動態(tài)模擬（Dynamic simulation）是一種計算機輔助的技術(shù)，通過軟件模擬系統(tǒng)在不同時間下的特性和行為。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描述系統(tǒng)的動態(tài)變化。動態(tài)模擬可以預(yù)測和計劃可能發(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。在實際應(yīng)用中，動態(tài)模擬廣泛應(yīng)用于工業(yè)、經(jīng)濟、生物系統(tǒng)等多個領(lǐng)域，可以實時執(zhí)行，模擬出與真實系統(tǒng)類似的反應(yīng)。
定義
動態(tài)模擬要求參數(shù)隨時間變化時，在數(shù)學(xué)模型中時間成為一個主要自變量。參數(shù)隨時間變化的規(guī)律常用導(dǎo)數(shù)方程組來描述，這類模擬稱為動態(tài)模擬。例如研究化工過程在外部干擾作用下引起的不穩(wěn)定過程，開停車過程和一些間歇操作過程，就需要采用動態(tài)模擬。
特性與方法
動態(tài)模擬中的系統(tǒng)往往具有非線性特性，這是由于數(shù)學(xué)模型加入了真實世界中的一些限制，如背隙或急停后的反彈等。為了求解這些非線性問題，通常需要利用數(shù)值方法來計算。計算機模擬會在一定的時間內(nèi)，計算其導(dǎo)數(shù)曲線下的面積，以此來近似計算積分量。有些方法在每一次增加的時間量是固定的，而有些方法則會自動調(diào)整時間增量，以保持誤差在可接受范圍內(nèi)，并優(yōu)化運算時間。還有一些方法會在模擬模型的不同部分使用不同的時間增量。
應(yīng)用
動態(tài)模擬在多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，包括核電站、汽輪機、車輛建模的六自由度分析、電機、計量經(jīng)濟模型、生物系統(tǒng)、機械手臂、質(zhì)量彈簧－阻尼系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)以及通過人體遷移的藥物劑量等。這些模型可以實時執(zhí)行，其虛擬反應(yīng)類似真實系統(tǒng)。在過程控制及機械電子學(xué)系統(tǒng)中尤其適用，在設(shè)計自動控制系統(tǒng)時，配合動態(tài)模擬，可以在連接真實系統(tǒng)之前先進行調(diào)整，也可以在人員控制實際系統(tǒng)之前進行訓(xùn)練。
動態(tài)模擬與計算機圖形
動態(tài)模擬也常用于電腦游戲和計算機圖形領(lǐng)域，可以利用物理引擎進行加速。物理引擎是許多計算機圖形軟件（例如3ds Max、maya、lightwave 3D等）中使用的技術(shù)，它可以模擬實際的物理特性。在電腦模擬中，可以針對像毛發(fā)、布、液體、火或是顆粒等復(fù)雜物體進行建模，而動畫師則負責(zé)設(shè)計較簡單的物件。電腦為基礎(chǔ)的動畫最早用在1989年皮克斯動畫工作室的短片Knick Knack中，內(nèi)容是將雪及小石頭移到魚缸中。
動態(tài)模擬的例子
動畫是由系統(tǒng)動態(tài)模擬軟件以及3D建模器所制作。在一個典型的例子中，可以通過動態(tài)模擬軟件來模擬活塞桿及曲柄的運動。在此例中，通過改變曲柄的轉(zhuǎn)動速度、活塞桿的長度及半徑，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)計者理解和預(yù)測機械系統(tǒng)在不同操作條件下的行為。
參考資料 >