1、系統(tǒng)仿真1 導(dǎo)論1.1 系統(tǒng)1.2 系統(tǒng)建模1.3 系統(tǒng)仿真1.4 系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)的應(yīng)用1.1 系統(tǒng)1.系統(tǒng)的定義 系統(tǒng)是由若干相互聯(lián)系、相互制約、相互依存的部分構(gòu)成的具有特定功能的有機(jī)整體。2.系統(tǒng)的特征 1）整體性 2）層次性 3）相關(guān)性1.1 系統(tǒng)3.系統(tǒng)的分類 1）按構(gòu)成要素的層次：?jiǎn)螌?、多?2）按狀態(tài)變量隨時(shí)間變化：靜態(tài)、動(dòng)態(tài) 3）按時(shí)間和狀態(tài)變量的關(guān)系：離散、連續(xù)和混合 4）按要素間的數(shù)學(xué)關(guān)系：線性、非線性 5）系統(tǒng)要素與外圍的關(guān)系：封閉、開放1.2 系統(tǒng)建模1.模型 系統(tǒng)模型是對(duì)系統(tǒng)特性與變化規(guī)律的抽象描述。 可分為：物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型。 1）物理模型：以實(shí)物或圖

2、形直觀表達(dá)對(duì)象的特征。 2）概念模型：對(duì)現(xiàn)實(shí)世界及其活動(dòng)進(jìn)行概念抽象與描述的結(jié)果。 3）數(shù)學(xué)模型：用來(lái)描述系統(tǒng)要素之間以及系統(tǒng)與環(huán)境之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。1.2 系統(tǒng)建模1.建模方法與步驟 1）明確任務(wù)，建立概念模型。 2）模型設(shè)計(jì)：確定變量、設(shè)定數(shù)學(xué)形式、確定參數(shù)的變化范圍。 3）收集數(shù)據(jù)。 4）參數(shù)估計(jì)與測(cè)算。 5）模型檢驗(yàn)：經(jīng)濟(jì)意義檢驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)、計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)檢驗(yàn)、預(yù)測(cè)性檢驗(yàn)。 6）模型應(yīng)用：彈性分析和乘數(shù)分析、預(yù)測(cè)、政策評(píng)價(jià)、實(shí)證研究。1.3 系統(tǒng)仿真1.定義 通過(guò)對(duì)替代物或仿真品的實(shí)驗(yàn)分析對(duì)與之相似的原型系統(tǒng)進(jìn)行研究的過(guò)程。 1）系統(tǒng)仿真三要素：實(shí)際系統(tǒng)、數(shù)學(xué)模型、計(jì)算機(jī)。 2）系統(tǒng)

3、仿真三活動(dòng)：建立模型、實(shí)驗(yàn)仿真、結(jié)果分析。 一次模型化：實(shí)際到數(shù)學(xué) 二次模型化：數(shù)學(xué)到計(jì)算機(jī)仿真1.3 系統(tǒng)仿真1.仿真技術(shù)的發(fā)展 1）改善建模環(huán)境。 2）一體化仿真。 3）仿真數(shù)據(jù)庫(kù)。 4）自動(dòng)反饋。 5）基于信息處理的仿真。 6）智能仿真。模糊數(shù)學(xué)、灰色系統(tǒng)、粗糙集理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法。 7）分布交互仿真。2 系統(tǒng)建模理論與方法2.1 系統(tǒng)模型及其分類2.2 系統(tǒng)建模的原則2.3 系統(tǒng)建模的基本方法2.4 系統(tǒng)建模的途徑與步驟2.5 模型的有效性2.1 系統(tǒng)模型及其分類1.系統(tǒng)模型及其分類 系統(tǒng)模型實(shí)質(zhì)上是關(guān)于行為數(shù)據(jù)的一組指令，其表現(xiàn)形式通常為數(shù)學(xué)公式、圖、表等。 按不同標(biāo)準(zhǔn)，常

4、可以分為： 線性、非線性；靜態(tài)、動(dòng)態(tài)；確定性、隨機(jī)性；微觀、宏觀；定常、非定常；集中、分布；連續(xù)、離散；參數(shù)、非參數(shù)；時(shí)域、頻域；輸入輸出、狀態(tài)空間。2.2 系統(tǒng)建模的原則1.系統(tǒng)建模的原則 1）簡(jiǎn)單性。 2）清晰性。 3）相關(guān)性。 4）準(zhǔn)確性。 5）可辨識(shí)性。 6）集合性。2.3 系統(tǒng)建模的基本方法1.層次分析法2.圖解建模法3.灰色系統(tǒng)理論4.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)2.4 系統(tǒng)建模的途徑與步驟1.系統(tǒng)建模的途徑 1）分析法。 2）測(cè)試法。 3）綜合法。2.4 系統(tǒng)建模的途徑與步驟1.系統(tǒng)建模的步驟 1）準(zhǔn)備階段。 2）系統(tǒng)認(rèn)識(shí)階段。 3）系統(tǒng)建模階段。 4）模型求解階段。 5）模型分析與檢驗(yàn)階段。2.

5、5 模型的有效性1.建模的可信度 可信度水平可分為三種： 1）行為水平上：能復(fù)現(xiàn)真實(shí)系統(tǒng)。 2）狀態(tài)結(jié)構(gòu)水平上：與真實(shí)系統(tǒng)在狀態(tài)上真實(shí)對(duì)應(yīng)，能對(duì)未來(lái)行為進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。 3）分解結(jié)構(gòu)水平上：模型能真實(shí)表達(dá)系統(tǒng)的內(nèi)部工作情況。2.5 模型的有效性1.建模的可信度 建模各個(gè)階段的可信性： 1）在演繹中的可信性。 2）在歸納中的可信性。 3）在目的方面的可信性。2.5 模型的有效性1.建模的驗(yàn)證 模型驗(yàn)證的基本方法： 1）基于機(jī)理建模的必要條件法。 2）基于實(shí)驗(yàn)建模的數(shù)理統(tǒng)計(jì)法。 3）實(shí)物模型驗(yàn)證法。3 系統(tǒng)仿真方法與技術(shù)2.1 系統(tǒng)仿真技術(shù)的分類2.2 系統(tǒng)仿真的一般過(guò)程2.3 系統(tǒng)仿真技術(shù)的應(yīng)用2.4 系統(tǒng)仿真技術(shù)的特點(diǎn)3.1 系統(tǒng)仿真技術(shù)的分類1.根據(jù)仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)手段分類 1）物理仿真。 2）數(shù)學(xué)仿真。 3）半實(shí)物仿真。 4）人在回路仿真。 5）軟件在回路仿真。3.2 系統(tǒng)仿真的一般過(guò)程實(shí)際系統(tǒng)建模與形式化形式建模是否可信仿真建模程序設(shè)計(jì)仿真模型校驗(yàn)是否正確仿真運(yùn)行仿真結(jié)果分析是否正確結(jié)束3.3 系統(tǒng)仿真技術(shù)的應(yīng)用 1）在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。 2）在系統(tǒng)分析中的應(yīng)用。 3）在教育與訓(xùn)練中的應(yīng)用。 4）在產(chǎn)品開發(fā)與制造中的應(yīng)用。 5）在CIMS中的應(yīng)用。3.4 系統(tǒng)仿真技