系统建模与仿真 第二章
建模与仿真
第1章建模与仿真的基本概念参照P8例子,列举一个你相对熟悉的简单实际系统为例,采用非形式描述出来。
第2章建模方法论1、什么是数学建模形式化的表示?试列举一例说明形式化表示与非形式化表示的区别。
模型的非形式描述是说明实际系统的本质,但不是详尽描述。
是对模型进行深入研究的基础。
主要由模型的实体、包括参变量的描述变量、实体间的相互关系及有必要阐述的假设组成。
模型的非形式描述主要说明实体、描述变量、实体间的相互关系及假设等。
例子:环形罗宾服务模型的非形式描述:实体CPU,USR1,…,USR5描述变量CPU:Who,Now(现在是谁)----范围{1,2,…,5}; Who.Now=i表示USRi由CPU服务。
USR:Completion.State(完成情况)----范围[0,1];它表示USR完成整个程序任务的比例。
参变量X-----范围[0,1];它表示USRi每次完成程序的比率。
i实体相互关系(1)CPU 以固定速度依次为用户服务,即Who.Now为1,2,3,4,5,1,2…..循环运行。
X工作。
假设:CPU对USR的服务时间固定,不(2)当Who.Now=I,CPU完成USRi余下的iX决定。
依赖于USR的程序;USRi的进程是由各自的参变量i2、何谓“黑盒”“白盒”“灰盒”系统?“黑盒”系统是指系统内部结构和特性不清楚的系统。
对于“黑盒”系统,如果允许直接进行实验测量并通过实验对假设模型加以验证和修正。
对属于黑盒但又不允许直接实验观测的系统,则采用数据收集和统计归纳的方法来假设模型。
对于内部结构和特性清楚的系统,即白盒系统,可以利用已知的一些基本定律,经过分析和演绎导出系统模型。
3、模型有效性和模型可信性相同吗?有何不同?模型的有效性可用实际系统数据和模型产生的数据之间的符合程度来度量。
它分三个不同级别的模型有效:复制有效、预测有效和结构有效。
不同级别的模型有效,存在不同的行为水平、状态结构水平和分解结构水平的系统描述。
系统建模与仿真第2讲 图解建模方法
2.1 系统模型的分类(回顾) 2.2 系统仿真的步骤 2.3 图解建模方法
EXIT
仿真的三要素
三要素
(1)系统:研究的对象 (2)模型:系统的抽象 (3)计算机:工具与手段
系统
建立数学模型
仿真实验
模型
计算机
建立仿真模型
图1.1 计算机仿真三要素关系图
结果分析
EXIT
这时工程领导人员迫切希望了解最少需要多 少时间才能够完成整个工程项目, 影响工程进度 的要害工序是哪几个?
EXIT
2.3.1 图论的基本概念
图论中的“图”并不是通常意义下的几何图 形或物体的形状图, 而是以一种抽象的形式来表 达一些确定的事物之间的联系的一个数学系统.
定义1 一个有序二元组(V, E ) 称为一个图, 记 为G = (V, E ), 其中
数据分析、处理
是
否
否
程序问题?
