【正文】 常為 FORTRAN,C語言等）有兼容性，使仿真語言的語句和有序語言的語句混和，從而有經(jīng)驗(yàn)的用戶可以將有序語言的功能引入到仿真語言中，擴(kuò)展仿真語言的能力。輸出設(shè)備的形式應(yīng)多樣化，包括寬行打印機(jī) ﹑ 數(shù)字繪圖機(jī) ﹑ 圖像終端等。輸出程序使用戶可按所研究的問題的需要，選擇有關(guān)的輸出變量與參數(shù)，以多種輸出方式輸出。 ? (4) 仿真語言應(yīng)包含有預(yù)先編制好的輸入和輸出程序。微分方程的數(shù)值解法有許多種；不同的方法具有不同的特點(diǎn)（精度 ﹑ 計(jì)算速度和對(duì)計(jì)算機(jī)的要求等），適合于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。 對(duì)仿真語言的主要要求 ? (3) 仿真語言應(yīng)備有多種不同的積分方法可供使用者選擇。 在被仿真的實(shí)際連續(xù)系統(tǒng)中，過程是并行發(fā)生的，對(duì)模擬計(jì)算機(jī)來說，它是一種并行的計(jì)算裝置，即對(duì)各個(gè)變量的運(yùn)算是同時(shí)進(jìn)行的，因而真實(shí)地體現(xiàn)了所仿真的連續(xù)系統(tǒng)中的工作狀態(tài)。通常，被仿真系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型具有微分方程與代數(shù)方程組合的形式，或框圖的形式，因而要求仿真語言也能以相似的形式描述系統(tǒng)，最好兼有兩種方式描述的能力，因?yàn)橛行┫到y(tǒng)的模型具有組合的形式。 仿真語言的基本結(jié)構(gòu)和組織 對(duì)仿真語言的主要要求 ? 一個(gè)好的仿真語言應(yīng)滿足下列要求： ? (1) 被仿真的問題可以以自然的形式，方便地用仿真語言的語句描述。80年代，我國(guó)的仿真工作者在引進(jìn)與消化國(guó)外仿真語言的基礎(chǔ)上，逐步形成了自己的語言規(guī)范。它們的代表是 ACSL及 DARE系列。由于IBM公司是美國(guó)最大的一家計(jì)算機(jī)公司，所以 CSMP也擁有眾多的用戶。因?yàn)?SCS是美國(guó)仿真學(xué)術(shù)界的中心，因此 CSSL有相當(dāng)?shù)臋?quán)威性，在70年代初一直被廣泛應(yīng)用。但它的翻譯器是將仿真源程序翻譯成 FORTRAN語言，因此這種仿真語言可以和FORTRAN語言兼容。該語言的主要部分是一個(gè)翻譯器，它把用 MIMIC語言書寫的仿真源程序翻譯成機(jī)器代碼。 數(shù)字仿真語言的發(fā)展概況和性能評(píng)價(jià) 從 60年代開始，國(guó)外就已著手研制仿真語言。非交互式仿真語言在大 ﹑中型機(jī)上通常采用讀卡機(jī)來輸入問題，在微型機(jī)上通常采用宏定義方式來描述問題和實(shí)驗(yàn)方法。 交互式仿真語言在具有分時(shí)操作系統(tǒng)的大 ﹑ 中型計(jì)算機(jī)或小型 ﹑ 微型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，通 常采用圖形顯示終端，并以鍵盤或光筆作為輸入設(shè)備。面向框圖的仿真語言中模型是通過框圖的形式描述的，框圖中的內(nèi)容可以是加 ﹑減 ﹑ 乘 ﹑ 除運(yùn)算，邏輯運(yùn)算和積分運(yùn)算等基本算符，也可以是基本傳遞函數(shù)或其它特定函數(shù)。 仿真語言的分類 二、按數(shù)學(xué)模型的形式分類 連續(xù)系統(tǒng)仿真語言按被仿真系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型形式，可分為： ? 面向方程的仿真語言； ? 