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1、敌机在已知：敌机在100KM100KM高空，以高空，以20KM/min20KM/min的速度匀速直线行驶。的速度匀速直线行驶。假设：（假设：（1 1）只要两机相距在）只要两机相距在1010公里之内，我机就可以摧毁敌机；公里之内，我机就可以摧毁敌机；（2 2）如果）如果1010分钟之内没有捕捉到，就认为失败。分钟之内没有捕捉到，就认为失败。问：我方飞机应以怎样的速度，沿着什么航线飞行，需要多长时问：我方飞机应以怎样的速度，沿着什么航线飞行，需要多长时间可捕捉到目标。比如我机以间可捕捉到目标。比如我机以30KM/min30KM/min的速度，每的速度，每1 1分钟改变一次方分钟改变一次方向，能不能

2、捕捉到？我机以向，能不能捕捉到？我机以40KM/min40KM/min的速度，每的速度，每2 2分钟改变一次方向，分钟改变一次方向，能不能捕捉到？能不能捕捉到？MATLAB程序vd=20;vw=30;time=1;%我机以我机以30KM/min的速度的速度,每每1分钟改变一次方向分钟改变一次方向i=1;ts=0;xw=0;yw=0;t（1）=0;W（1,:）=0 0;D（1,:）=0 100;xd=0;while 1 i=i+1;theta=atan（100-yw）/（xd-xw）;%计算我机的方向计算我机的方向 ctheta=cos（theta）;stheta=sin（theta）;glob

3、al A A=vw*ctheta vw*stheta;T,Y=ode45（plane,ts,ts+time,xw,yw）;%计算我机的位置计算我机的位置 n=length（Y）;W（i,:）=Y（n,:）;t（i）=ts+time;xd=vd*（ts+time）;%计算敌机的位置计算敌机的位置 D（i,1）=xd;D（i,2）=100;xw=Y（n,1）;yw=Y（n,2）;Displace=sqrt（xd-xw）*（xd-xw）+（100-yw）*（100-yw）;%计算两者距离计算两者距离 if Displace10 disp（fail）;break endendfigure（1）plot

4、（W（:,1）,W（:,2）,g+,W（:,2）,r,D（:,1）,D（:,2）,bo）;我机以我机以30KM/min30KM/min的速度的速度,每每1 1分钟改变一次方向分钟改变一次方向,6,6分钟可捕捉到敌机分钟可捕捉到敌机我机以我机以40KM/min40KM/min的速度的速度,每每2 2分钟改变一次方向分钟改变一次方向,不能捕捉到敌机不能捕捉到敌机我机以我机以40KM/min40KM/min的速度的速度,每每1.31.3分钟改变一次方向分钟改变一次方向,能捕捉到敌机能捕捉到敌机 第一章第一章 绪绪 论论 1-1 系统、模型与仿真系统、模型与仿真 一、系统（一、系统（System）二、

5、模型（二、模型（Model）三、仿真（三、仿真（Simulation）1-2 计算机仿真计算机仿真 一、计算机仿真的过程、步骤一、计算机仿真的过程、步骤 二、计算机仿真的分类二、计算机仿真的分类 三、计算机仿真的意义三、计算机仿真的意义 四、系统仿真的应用及发展四、系统仿真的应用及发展 五、仿真软件五、仿真软件 1-3 控制系统计算机仿真控制系统计算机仿真1-11-1系统、模型与仿真系统、模型与仿真 一、系统（一、系统（SystemSystem）1 1定义定义 所所谓谓“系系统统”，是是指指相相互互联联系系又又相相互互作作用用着着的的对对象象的的有有机机组合。该组合体可以完成某项任务或实现某个

6、预定的目标。组合。特点：整体性整体性：系统由许多要素组成，各个组成部分是不可分割的。：相关性相关性：系统内部各要素之间相互以一定规律联系着。层次性层次性：系统可以分解为一系列的子系统，并存在一定的层：系统可以分解为一系列的子系统，并存在一定的层次结构。次结构。目的性目的性：系统具有某种目的，要达到既定的目的，系统必须：系统具有某种目的，要达到既定的目的，系统必须具有一定的功能（如控制、调节和管理的功能）。具有一定的功能（如控制、调节和管理的功能）。系统系统工程系统工程系统（如：电气、机械、机电、化工、热力等）（如：电气、机械、机电、化工、热力等）非工程系统非工程系统（如：经济、交通、管理、生态

7、等）（如：经济、交通、管理、生态等）比较器比较器调节器调节器加热炉加热炉温度计温度计温度温度扰扰动动温度给定值温度给定值温度偏差温度偏差喷油量喷油量例如，下图所示的加热炉温度调节系统就是一个工程系统。例如，下图所示的加热炉温度调节系统就是一个工程系统。2分类分类 通常，根据系统的物理特征，可将系统分为两大类：通常，根据系统的物理特征，可将系统分为两大类：生产管理部门生产管理部门采购部门采购部门制造车间制造车间装配车间装配车间运输车间运输车间原料原料成品成品用户订单用户订单实体实体组成系统的具体对象。组成系统的具体对象。属性属性实体的特性。实体的特性。活动活动对象随时间推移而发生的状态变化。对象