满足要求否
是
停
计算机仿真软件的发展
1、程序编程阶段 所有问题(如:微分方程求解、矩阵运算、绘
图等)都是用高级算法语言(如C、 FORTRAN等)来编写。 2、程序软件包阶段 出现了“应用子程序库”。 3、交互式语言阶段(仿真语言) 仿真语言可用一条指令实现某种功能,如“系 统特征值的求解”,使用人员不必考虑什么算 法,以及如何实现等低级问题。 4、模型化图形组态阶段 符合设计人员对基于模型图形化的描述。
EXIT
具体模型
直观模型 物理模型
模型
思维模型
抽象模型
符号模型
模型的分类:
数学模型
数式模型 图形模型
◆ 按对象的数学特征分:初等模型、几何模型、优化模型
物流系统建模仿真课件
内部因素: 内部因素:
与企业的发展战略相适应
企业选址的实例
DELL 公司在爱尔兰建立新计算机工厂 DELL 公司在田纳西州的工厂选址
三、选址模型的分类
•根据设施的维度: 根据设施的维度: 根据设施的维度
体选址、面选址、线选址、 体选址、面选址、线选址、点选址
根据选址问题目标区域的特点: 根据选址问题目标区域的特点:
从而得到: 从而得到:
wi yi ∑d i=1 ys = n is wi ∑d i=1 is
n
五、选址模型
2、离散点选址模型 覆盖模型: 覆盖模型: 集合覆盖模型: 集合覆盖模型:
用最小数量的设施去覆盖所有的需求点。 用最小数量的设施去覆盖所有的需求点。
最大覆盖模型
在给定数量的设施下,覆盖尽可能多的需求点。 在给定数量的设施下,覆盖尽可能多的需求点。
自制和外购的决策
自制和外购决策流程 工具:零件明细表、BOM表 工具:零件明细表、BOM表
三、工艺流程信息
2、工艺选择
工艺选择的主要原则: 工艺选择的主要原则:质量方面 工艺方法的成熟度 工艺规模的考虑 环境因素 工艺要有柔性 工艺的分类: 工艺的分类: 标准工艺 典型工艺 生成工艺 工艺选择流程
dij = (xi − x j ) + ( yi − y j )
2
2
折线距离(城市距离) 折线距离(城市距离)
dij =| xi − x j | + | yi − y j |
五、选址模型
•1、连续点选址模型 1 交叉中值模型: 交叉中值模型: 目标函数: 目标函数:
m z = ∑wi | xi − xs | +∑wi | yi − ys | in
02Witness仿真系统建模基础
• 如果模拟的是工具,该工具可能在多台设备或多项操作中都需要使用,也 存在共享冲突的可能。
二、WITNESS建模元素-离散型元素
• • • • • 路径(Path) 路径是设定部件和劳动者(或者其他资源)从一个地点到达另一个地点的移动路程的离 散型元素。 路径元素同输送链元素既有相同点,也有不同点。 相同之处是:两类都可以将零部件从一个地点运送到另一个地点,而且这个运送过程需 要一定的时间。 不同之处是:路径可以实现控制作业人员从一个地点走到另一个地点所需要的时间;同 时还可以实现由劳动者搬运零部件从一个地点移动到另一个地点。输送链元素只能够运 送零部件元素,而不能运送劳动者元素;输送链上的零部件可以实现零部件是移位式的 运送,还是队列式的运输;输送链上的零部件还可以在其任意的放置位离开。 总之,只有在必要时才使用路径。假如模型中的元素有很长的作业周期时间而它们之间 的行程距离很短,那就没有必要添加路径元素而增加模型的复杂性了。路径的选用应基 于建模对象的特征或需要实现的功能,合理选用建模元素
二、WITNESS建模元素-离散型元素
• 机器(Machine)
• 用于模拟实际系统中获取、处理零部件对象并将其送往特定地点的对 象或过程的离散型元素。
• Witness中的机器也是一个广义的概念,可以模拟实际生产制造系 统中的特定机器设备,也可以模拟提供相关服务的柜台。例如,机器 可以代表有装载、旋转、卸载、空闲和保养这五个状态的一台车床, 也可以代表有空闲、工作、关闭三个状态的一个机场登记服务台(将 旅客与他们的行李分开,并发放登机卡),还可以代表有焊接、空闲 和保养三个状态的一个机器人焊接工,等等 • 实际系统对零部件对象进行处理的过程和方式多种多样,Witness 提供了7种类型的机器来建立不同类型处理过程的仿真对象.