面向框圖的仿真語言。對(duì)于兩類系統(tǒng)均適用的是通用仿真語言。 連續(xù)系統(tǒng)仿真語言所采用的模型通常是微分方程，系統(tǒng)的響應(yīng)是按一個(gè)或幾個(gè)自變量的 變化而連續(xù)發(fā)生的。 仿真語言的分類 仿真語言可以按不同方式進(jìn)行分類。 (3) 具有對(duì)仿真結(jié)果的分析與顯示功能。其主 ? 要功能表現(xiàn)為以下三點(diǎn)： (1) 有一套完整的規(guī)定描述模型的符號(hào) ﹑ 語句 ﹑ 句法及語法，并有檢測(cè)用該語言所 編寫的源程序中錯(cuò)誤的能力，最后能將文法上正確的源程序翻譯成機(jī)器可執(zhí)行碼（一般是先翻譯成某一種高級(jí)語言，比如 FORTRAN語言，然后由計(jì)算機(jī)廠家所提供的編譯程序轉(zhuǎn)換成機(jī)器代碼）。讀者可以根據(jù)問題的需求，以及軟 ﹑ 硬件的可能性進(jìn)行選擇使用。 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真 ? 仿真程序 ﹑ 具有一定通用性的仿真程序包和仿真語言是處理不同問題常用的三種仿真工具。這使得用戶能擺脫程序編寫中的許多細(xì)節(jié)問題，將精力集中于研究所要仿真的問題本身。這種語言應(yīng)該是足夠簡(jiǎn)單，而且易于學(xué)習(xí)和使用。尤其是對(duì)一些模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜﹑ 模型狀態(tài)變量和參數(shù)多的系統(tǒng)，用戶不得不將許多精力和時(shí)間花費(fèi)在模型參數(shù)處理 ﹑ 仿真算法和程序的實(shí)現(xiàn)，以及輸出數(shù)據(jù)的分析等輔助性工作上，而不能將精力集中于對(duì)系統(tǒng)本身的研究。除非有時(shí)需要高質(zhì)量的程序以節(jié)省使用機(jī)器內(nèi)存和縮短程序執(zhí)行時(shí)間，才用匯編語言編寫。仿真程序的一般組成如圖 。顯然，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，所要遇到的問題是極其復(fù)雜的，需要讀者在今后的工作中不斷探索，不斷總結(jié)。本章的最后向讀者介紹這一方面的基本知識(shí)，使讀者尤其是初學(xué)者重視仿真實(shí)驗(yàn)的組織 ﹑ 設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)工作，了解有關(guān)基本知識(shí)，并能應(yīng)用到實(shí)際工作中去。對(duì)于從事實(shí)際應(yīng)用的人員來說，仿真應(yīng)用技術(shù)或仿真研究的組織方法是非常必要的知識(shí)。第九章 仿真應(yīng)用技術(shù) ? 實(shí)際應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)時(shí)，還有許多問題需要考慮，本章將向讀者介紹部分仿真應(yīng)用技術(shù)，包括：仿真語言、一體化仿真技術(shù)、人工智能和專家系統(tǒng)在仿真技術(shù)中的應(yīng)用、仿真建模方法學(xué)，以及仿真實(shí)驗(yàn)的計(jì)劃指定和實(shí)施。 ? 如果要有效地進(jìn)行仿真研究，最大限度地避免工作中的盲目性，減少研究費(fèi)用，縮短研究周期，必須對(duì)整個(gè)仿真研究工作進(jìn)行科學(xué)而周密的組織與設(shè)計(jì)。組織與設(shè)計(jì)工作的好壞，直接關(guān)系到仿真應(yīng)用的成效。 ? 考慮到重點(diǎn)突出 ﹑ 篇幅限制等原因，對(duì)有些問題僅僅提出，而不做深入討論。 