動(dòng)態(tài)模擬（Dynamic simulation）是一種計(jì)算機(jī)輔助的技術(shù)，通過(guò)軟件模擬系統(tǒng)在不同時(shí)間下的特性和行為。它涉及到系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模，通常使用常微分方程或偏微分方程來(lái)描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化。動(dòng)態(tài)模擬可以預(yù)測(cè)和計(jì)劃可能發(fā)生的事件，幫助確定系統(tǒng)的響應(yīng)方式，并確保采取正確的步驟。在實(shí)際應(yīng)用中，動(dòng)態(tài)模擬廣泛應(yīng)用于工業(yè)、經(jīng)濟(jì)、生物系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域，可以實(shí)時(shí)執(zhí)行，模擬出與真實(shí)系統(tǒng)類(lèi)似的反應(yīng)。
定義
動(dòng)態(tài)模擬要求參數(shù)隨時(shí)間變化時(shí)，在數(shù)學(xué)模型中時(shí)間成為一個(gè)主要自變量。參數(shù)隨時(shí)間變化的規(guī)律常用導(dǎo)數(shù)方程組來(lái)描述，這類(lèi)模擬稱(chēng)為動(dòng)態(tài)模擬。例如研究化工過(guò)程在外部干擾作用下引起的不穩(wěn)定過(guò)程，開(kāi)停車(chē)過(guò)程和一些間歇操作過(guò)程，就需要采用動(dòng)態(tài)模擬。
特性與方法
動(dòng)態(tài)模擬中的系統(tǒng)往往具有非線(xiàn)性特性，這是由于數(shù)學(xué)模型加入了真實(shí)世界中的一些限制，如背隙或急停后的反彈等。為了求解這些非線(xiàn)性問(wèn)題，通常需要利用數(shù)值方法來(lái)計(jì)算。計(jì)算機(jī)模擬會(huì)在一定的時(shí)間內(nèi)，計(jì)算其導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)下的面積，以此來(lái)近似計(jì)算積分量。有些方法在每一次增加的時(shí)間量是固定的，而有些方法則會(huì)自動(dòng)調(diào)整時(shí)間增量，以保持誤差在可接受范圍內(nèi)，并優(yōu)化運(yùn)算時(shí)間。還有一些方法會(huì)在模擬模型的不同部分使用不同的時(shí)間增量。
應(yīng)用
動(dòng)態(tài)模擬在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，包括核電站、汽輪機(jī)、車(chē)輛建模的六自由度分析、電機(jī)、計(jì)量經(jīng)濟(jì)模型、生物系統(tǒng)、機(jī)械手臂、質(zhì)量彈簧－阻尼系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)以及通過(guò)人體遷移的藥物劑量等。這些模型可以實(shí)時(shí)執(zhí)行，其虛擬反應(yīng)類(lèi)似真實(shí)系統(tǒng)。在過(guò)程控制及機(jī)械電子學(xué)系統(tǒng)中尤其適用，在設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，配合動(dòng)態(tài)模擬，可以在連接真實(shí)系統(tǒng)之前先進(jìn)行調(diào)整，也可以在人員控制實(shí)際系統(tǒng)之前進(jìn)行訓(xùn)練。
動(dòng)態(tài)模擬與計(jì)算機(jī)圖形
動(dòng)態(tài)模擬也常用于電腦游戲和計(jì)算機(jī)圖形領(lǐng)域，可以利用物理引擎進(jìn)行加速。物理引擎是許多計(jì)算機(jī)圖形軟件（例如3ds Max、maya、lightwave 3D等）中使用的技術(shù)，它可以模擬實(shí)際的物理特性。在電腦模擬中，可以針對(duì)像毛發(fā)、布、液體、火或是顆粒等復(fù)雜物體進(jìn)行建模，而動(dòng)畫(huà)師則負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單的物件。電腦為基礎(chǔ)的動(dòng)畫(huà)最早用在1989年皮克斯動(dòng)畫(huà)工作室的短片Knick Knack中，內(nèi)容是將雪及小石頭移到魚(yú)缸中。
動(dòng)態(tài)模擬的例子
動(dòng)畫(huà)是由系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬軟件以及3D建模器所制作。在一個(gè)典型的例子中，可以通過(guò)動(dòng)態(tài)模擬軟件來(lái)模擬活塞桿及曲柄的運(yùn)動(dòng)。在此例中，通過(guò)改變曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、活塞桿的長(zhǎng)度及半徑，可以觀察到活塞的參數(shù)（例如內(nèi)部的壓力）隨之發(fā)生變化。這種模擬可以幫助設(shè)計(jì)者理解和預(yù)測(cè)機(jī)械系統(tǒng)在不同操作條件下的行為。
參考資料 >