25、控制系统分析与设计中的计算机仿真

控制系统分析与设计中的计算机仿真

1. 引言

在当今，为现实系统设计控制结构和决策机制，需要具备对受控过程的深入了解、对相关理论问题的理解，以及运用计算机仿真工具。建模和仿真在科学与工程领域起着至关重要的作用。现代系统的自然复杂性、不确定性和规模限制了纯分析方法的应用。因此，计算机仿真是理解和预测系统在现实和随机输入场景影响下行为的标准工具，它能让我们在实际实施之前研究所提出的控制结构和决策机制。

仿真涵盖了从建模到优化、控制系统设计以及操作模式下决策支持系统等广泛的问题。不同作者的研究通常关注特定的问题和方面，许多研究致力于特定领域系统模型的建模和计算机实现，也有研究涉及模型设计、灵敏度评估技术、数值方法、各种仿真技术、实验设计原则和结果验证方法等。在控制系统设计方面，仿真也是基本工具之一，特别是在处理受现实启发且无法用形式化方法解决的复杂问题时。

此外，复杂系统优化的当前趋势和需求涉及基于仿真的优化方案，该方案融合了优化和仿真技术。由于输入到优化模型中的数学和实践知识量往往会产生大量公式，其解通常只能通过数值方法获得。因此，在许多情况下，仿真是计算给定目标函数和获取关键性能特征的唯一可行方法。这种方法需要使用有效且稳健的优化方法，常见的有简单的“暴力”技术或模仿生物、化学、物理等系统中某些现象的更复杂解决方案。近年来，还大量使用计算机仿真来创建解决困难、病态任务的新数值算法。其他相关问题包括仿真的实现以及软件环境的设计，这些软件环境为在单台或并行计算机及计算机网络上进行的仿真实验提供框架。

2. 复杂系统与控制

2.1 复杂系统

复杂控制系统（也称为大规模系统）的分析、设计和计算机验证是研究的重点。一般来说，