(完整)系统建模与仿真习题答案(forstudents)
第一章习题1-1什么是仿真?它所遵循的基本原则是什么?答:仿真是建立在控制理论,相似理论,信息处理技术和计算技术等理论基础之上的,以计算机和其他专用物理效应设备为工具,利用系统模型对真实或假想的系统进行试验,并借助专家经验知识,统计数据和信息资料对试验结果进行分析和研究,进而做出决策的一门综合性的试验性科学。
它所遵循的基本原则是相似原理。
1-2在系统分析与设计中仿真法与解析法有何区别?各有什么特点?答:解析法就是运用已掌握的理论知识对控制系统进行理论上的分析,计算。
它是一种纯物理意义上的实验分析方法,在对系统的认识过程中具有普遍意义。
由于受到理论的不完善性以及对事物认识的不全面性等因素的影响,其应用往往有很大局限性.仿真法基于相似原理,是在模型上所进行的系统性能分析与研究的实验方法.1-3数字仿真包括那几个要素?其关系如何?答: 通常情况下,数字仿真实验包括三个基本要素,即实际系统,数学模型与计算机。
由图可见,将实际系统抽象为数学模型,称之为一次模型化,它还涉及到系统辨识技术问题,统称为建模问题;将数学模型转化为可在计算机上运行的仿真模型,称之为二次模型化,这涉及到仿真技术问题,统称为仿真实验.1—4为什么说模拟仿真较数字仿真精度低?其优点如何?.答:由于受到电路元件精度的制约和容易受到外界的干扰,模拟仿真较数字仿真精度低但模拟仿真具有如下优点:(1)描述连续的物理系统的动态过程比较自然和逼真。
(2)仿真速度极快,失真小,结果可信度高。
(3)能快速求解微分方程.模拟计算机运行时各运算器是并行工作的,模拟机的解题速度与原系统的复杂程度无关.(4)可以灵活设置仿真试验的时间标尺,既可以进行实时仿真,也可以进行非实时仿真.(5)易于和实物相连。
1-5什么是CAD技术?控制系统CAD可解决那些问题?答:CAD技术,即计算机辅助设计(Computer Aided Design),是将计算机高速而精确的计算能力,大容量存储和处理数据的能力与设计者的综合分析,逻辑判断以及创造性思维结合起来,用以加快设计进程,缩短设计周期,提高设计质量的技术.控制系统CAD可以解决以频域法为主要内容的经典控制理论和以时域法为主要内容的现代控制理论。
了解MATLABSimulink进行系统建模与仿真
了解MATLABSimulink进行系统建模与仿真MATLAB Simulink是一款功能强大的工具,专门用于系统建模和仿真。
它可以帮助工程师和科研人员设计复杂的系统、开展仿真分析,并支持快速原型设计和自动生成可执行代码。
本文将详细介绍MATLAB Simulink的基本概念、系统建模与仿真流程,以及其在各个领域中的应用。
第一章:MATLAB Simulink简介MATLAB Simulink是MathWorks公司开发的一款图形化建模和仿真环境。
它包含了一系列模块,可以通过简单地拖拽和连接来模拟和分析复杂的系统。
Simulink中的模块代表不同的系统组件,例如传感器、执行器、控制器等。
用户可以通过连接这些模块来构建整个系统,并通过仿真运行模型以评估系统的性能。
第二章:系统建模基础系统建模是使用Simulink进行系统设计的关键步骤。
在建模之前,需要明确系统的输入、输出和所涉及的物理量。
Simulink提供了广泛的模块库,包括数学运算、信号处理、控制等,这些模块可以方便地应用到系统中。
用户可以选择合适的模块,并通过线连接它们来形成系统结构。
此外,Simulink还支持用户自定义模块,以满足特定的需求。
第三章:MATLAB与Simulink的联合应用MATLAB和Simulink是密切相关的工具,它们可以互相配合使用。
MATLAB提供了强大的数学计算和数据分析功能,可以用于生成仿真所需的输入信号,以及分析仿真结果。
同时,Simulink也可以调用MATLAB代码,用户可以在模型中插入MATLAB函数块,以实现更复杂的计算和控制逻辑。
第四章:系统仿真与验证系统仿真是利用Simulink来验证系统设计的重要步骤。
通过设置仿真参数和初始条件,用户可以运行模型来模拟系统的行为。
仿真可以包括不同的输入场景和工况,以验证系统在不同条件下的性能和稳定性。
Simulink提供了丰富的仿真分析工具,例如波形显示器、频谱分析等,可以帮助用户分析仿真结果并进行必要的调整。
2020年智慧树知道网课《物联网系统建模与仿真》课后章节测试满分答案
第一章测试1【判断题】(10分)仿真模型十分强大,能够做到与真实系统一一对应。
