造了环境,使得数学仿真变得方便、灵活、经济,因而数学仿真亦称为计算机仿真。数学仿真的缺点是受限于系统建模技术,即系统的数学模型不易建立。
第三类称为半实物仿真,即将数学模型与物理模型甚至实物联合起来进行实验。对系统中比较简单的部分或对其规律比较清楚的部分建立数学模型,并在计算机上加以实现;而对比较复杂的部分或对规律尚不十分清楚的系统,其数学模型的建立比较困难,则采用物理模型或实物。仿真时将两者连接起来完成整个系统的实验。
2.根据仿真中所用计算机的类型的分类
根据仿真中所用计算机的类型,计算机仿真又可以分为模拟仿真、数字仿真和混合仿真。
模拟仿真是基于数学模型相似原理上的一种方法,仿真的主要工具是模拟计算机。模拟仿真的特点是直观、运算速度快,但精度较差。
数字仿真是基于数值计算原理的一种方法,仿真的主要工具是数字计算机和仿真软件。数字仿真自动化程度高,具有复杂逻辑判断的能力,而且可以获得较高的精度。
混合仿真是将模拟仿真和数字仿真相结合的一种方法,仿真的主要工具是混合计算机系统。混合仿真兼备模拟仿真和数字仿真的优点,可以快速地进行多次仿真研究,因此特别适用于参数寻优、统计分析等方面的应用,尤其是在复杂系统的实时仿真方面体现出极大的优越性。
3.根据仿真的研究对象分类
根据仿真的研究对象,系统仿真可以分成连续系统仿真和离散事件系统仿真。
连续系统是指系统的状态随时间连续变化的系统。这里要注意有些连续系统如数据采集系统的状态数据是在离散时间点上获得的,是非连续的,但其状态本身则是连续变化的。连续系统的模型可以用一组连续的方程描述。
离散事件系统的特点是系统的状态变化只在离散的时间点上发生,且发生时刻往往是随机的,系统的状态变化是由随机事件驱动的。
离散事件系统的仿真就是按照实际的工作流程,在规定时间内顺序地改变实体或设备的状态。所谓工作流程是指实体在整个仿真过程中活动的顺序。每发生一个事件,系统的状态就发生一次变化。在实际活动中,事件的发生不是连续的,发生时间的间隔也不相等,而是具有某种随机性。
离散事件系统仿真与连续系统仿真的方法很不相同。
①离散事件系统模型只是一种稳态模型,无须研究状态变量从一种状态变化到另一种状态的过程。而对于连续系统,主要是研究其动态过程,连续系统模型一般要用微分方程描述。
②离散事件系统中的变量大多数是随机的,例如实体的“到达”和“服务”时间都是随机变量。仿真实验的目的是力图用大量抽样的统计结果来逼近总体分布的统计特征值,因而需要进行多次仿真和较长时间的仿真。
③连续系统仿真中采用均匀步长推进仿真钟的原则,而离散事件系统仿真中时间的推进是不确定的,它决定于系统的状态条件和事件发生的可能性。
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