第九章 仿真應(yīng)用技術(shù) 仿真語言及其發(fā)展 仿真語言的基本結(jié)構(gòu)和組織 一種典型的連續(xù)系統(tǒng)仿真語言 一體化仿真技術(shù) 人工智能與仿真技術(shù) 數(shù)學(xué)模型和建模方法學(xué) 仿真實(shí)驗(yàn)的計(jì)劃指定和實(shí)施 仿真語言及其發(fā)展 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真 ? 在數(shù)字計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真研究時(shí)，很重要的一個(gè)步驟是將研究對(duì)象的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉谟?jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的仿真模型，并編制仿真 程序。 ? 傳統(tǒng)地編寫仿真程序所采用的語言是高級(jí)算法語言，如 FORTRAN語言， BASIC語言， C語言等。在采用高級(jí)語言編寫仿真程序時(shí)，用戶發(fā)現(xiàn)，雖然基本語言不難學(xué)習(xí)，并且便于移植，不受機(jī)型限制，但如需要充分利用語言的能力與精微之處，則需要很高的熟練程度。因而需要一種面向問題的非順序的計(jì)算機(jī)語言。用戶只需寫入被仿真系統(tǒng)的模型，定義變量和必要的數(shù)據(jù)和命令，就可以進(jìn)行仿真。這樣的一種用于仿真研究的專用計(jì)算機(jī)語言，便是仿真語言。表 。 表 通用型 編程難易程度 功能 程序靈活性 對(duì)存儲(chǔ)容易的要求 程序執(zhí)行時(shí)間 仿真程序 差 困難 弱 差 低 短 仿真程序包 較好 較方便 較弱 較好 較低 短 仿真語言 好 方便 強(qiáng) 好 較高 較長(zhǎng) 仿真語言的功能 ? 數(shù)字仿真語言是一種直接面向仿真問題的專用語言，是進(jìn)行數(shù)字仿真的重要工具。 (2) 具有設(shè)定模型實(shí)驗(yàn)的初始條件 ﹑ 終止條件，以及控制并實(shí)現(xiàn)單次 ﹑ 多次或迭代 運(yùn)行的功能。 仿真語言的功能 ? 由上面所介紹的仿真語言的三種功能可知：使用者使用這種語言不僅能更多地?cái)[脫掉 ? 對(duì)程序的熟悉與了解，而且由于它具有更強(qiáng)的仿真功能，因此能用來仿真比較復(fù)雜的系統(tǒng)，并且對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更全面的實(shí)驗(yàn)。 一、按被仿真系統(tǒng)的特點(diǎn)分類 按被仿真系統(tǒng)的特點(diǎn)可將仿真語言分為三類： ? 連續(xù)系統(tǒng)仿真語言； ? 離散系統(tǒng)仿真語言； ? 通用仿真語言。而離散系統(tǒng)仿真語言所采用的模型通常不包括微分方程，而包括部分代數(shù)方程和邏輯關(guān)系，其系統(tǒng)的響應(yīng)是以在一個(gè)自變量的離散點(diǎn)上的事件序列的形式發(fā)生的。本書僅介紹連續(xù)系統(tǒng)仿真語言。 面向方程的仿真語言采用的模型描述方式是一階微分方程組和代數(shù)方程，即與現(xiàn)代控制 理論中的狀態(tài)空間相對(duì)應(yīng)。 仿真語言的分類 三、按運(yùn)行方式分類 按仿真語言在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行方式可分為： ? 交互式仿真語言，或會(huì)話式仿真語言； ? 非交互式仿真語言，或批處理式仿真語言。該方式由于采用對(duì)話形式，故可及時(shí)觀察分析仿真結(jié)果，修改模型結(jié)構(gòu)或參數(shù)。