A.对B.错2【判断题】(10分)物流系统是由多个既互相区别又互相联系的单元结合起来,以货物为工作对象,以完成货物实体流动为目的的有机结合体。
A.错B.对3【判断题】(10分)信息时代认识世界(科学研究)的三种方法是理论研究、实验研究、仿真研究。
A.对B.错4【判断题】(10分)系统是研究的对象,仿真是系统的抽象。
A.错B.对5【判断题】(10分)仿真模型的优点是形式规范,通常能够求得确定的最优解。
A.对B.错6【多选题】(10分)仿真系统中三个基本概念是()。
A.建模B.模型C.系统D.仿真7【多选题】(10分)属于一个银行服务系统中的元素有()。
A.银行员工B.ATM机C.顾客D.柜员窗口8【单选题】(10分)下列属于符号模型的是()。
A.不等式组B.计算机建立的模型C.流程图D.汽车模型9【单选题】(10分)仿真项目研究步骤中的最后一步是()。
A.建立计算机仿真模型B.定义仿真研究的目的C.实验运行和结果分析D.收集数据、建立概念模型10【单选题】(10分)模型验证(Validation)的作用是()。
A.查看模型运行结果是不是最优化B.查看模型中是否有语法或逻辑C.查看模型是否与实际情况相符D.查看模型是否美观第二章测试1【判断题】(10分)当现有对象库不能满足模型需要时,用户可以创建自己的对象。
A.对B.错2【判断题】(10分)Flexsim仿真软件只能进行二维平面模型展示。
A.对B.错3【判断题】(10分)Flexsim建模的基本步骤和顺序为构建模型布局、定义对象流程、编辑对象参数、运行仿真模型、分析仿真结果。
A.对B.错4【判断题】(10分)构建模型布局步骤中绘制图纸的过程在建立简单模型时可以省略A.对B.错5【单选题】(10分)关于端口连接的显示位置,下列说法的是()。
A.输出端口显示在对象的右上角B.中心端口显示在对象顶部中心C.输入端口显示在对象的左上角D.中心端口显示在对象底部中心6【单选题】(10分)打开对象属性窗口,对打开连接不能进行的操作是()。
系统建模与仿真技术
0.1 系统、模型与仿真 0.1.2 模型
第四、模型求解 可以采用解方程、画图形、证明定理、逻辑运算、数值运算等各种传统
的和近代的数学方法,特别是计算机技术。一道实际问题的解决往往需要纷 繁的计算,许多时候还得将系统运行情况用计算机模拟出来,因此编程和熟 悉数学软件包能力便举足轻重。 第五、模型分析
第一部分:连续系统仿真篇
0
系统仿真概论
1
连续系统的模型描述
2
经典的连续系统建模方法学
3
时域离散相似法
4 频域仿真建模方法学
5
采样系统的仿真
中北大学 信息与通信工程学院
第二部分:离散事件系统仿真篇
1 离散事件系统仿真基础 2 随机变量模型的确定 3 随机变量的产生 4 离散事件系统仿真建模方法及仿真策略 5 离散事件系统仿真结果分析
中北大学 信息与通信工程学院
0.1 系统、模型与仿真 0.1.2 模型
SAS软件概况 SAS系统全称为Statistics Analysis System,最早由北卡罗来纳大学的两位生 物统计学研究生编制,并于1976年成立了SAS软件研究所,正式推出了SAS 软件。SAS是用于决策支持的大型集成信息系统,但该软件系统最早的功能 限于统计分析,至今,统计分析功能也仍是它的重要组成部分和核心功能。 SAS现在的版本为9.0版,大小约为1G。经过多年的发展,SAS已被全世界 120多个国家和地区的近三万家机构所采用,直接用户则超过三百万人,遍及 金融、医药卫生、生产、运输、通讯、政府和教育科研等领域。在英美等国 ,能熟练使用SAS进行统计分析是许多公司和科研机构选材的条件之一。在 数据处理和统计分析领域,SAS系统被誉为国际上的标准软件系统,并在96 ~97年度被评选为建立数据库的首选产品。堪称统计软件界的巨无霸。在此 仅举一例如下:在以苛刻严格著称于世的美国FDA新药审批程序中,新药试 验结果的统计分析规定只能用SAS进行,其他软件的计算结果一律无效!哪 怕只是简单的均数和标准差也不行!由此可见SAS的权威地位。
智能制造系统中的建模与仿真
智能制造系统中的建模与仿真第一章引言近年来,智能制造技术以其高效、灵活和智能化的特性,成为推动制造业转型升级的重要手段。
在智能制造系统中,建模与仿真技术扮演着关键角色,能够对系统进行全面的分析和优化,帮助企业提高生产效率和产品质量。
本文将从建模和仿真的角度,探讨智能制造系统中建模与仿真的方法与应用。
第二章智能制造系统建模2.1 智能制造系统概述在智能制造系统中,智能装备、智能控制、智能管理等子系统共同协作,实现生产过程的智能化。
建模是实现智能制造系统全面分析和优化的基础。
