电子计算机仿真技术

《电子计算机仿真技术》 班级 学号 姓名

结 课 作 业

电子信息工程技术01班 刘慧敏

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（1）电子计算机仿真技术的发展概述及认识。 .................. 2 (2)谈谈电子计算机仿真技术的应用领域 .............................. 3 (3)谈谈电子计算机仿真技术未来的发展趋势。 .................. 4 (4)电子计算机仿真技术中所涉及到的仿真软件 .................. 5 ① MATLAB ............................................................................ 5 ②multisim .......................................................................... 5 ③abaqus .............................................................................. 6 (5)针对某一仿真软件详细介绍。 .......................................... 6

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（1）电子计算机仿真技术的发展概述及认识。

仿真技术作为一门独立的科学已经有50多年的发展历史了，他不仅用于航天、航空、各种系统的研制部门，而且已经广泛应用于电力、交通运输、通信、化工、核能等各个领域。特别是近20年来，随着系统工程与科学的迅速发展，仿真技术已从传统的工程领域扩充到非工程领域，因而在社会经济系统、环境生态系统、能源系统、生物医学系统、教育系统也得到了广泛的应用。 在系统的规划、设计、运行、分析及改造的各个阶段，仿真技术都可以发挥重要作用。随着研究对象的规模日益庞大，结构日益复杂，仅仅依靠人的经验及传统技术难以满足愈来愈高的要求。基于现代计算机及其网络的仿真技术，不但能提高效率，缩短研究开发周期，减少训练时间，不受环境及气候限制，而且对保证安全、节约开支、提高质量尤其具有突出的功效。 现在，仿真技术成已为各个国家重点发展的一门高新技术，从某种角度上，它代表着一个国家的科技实力的强弱，同时在某些方面也制约着一些国家的现代化建设和发展。 从理论上讲，我们

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日常生活中以及自然界中碰到的一切问题，都可以利用计算机进行模拟。因此，要跟上时代的发展要求，学习和了解一定的仿真技术是必要的

计算机仿真技术也是是一门崭新的综合性信息技术，它通过专用软件，整合图像、声音、动画等，将三维的现实环境、物体模拟成多维表现形式的计算机仿真，再由数字媒介作为载体传播给人们。当人们通过该媒体浏览观赏时就如身临其境一般。并且可以选择任意角度，观看任意范围内的场景或选择观看物体的任意角度。正是由于对身临其境的真实感和对超越现实的虚拟性，以及建立个人能够沉浸其中、超越其上、进出自如、具有交互作用的多维信息系统的追求，推动了计算机仿真技术在安全领域中的应用与发展。 计算机仿真已成为系统仿真的一个重要分支，系统仿真很大程度上指的就是计算机仿真。计算机仿真技术的发展与控制工程、系统工程及计算机工程的发展有着密切的联系。一方面，控制工程、系统工程的发展，促进了仿真技术的广泛应用；另一方面，计算机的出现以及计算机技术的发展，又为仿真技术的发展提供了强大的支撑。计算机仿真一直作为一种必不可少的工具，在减少损失、节约经费开支、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥着重要的作用

(2)谈谈电子计算机仿真技术的应用领域

计算机仿真行业是一个全球竞争的行业。目前以美国为首的欧美发达国家厂商凭借先发优势和成熟仿真产品，在全球范围内的计算机仿真主要市场占据领先地位。 3.1在机电仿真测试领域 由于工业环境便于将经验成果快速复制推广，容易获得本公司的较好的商业利益，相关企业较多，竞争也比较激烈，有代表性的公司包括美国国家仪器公司NI、德国dSPACE公司[3]。其中：NI公司是计算机化虚拟仪器的主要倡导者和推动者，是目前全球最大的虚拟仪器供应商。德国dSPACE公司传统又是领域集中在汽车/车辆控制仿真领域，全球七大汽车集团有五大集团是其主要用户，是汽车控制仿真市场的龙头企业 3.2 在射频仿真测试领域 部分成熟领域的产业规模较大，已形成模糊化、标准化的仿真测试产品竞争较为激烈，而利润较丰厚，技术含量较高的高端仿真模本公司拟和仿真测试产品领域垄断程度较高，大部分市场份额被少数规模较大的主页制本公司制造商占领，主要有国际仪器业巨头美国安捷伦科技有限公司（Agilent），专业领域厂商有阿法克斯（AreoFlex）、英国思博伦公司（Spirent）