8、随时间推移而发生的状态变化。3构成系统的三大要素：实体、属性、活动构成系统的三大要素：实体、属性、活动下图所示的工厂系统则是一个经济管理系统下图所示的工厂系统则是一个经济管理系统非工程系统。非工程系统。二、模型（二、模型（Model）1 1定义定义 所谓所谓“模型模型”就是对系统的一种客观描述，它就是对系统的一种客观描述，它 通常是真实系统的一种简化。通常是真实系统的一种简化。2 2模型的作用模型的作用 系统研究的两种方式系统研究的两种方式 直接在真实系统上进行（通常都不采用，因为直接在真实系统上进行（通常都不采用，因为）在模型上进行（在模型上做实验是对系统进行在模型上进行（在模型上做实验是对

9、系统进行分析、研究的十分有效的手段。）分析、研究的十分有效的手段。）3模型的分类模型的分类模型模型物理模型物理模型：是根据相似原理把实际系统加：是根据相似原理把实际系统加 以缩小或放大的复制品。以缩小或放大的复制品。数学模型数学模型：是用数学的形式对一个系统的：是用数学的形式对一个系统的 （行为、特征）的描述，保持了模型（行为、特征）的描述，保持了模型 与原型之间信息传递规律的相似。与原型之间信息传递规律的相似。三、仿真（三、仿真（Simulation）1 1定义定义 从从广广义义上上来来说说，为为了了对对系系统统进进行行分分析析研研究究，首首先先建建立立系系统统的模型，然后在模型上进行试验这

10、一过程就称为的模型，然后在模型上进行试验这一过程就称为“仿真仿真”。2.2.分类分类：系统仿真可以分成三种：系统仿真可以分成三种 物理仿真物理仿真：建立物理模型，并在物理模型上进行试验：建立物理模型，并在物理模型上进行试验 优点：直观、形象优点：直观、形象 缺点：费用大、周期长、结构难于变更缺点：费用大、周期长、结构难于变更 数数学学仿仿真真：简简而而言言之之，就就是是在在计计算算机机上上对对系系统统的的数数学学模模型型进进行行试试验验，故故又又称称为为“计计算算机机仿仿真真”。（具具体体过过程程、步步骤骤在在后后面讲解）面讲解）优点：经济、方便、灵活性大优点：经济、方便、灵活性大 混混合合仿

11、仿真真：将将数数学学模模型型及及物物理理模模型型或或实实物物联联合合在在一一起起进进行行试验。试验。综综上上所所述述，系系统统、模模型型与与仿仿真真之之间间有有着着十十分分密密切切的关系。的关系。仿真仿真 是研究系统的一种试验方法，它包含两是研究系统的一种试验方法，它包含两 个过程：个过程：建立模型建立模型及及对模型进行试验对模型进行试验。模型模型 对系统的描述对系统的描述系统系统 被研究的对象被研究的对象是程序问是程序问题吗？题吗？系统系统系统模型建立系统模型建立仿真模型建立仿真模型建立仿真程序设计仿真程序设计仿真试验仿真试验数据处理、分析数据处理、分析满足要求否？满足要求否？是仿真模是仿真

12、模型问题吗？型问题吗？修改程序修改程序修改仿真模型修改仿真模型修改系统模型修改系统模型N NN NN NY YY YY Y图图1.2-1 1.2-1 计算机仿真过程流程图计算机仿真过程流程图明确系统，确定需要仿真明确系统，确定需要仿真的问题的问题。建立数学模型（即一次简化建立数学模型（即一次简化模型），比如微分方程组模型），比如微分方程组设计一种算法，使数学模型能设计一种算法，使数学模型能为计算机接受，并能在计算机为计算机接受，并能在计算机上运行（即建立二次简化模型上运行（即建立二次简化模型）用算法语言加以描述，即编写用算法语言加以描述，即编写程序。程序。BASIC,FORTRAN,C,MATLAB）运行仿真程序，在不同的初始运行仿真程序，在不同的初始条件和参数下，对系统进行反条件和参数下，对系统进行反复地研究和分析复地研究和分析总结得到系统的性能评价总结得到系统的性能评价验证仿真结果与实际系统是否验证仿真结果与实际系统是否一致一致1-2 计算机仿真计算机仿真 一、计算机仿真的过程、步骤一、计算机仿真的过程、步骤 计算机仿真的整个过程可用下图的流程图说明。计算机仿真的整个过程可用下图的流程图说明。系统系统模型模型计算机计算机模型模型建立建立仿真仿真试验试验 仿真模型建立仿真模型建立图图1.2-2 1.2-2 系统、模型与计算机的关系系统