智能制造系统建模旨在将实际生产过程抽象为数学模型,以便对系统的各种因素进行分析和预测,为系统的优化提供依据。
2.2 建模方法在智能制造系统建模过程中,可以采用静态建模和动态建模两种方法。
静态建模主要是对智能制造系统的结构进行抽象和表达,以分析系统的组成和关系;动态建模则是对系统的行为和运行进行建模,以模拟和优化系统的运行过程。
常用的建模方法包括面向对象建模、Petri网建模、系统动力学建模等。
第三章智能制造系统仿真3.1 仿真概述仿真是指通过构建系统的数学模型,并通过计算机模拟系统运行来预测和评估系统的性能、行为和效果的过程。
在智能制造系统中,仿真可以帮助企业降低实验成本、加速产品开发过程,并预测系统在不同条件下的运行情况。
3.2 仿真方法在智能制造系统仿真中,可以采用离散事件仿真、连续系统仿真、面向agent的仿真等方法。
离散事件仿真主要用于描述系统离散事件的发生和演化过程,连续系统仿真则适用于对系统连续变化的特性进行建模和仿真。
面向agent的仿真则是通过对智能装备、智能控制等子系统进行个体建模和仿真,以实现对系统整体性能的评估。
第四章智能制造系统建模与仿真应用案例4.1 生产流程建模与仿真通过建立智能制造系统生产流程模型,并进行仿真分析,可以优化生产过程中的资源利用,提高生产效率和产品质量。
例如,可以通过仿真评估不同生产策略下的生产吞吐量、平均等待时间等指标,以供生产决策参考。
0904071系统建模与仿真课程教学大纲.doc
《系统建模与仿真》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号:0904071课程中文名称:系统建模与仿真课程英文名称:System Modeling & Simulation课程性质:专业选修课程考核方式:考查开课专业:自动化、测控技术与仪器、电气工程及其自动化、探测制导与控制技术、生物医学工程开课学期:7总学时:24 (其中理论24学时,实验0学时)总学分:1.5二、课程目的《系统建摸与仿真》是测控技术与仪器等专业学生的一门选修课。
《系统建摸与仿真》课程以实验建摸方法为主要内容,包括经典实验建摸和以平稳随机过程理论为基础的现代实验建摸方法。
课程目的和任务:为本科高年级学生继续深造、开阔知识面,开设本课程;通过学习,使测控技术与仪器等的本科生掌握《系统建摸与仿真》基础理论、实验建摸基本方法,为今后从事系统建摸等工作、学习自适应控制等奠定扎实的基础。
三、教学基本要求(含素质教育与创新能力培养的要求)本课程要求学生有较好的“自动控制理论”基础和“线性代数”、“随机过程”等工程数学基础。
本课程将使学生掌握和了解以下主要基础理论和基本技能:干扰模型及随机过程;系统实验建摸基础;最小二乘法及其改进算法;模型阶次检验;闭环系统的参数辩识;神经网络建模;基于灰色系统理论的建模方法。
在教学中,注重培养学生的分析问题和解决问题的能力。
四、教学内容与学时分配第一章绪论(2学时)动态系统数学模型;建摸基本步骤与方法;连续时间系统的连续模型与离散模型。
第二章干扰模型及随机过程(4学时)干扰及干扰特性;随机过程基础;离散时间白噪声;工程中常用干扰随机模型;谱分解定理。
第三章系统建摸基础(2学时)过渡过程法;频率响应法与傅立叶分析;相关技术与频谱分析。
第四章最小二乘法(6学时)最小二乘算法;最小二乘估计的主要性质;最小二乘估计的递推算法;缓慢变化参数的估计方法;最小二乘法举例。
第五章最小二乘法改进算法(2学时)辅助变量法;广义最小二乘法;增广最小二乘法。
智慧树知到《数学建模与系统仿真》章节测试[完整答案]
智慧树知到《数学建模与系统仿真》章节测试[完整答案]智慧树知到《数学建模与系统仿真》章节测试答案第一章单元测试1、数学模型是对于现实世界的一个特定对象,一个特定目的,根据特有的内在规律,做出一些必要的假设,运用适当的数学工具,得到一个数学结构.A:错B:对答案:【对】2、数学建模是利用数学方法解决实际问题的一种实践.即通过抽象、简化、假设、引进变量等处理过程后,将实际问题用数学方式表达,建立起数学模型,然后运用先进的数学方法及计算机技术进行求解,是对实际问题的完全解答和真实反映,结果真实可靠。
A:对B:错答案:【错】3、数学模型是用数学符号、数学公式、程序、图、表等刻画客观事物的本质属性与内在联系的理想化表述. 数学建模就是建立数学模型的全过程(包括表述、求解、解释、检验).A:对B:错答案:【对】4、数学模型(Mathematical Model):重过程;数学建模(Mathematical Modeling):重结果。