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等。 3.3在仿真模拟训练领域 具有代表性的公司有CAE公司、Rockwell Collins公司、Cubic公司等三大巨头，他们的产品和服务包括民用飞行器、机车、军用的海、陆、空战斗系统以及联合作战模拟系统等，作为系统集成商和核心软硬件综合性本公司制造商，上述三家公司在国际仿真模拟训练市场处于垄断地位。另外VTSystem MAK，METAVR，PRESAGIS作为软件生成商占据虚拟仿真工具软件主要份额；视本公司和巴克（Christie、Barco）公司作为硬件生产商占据虚拟现实子系统的主要市场 国内对计算机仿真技术的研究较有代表性的主要有：著名计算机仿真专家--李伯虎认为：“近年来，以高性能计算为基础的并行仿真技术已经越来越为人们所重视，如何设计一种全新的建模仿真软件，它可以结合分布式仿真、并行仿真和单机集中式仿真的优点，适应各种类型的仿真成为我们孜孜以求的目标。”[4]王炜认为：“计算机仿真技术在人们不断深化认识自然界客观规律的历程中一直扮演着非常重要的角色。如今，已在军事与民用领域的装备研制、系统论证、训练与维护等方面成为不可缺少的关键技术，并成为信息科技发展的强大推动力之一。今天，仿真技术不仅仅局限于单个设备或系统的模拟，体系与体系对抗的仿真已成为仿真技术研究的热点之一，并由此产生了一批新的仿真技术，应用这些仿真技术可以解决人类在认识自然界的客观规律过程中遇到的许多难题。”[5]国外学者对计算机仿真技术的研究的主要代表有：Javidi认为：“许多研究表明，计算机仿真程序是实验室可行的替代动手练习，而且其效果远远超乎我们的想象。”[6]Jim Ledin仿真定义为“仿真就是采用模型来再现真实情况，是加速产品开发周期并在最终系统中提高产品质量的重要手段。”[7]Law认为：“仿真是在不断的人类不断地推导和计算过程中得出的最符合实际要求的解析解。”[8]美国北卡奴利那州立大学计算机仿真专家James Wilson提出他的观点：仿真在稳定运行需要环境，不同的环境对应不同的仿真系统，所以是一种多层次的前向“神经网络”， 和其它类型的网络相比,它具有结构简单,全局逼近能力强,训练方法快速易行的优点,在系统辨识及函数逼近等领域有相当强的等效优势。

(3)谈谈电子计算机仿真技术未来的发展趋势。

作为新兴的技术，计算机技术在人类研究的各个领域起到了只管至关重要的作用，帮助人类解决了许多技术难题。在科研领域，计算机技术与仿真技术相结合，形成了计算机仿真技术，作为人们科学研究的一种新型方法，被人们应用到各个领域，用来解决人们用纯数学

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方法或者现实实验无法解决的问题，对科研领域技术成果的形成有着积极地促进作用。 本文在计算机仿真技术的理论思想基础上，分析了计算机仿真技术产生的基本原因，也就是人们用计算机模拟解决问题的优点所在，讨论了模拟、仿真、实验、计算机仿真之间的联系和区别，介绍了计算机仿真技术的发展历程，并查阅相关资料介绍了计算机仿真技术在不同领域的应用，分析并预测了计算机仿真的未来发展趋势。经过查阅大量数据资料并加以分析对比，这对于初步认识计算机仿真技术具有重要意义

(4)电子计算机仿真技术中所涉及到的仿真软件

①󰀀 MATLAB

②multisim

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③abaqus

(5)针对某一仿真软件详细介绍。

①MATLAB[1]

和Simulink两大部分。

是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、

数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB

MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

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MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。

②Multisim

是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工

具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

③ABAQUS 是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简

单的线性分析到许多复杂的非线性问题。 ABAQUS 包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料，作为通用的模拟工具， ABAQUS 除了能解决大量结构（应力 / 位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析（流体渗透 / 应力耦合分析）及压电介质分析。[1]

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