顯見這種方式只有在取得一次運(yùn)行的結(jié)果后，才能分析仿真結(jié)果，并修改模型參數(shù)和實(shí)驗(yàn)方法。第一個(gè)獲得廣泛應(yīng)用的數(shù)字仿真語言是 MIMIC，它是 1965年研制成功的一種面向方程的仿真語言。 1966年美國(guó)又推出了另一個(gè)數(shù)字仿真語言－ DSL/90，它也是面向方程的一種仿真語言。在這期間，美國(guó)相繼推出了許多種數(shù)字仿真語言，為了促進(jìn)數(shù)字仿真語言規(guī)范化，進(jìn)一步普及推廣數(shù)字仿真的應(yīng)用，美國(guó)計(jì)算機(jī)仿真協(xié)會(huì)（ SCS）軟件委員會(huì)于 1967年召集了許多仿真方面的專家進(jìn)行了討論，最后發(fā)表了一個(gè)數(shù)字仿真語言的標(biāo)準(zhǔn)文本－ CSSL。與 CSSL并列的還有一個(gè)被廣泛應(yīng)用的數(shù)字仿真語言－ CSMP，它是 IBM公司推出的。 數(shù)字仿真語言的發(fā)展概況和性能評(píng)價(jià) ? 在 70年代以后，數(shù)字仿真語言在提高功能 ﹑ 提高速度等方面有了一些新的發(fā)展。我國(guó)從 70年代后期在引進(jìn) ﹑ 移植和研制數(shù)字仿真語言方面也做了不少工作，并已取得了可喜的成績(jī)。 ICSL就是我國(guó)一個(gè)功能比較齊全 ﹑ 質(zhì)量較高的仿真語言。 所謂自然的形式，是指與工程技術(shù)人員用來描述被仿真系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型相一致的形式。 ? (2) 要求仿真語言具有并行性的特點(diǎn)。但數(shù)字計(jì)算機(jī)是串行計(jì)算裝置，為了滿足閉合回路的要求，一個(gè)變量在先前沒有規(guī)定就不能出現(xiàn)在語句中，因而仿真語言必須有一種自動(dòng)分選能力，能將規(guī)定數(shù)字仿真結(jié)構(gòu)的仿真語言的語句排列成正確的計(jì)算順序，從而使計(jì)算機(jī)按順序計(jì)算，而從仿真語言的程序看來則如并行運(yùn)算一樣。 積分算法是數(shù)字仿真程序的核心。多種積分算法的存在為滿足用戶的具體應(yīng)用要求提供充分的選擇余地。 輸入程序可使用戶方便地輸入問題的模型和參數(shù)，并且便于修改模型參數(shù)。輸出方式包括數(shù)據(jù)表格，時(shí)間響應(yīng)曲線，相平面軌跡及變量與參數(shù)的交叉列表和繪圖。使用者可以方便地用于準(zhǔn)備技術(shù)報(bào)告的規(guī)格化文件。 ? (6) 為了面向用戶，要求仿真語言要適應(yīng)不同水平用戶的要求。對(duì)熟練的或內(nèi)行的用戶，則要求仿真語言具有擴(kuò)展能力，能將用戶規(guī)定的函數(shù)和程序加入到內(nèi)裝程序庫(kù)中。用戶可將他所研究的問題中多次重復(fù)使用的部分編寫為宏函數(shù)，通過宏函數(shù)處理器可被主程序反復(fù)引用。 對(duì)仿真語言的主要要求 (8) 仿真語言不僅應(yīng)便于輸入和修改系統(tǒng)參數(shù)及初始條件，更進(jìn)一步應(yīng)能進(jìn)行多次運(yùn)行的仿真研究，對(duì)多次運(yùn)行具有邏輯控制 ﹑ 函數(shù)存儲(chǔ) ﹑ 二次運(yùn)行間的代數(shù)運(yùn)算等能力。 (9) 要求具有多重速率的能力，即被仿真的模型可分成兩段或多段（相應(yīng)于被仿真總系統(tǒng)的分系統(tǒng)或暫存部分），以便①不同時(shí)間常數(shù)的子系統(tǒng)（如快的分系統(tǒng)和慢的分系統(tǒng)）可采用不同的積分方法或積分步長(zhǎng)；②不同子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在時(shí)間推移過程中的轉(zhuǎn)接。 