A:错B:对答案:【错】5、人口增长的Logistic模型,人口增长过程是先慢后快。
A:错B:对答案:【错】6、MATLAB的主要功能有A:符号计算B:绘图功能C:与其它程序语言交互的接口D:数值计算答案:【符号计算;绘图功能;与其它程序语言交互的接口;数值计算】7、Mathematica的基本功能有A:语言功能(Programing Language)B:符号运算(Algebric Computation)C:数值运算(Numeric Computation)D:图像处理(Graphics )答案:【语言功能(Programing Language);符号运算(Algebric Computation);数值运算(Numeric Computation);图像处理(Graphics )】8、数值计算是下列哪些软件的一个主要功能 A:MapleB:JavaC:MATLABD:Mathematica答案:【Maple;MATLAB;Mathematica】9、评阅数学建模论文的标准有:A:完全一致的结果B:表述的清晰性C:建模的创造性D:论文假设的合理性答案:【表述的清晰性;建模的创造性;论文假设的合理性】10、关于中国(全国)大学生数学建模竞赛(CUMCM)描述正确的是 A:2年举办一次B:一年举办一次C:开始于70年代初D:一年举办2次答案:【一年举办一次】第二章单元测试1、衡量一个模型的优劣在于它是否使用了高深的数学方法。
系统建模与仿真
以英尺计的反应距离
100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 以英里/小时计的速率
图2 反应距离和速率的比例性
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计算机测控技术与应用
沈阳航空工业学院 自动控制系
得到总的停止距离为:
表3:测试得到的总的停车距离与公式计算的距离 速率(英里/小时) 总的停止距离(测试) 停止距离(计算) 20 42 43.6
识别并确定变量 3)求解或解释模型; 4)验证模型;
模型的正确性、合理性、可用性
5)实施模型;
6)维修模型;
使用模型
模型是否仍然适用?
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计算机测控技术与应用
沈阳航空工业学院 自动控制系
建模示例:车辆的停止问题
某驾驶规则:
正常的驾驶条件对车与车之间的跟随距离的要求是每10英
里的速率可以允许一辆车的跟随距离,但在不利的天气或道
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计算机测控技术与应用
沈阳航空工业学院 自动控制系
系统的分类
自然系统
社会系统
1、工程系统、非工程系统 2、连续系统、离散事件系统 3、白色系统、灰色系统、黑色系统 4、简单系统、复杂系统 5、小系统、大系统、巨系统 - - - - - - - - - - - - - - - - - -
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一种模型的转换过程是否有效。
模型的验证(Validation):是在适用范围内针对建模与仿真
对象,模型具有理想的精度。
模型的确认(Accreditation):指对模型或仿真是否可被接
受使用。通过认证,以确保仿真模型能比较精确地反映真实 系统的特性。因此,在模型验证和校核的基础上还应进行静 态检查、动态调试和人工校对。
系统建模与仿真习题2及答案
系统建模与仿真习题二及答案1. 考虑如图所示的典型反馈控制系统框图(1)假设各个子传递函数模型为66.031.05.02)(232++-+=s s s s s G ,s s s G c 610)(+=,21)(+=s s H 分别用feedback ()函数以及G*Gc/(1+G*Gc*H)(要最小实现)方法求该系统的传递函数模型。
(2) 假设系统的受控对象模型为s e s s s G 23)1(12)(-+=,控制器模型为 ss s G c 32)(+=,并假设系统是单位负反馈,分别用feedback ()函数以及G*Gc/(1+G*Gc*H)(要最小实现)方法能求出该系统的传递函数模型?如果不能,请近似该模型。
解:(1)clc;clear;G=tf([2 0 0.5],[1 -0.1 3 0.66]);Gc=tf([10 6],[1 0]);H=tf(1,[1 2]);G1=feedback(G*Gc,H)G2=G*Gc/(1+G*Gc*H)Gmin=minreal(G2)结果:Transfer function:20 s^4 + 52 s^3 + 29 s^2 + 13 s + 6s^5 + 1.9 s^4 + 22.8 s^3 + 18.66 s^2 + 6.32 s + 3Transfer function:20 s^8 + 50 s^7 + 83.8 s^6 + 179.3 s^5 + 126 s^4 + 57.54 s^3 + 26.58 s^2 + 3.96 ss^9 + 1.8 s^8 + 25.61 s^7 + 22.74 s^6 + 74.11 s^5 + 73.4 s^4 + 30.98 s^3+ 13.17 s^2 + 1.98 s Transfer function:20 s^4 + 52 s^3 + 29 s^2 + 13 s + 6s^5 + 1.9 s^4 + 22.8 s^3 + 18.66 s^2 + 6.32 s + 3(2)由于s c e s s s s G s G 232)1(3624)(*)(-++= 方法1:将s e 2-转换为近似多项式。
第二章 系统建模与仿真的基本原理
生产系统仿真Simulation for Production System房亚东fangyadong@ gy gThe Institute of Mechanical and Electrical EngineerXi'an Technological UniversityAugust 27, 2012第二章系统建模与仿真的基本原理离散事件系统及其模型分类1离散事件系统建模的基本元素2离散事件系统仿真程序的基本结构3建立系统模型的常用方法452 .1 离散事件系统及其模型分类系统分类连续系统(continuous system )离散事件动态系统(DEDS )确定性系统(deterministic system )随机系统(stochastic system )静态系统(static system )动态系统(dynamic system )2 .1 离散事件系统及其模型分类白箱(hit b white box )灰箱(grey box )黑箱(black box )微观模型(microscopic model )宏观模型(macroscopic model )集中参数模型(lumped parameters model )分布参数模型(distribution parameters model )2.2 离散事件系统建模的基本元素离散事件系统建模与仿真中的基本元素1.实体(entity ):系统内的对象,构成系统模型的基本要素。
临时实体(temporary entity )永久实体(permanent entity )2.属性(attribute ):实体的状态和特性。
3.状态(state ):任一时刻,系统中所有实体的属性的集合。
2.2 离散事件系统建模的基本元素4.事件(event):引起系统状态变化的行为和起因,是系统状态变化的驱动力。
5.活动(activity):指两个事件之间的持续过程,它标志系统状态的转移。
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模型 计算机仿真三要素及其关系
计算机
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★系统建模与仿真★
2.4 系统仿真的一般步骤
步骤: 1)调研系统,明确问题 2)设立目标,收集数据 3)建立仿真模型 4)编制程序 5)运行模型,计算结果 6)统计分析,进行决策
10
8
★系统建模与仿真★
2.3 计算机仿真
计算机仿真就是采用计算机对数学模型进行仿真实验。 现代的仿真系统主体(包 括硬件和软件)都离不开计算机,计算机仿真 方法主要解决下述两个问题:1)提供计算机能够接受的仿真模型;2)提 供在计算机上运行计算和进行仿真研究的方法。
系统
建立系统模型 仿真试验
建立仿真模型
★系统建模与仿真★
第二章 系统仿真
2.1 系统仿真常用概念:系统、 系统仿真常用概念:系统、模型与仿真