上述要求是作為設(shè)計(jì)仿真語言的指導(dǎo)原則提出的，并不是所有仿真語言都能滿足所有這些要求。 一般將仿真語言的單次運(yùn)行稱為 仿真 ，同一問題的多次運(yùn)行稱為 研究 。那些具有更永久性特點(diǎn)的初始化操作（如指定具體的積分算法）應(yīng)在進(jìn)入這一區(qū)域之前進(jìn)行。初始區(qū)在作用上可用三個(gè)分區(qū)域說明： 解釋程序 ﹑ 初始分區(qū)和積分初始分區(qū)。仿真分析人員可通過終端或其它輸入裝置輸入?yún)?shù)和系統(tǒng)初始化的指令，這些指令經(jīng)解釋程序的翻譯而在運(yùn)行時(shí)執(zhí)行。 初始分區(qū)是進(jìn)行初始化計(jì)算 ﹑ 輸入和仿真研究終止邏輯控制的有序編碼。 仿真語言的一般結(jié)構(gòu)和組織 (2) 動(dòng)態(tài)區(qū)： 動(dòng)態(tài)區(qū)是仿真過程中在數(shù)字計(jì)算機(jī)和外界之間起積極的交互作用中的一部 分，它表示在使用者規(guī)定的自變量的離散值上進(jìn)行的所有計(jì)算和輸入 /輸出操作。這一間隔只由 與外界通訊的準(zhǔn)確度要求來決定。計(jì)算間隔嚴(yán)格按數(shù)字計(jì)算（特別是積分）的準(zhǔn)確度要求來決定。 仿真語言的一般結(jié)構(gòu)和組織 圖 積分分區(qū)系統(tǒng)輸入輸出程序積分系統(tǒng)積分系統(tǒng)導(dǎo)數(shù)段導(dǎo)數(shù)段輸入/ 輸出分區(qū)區(qū)域終止 仿真語言的一般結(jié)構(gòu)和組織 ? 輸入 /輸出分區(qū)包括了在基本自變量回路中進(jìn)行的積分運(yùn)算以外的作用，其中有那些不屬于導(dǎo)數(shù)計(jì)算部分的﹑ 與時(shí)間有關(guān)的代數(shù)計(jì)算和動(dòng)態(tài)回路，以及程序條件實(shí)驗(yàn)所必需的所有數(shù)字輸入。 在通信間隔上輸出系統(tǒng)變量是在這一分區(qū)上控制的。積分分區(qū)還可以分成不同的數(shù)段，以便對(duì)幾組仿真的狀態(tài)變量采用不同的積分速率（或算法）。 ? 包括積分的各段都有與它相關(guān)的 ﹑ 計(jì)算被積分的狀態(tài)變量導(dǎo)數(shù)的子程序，因?yàn)槊恳环e分段都有這樣一個(gè)子程序，故它被稱為導(dǎo)數(shù)段。終止區(qū)包括用以適當(dāng)?shù)亟K止一次單一的仿真所需要的計(jì)算和輸入 /輸出作用。 二 仿真語言的程序組織 仿真語言的程序通常由三部分組成： 翻譯部分 ﹑ 運(yùn)行部分和輸出部分。翻譯部分還完成語句的分選和排序作用 ﹑ 對(duì)使用者規(guī)定的輸出指令的解釋作用，以及輸入數(shù)據(jù)（初始條件和參數(shù)）的處理。它們與翻譯模塊輸出的程序一起進(jìn)行編譯 ﹑ 連接 ﹑ 加載執(zhí)行。它包括處理輸出指令，從有關(guān)的數(shù)據(jù)文件中抽取所需數(shù)據(jù)的子程序，在指定的輸出設(shè)備上顯示仿真結(jié)果的相應(yīng)的子程序。它是按批處理方式設(shè)計(jì)的，適合在中型及大型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。其主要特點(diǎn)如下： DAREP的主要功能 ? DAREP主要功能如下： 1. 面向方程，其模型采用一階微分方程和代數(shù)方程組描述，其狀態(tài)變量數(shù) ≤200。 D