2.1.1 系统 系统是指相互联系又相互作用着的对象的有机组合。划分为: 系统是指相互联系又相互作用着的对象的有机组合。划分为:工程 是指相互联系又相互作用着的对象的有机组合 系统和非工程系统。 系统和非工程系统。 非工程系统:指自然和社会在发展过程中形成的,被人们在长期的 非工程系统:指自然和社会在发展过程中形成的, 生产劳动和社会实践中逐渐认识的系统。例如社会、经济、管理、 生产劳动和社会实践中逐渐认识的系统。例如社会、经济、管理、交 通、生物系统等属于非工程系统。 生物系统等属于非工程系统。 工程系统:指人们为满足某种需要或实现某个预定的功能, 工程系统:指人们为满足某种需要或实现某个预定的功能,利用某 种手段构造而成的系统。工程系统的例子非常多,如机械、电气, 种手段构造而成的系统。工程系统的例子非常多,如机械、电气,动 力、化工、武器系统等。 化工、武器系统等。
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★系统建模与仿真★
模型描述变量的轨迹
模型形式 √ √ √
变量范围 连续 离散
模型的时间集合
空间连续变化模型 空间不连续变化模型
偏微分方程 常微分方程 差分方程 有限状态机 马尔可夫链
连续时间模型
√ √ √ √ √
离散时间模型
离散(变化)模型
活动扫描 事件调度 进程交互
连续时间模型
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根据仿真的研究对象,系统仿真可以分成连续系统仿真和离散事件系 统仿真。 连续系统是指系统的状态随时间连续变化的系统。这里要注意有些连 续系统如数据采集系统的状态数据是在离散时间点上获得的,是非连续 的,但其状态本身则是连续变化的。连续系统的模型可以用一组连续的方 程描述。 离散事件系统的特点是系统的状态变化只在离散的时间点上发生,且发 生时刻往往是随机的,系统的状态变化是由随机事件驱动的。
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2.1.1.1 系统的三个要素 实体:指组成系统的具体对象。 属性:指实体所具有的每一项有效特性。 活动:指随着时间的推移、在系统内部由于各种原因而发生的 变化过程。
2.1.1.2 系统的特点 系统是在不断地运动、发展、变化的;系统不是孤立存在的;系 统在某些条件下是可以分解的。
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根据仿真中所用计算机的类型,计算机仿真又可以分为模拟仿真,数字 仿真和混合仿真。 模拟仿真是基于数学模型相似原理上的一种方法,仿真的主要工具是模 拟计算机,模拟仿真的特点是直观、运算速度快,但精度较差。 数字仿真基于数值计算原理,仿真的主要工具是数字计算机和仿真软 件。数字仿真自动化程度高,具有复杂逻辑判断的能力,而且可以获得较高 的精度。 混合仿真是将模拟仿真和数字仿真相结合的一种方法,仿真的主要工具 是混合计算机系统。混合仿真兼备模拟仿真和数字仿真的优点,可以快速地 进行多次仿真研究,因此特别适用于参数寻优,统计分析等方面的应用,尤 其是在复杂系统的实时仿真方面体现出极大的优越性。
2.1.3 仿真
给出一个系统的数学模型之后,有时用分析手段就直接可以求解系统 有关的信息,但是当不能应用分析法的时候,就需要应用仿真方法求解。
系统是研究对象,模型是系统特性的描述,仿真则包含建立模型及对 模型进行实验两个过程。ຫໍສະໝຸດ 5★系统建模与仿真★
2.2 仿真的分类
根据模型的类型,系统仿真可以分成物理仿真、数学仿真和物理-数 学仿真。 物理仿真:按照真实系统的物理性质构造系统的物理模型,并在物理 模型上进行实验; 数学仿真:而按照真实系统的数学关系构造系统的数学模型,并在数学 模型上进行实验; 物理-数学仿真:把系统的一部分写成数学模型,而另一部部分则构造 其物理模型,然后将它们联接成系统模型进行实验,也称为半实物仿真。 物理仿真的优点是直观且形象化,但建模周期长、花费大。数学仿真的 特点是经济、方便。计算机为数学模型的建立与实验提供了较大的灵活性, 目前数学仿真一般就是在计算机上建立系统的数学模型并进行实验。因此数 学仿真通常也称为计算机仿真。
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2.1.2 模型
定义:为了达到系统研究的目的,用于收集和描述系统有关信息的实体。 模型是对相应的真实对象和真实关系中那些有用的和令人感兴趣的特性的 抽象,是对系统某些本质方面的描述,它以各种可用的形式提供被研究系统的 信息。 模型在所研究系统的某一侧面具有与系统相似的数学描述或物理描 述。从某种意义上说,模型是系统的代表,同时也是对系统的简化。另一方 面,模型应足够详细,以便从模型的实验中取得关于实际系统的有效结论。 一般来说,系统模型的结构具有相似性、简单性、多面性等性质。