第5章 系统模型
合集下载
第5章 系统设计基础
第5讲 系统设计基础 3、体系结构的重要作用 、
第5讲 系统设计基础 4、体系结构风格 、
第5讲 系统设计基础 4、体系结构风格 、
第5讲 系统设计基础 4、体系结构风格 、
第5讲 系统设计基础 4、体系结构风格 、
第5讲 系统设计基础 4、体系结构风格 、
第5讲 系统设计基础 4、体系结构风格 、
第5讲 系统设计基础 2、发展 、 （3）发展基于体系 ） 结构的软件开发模型
（4）软件产品线体系结构的研究 ） 一个产品线代表着一组具有公共的系统需求集的软件系统， 一个产品线代表着一组具有公共的系统需求集的软件系统， 它们都是根据基本的用户需求对标准的产品线构架进行定制， 它们都是根据基本的用户需求对标准的产品线构架进行定制， 将可重用构件与系统独有的部分集成而得到的。 将可重用构件与系统独有的部分集成而得到的。
第5讲 系统设计基础 2、发展 、 框架模型：框架模型与结构模型类似 框架模型与结构模型类似， ◆ 框架模型 框架模型与结构模型类似，但它不太侧重描述结 构的细节而更侧重于整体的结构。 构的细节而更侧重于整体的结构。框架模型主要以一些特殊 的问题为目标建立只针对和适应该问题的结构。 的问题为目标建立只针对和适应该问题的结构。 动态模型：是对结构或框架模型的补充 研究系统的“ 是对结构或框架模型的补充， ◆ 动态模型 是对结构或框架模型的补充，研究系统的“大颗 粒”的行为性质。例如，描述系统的重新配置或演化。动态 的行为性质。例如，描述系统的重新配置或演化。 可能指系统总体结构的配置、 可能指系统总体结构的配置、建立或拆除通信通道或计算的 过程。 过程。 过程模型：研究构造系统的步骤和过程 研究构造系统的步骤和过程。 ◆ 过程模型 研究构造系统的步骤和过程。因而结构是遵循某 些过程脚本的结果。 些过程脚本的结果。 功能模型：认为体系结构是由一组功能构件按层次组成 认为体系结构是由一组功能构件按层次组成， ◆ 功能模型 认为体系结构是由一组功能构件按层次组成，下 层向上层提供服务。可以看作是一种特殊的框架模型。 层向上层提供服务。可以看作是一种特殊的框架模型。
第5章模型预测控制
第5章 模型预测控制
5.3.1.2 反馈校正 为了在模型失配时有效地消除静差，可以在模型预测值ym的基础上 附加一误差项e，即构成反馈校正（闭环预测）。
具体做法：将第k时刻的实际对象的输出测量值与预测模型输出之间 的误差附加到模型的预测输出ym(k+i)上，得到闭环预测模型，用 yp(k+i)表示：
第5章 模型预测控制
5.3.1.3 参考轨迹 为了减少突加设定值时的冲击， 在MAC中，控制系统的期望输出 是由从当前实际输出y(k)出发且向设定值w平滑过渡的一条参考轨迹规 定的。
通常,参考轨迹采用从当前时刻实际输出y(k)出发的一阶指数形式：
第5章 模型预测控制
5.3.1.4 滚动优化 在MAC中，k时刻的优化目标是: 求解未来一组P个控制量，使在未 来P个时刻的预测输出ym(k+i)尽可能接近由参考轨迹所确定期望输 出yr(k+i)。
^
^
ym (k 2) a1 u(k 1) a 2 u(k)
^
^
a3 u(k 1) a N1 u(k N 3)
^
^
^
a N u(k N 2) a N u(k N 1) a N u(k N )
^
^
^
^
ym (k P) a PM 1 u(k M 1) a P u(k) a P1 u(k 1) a N1 u(k N P 1)
05系统工程导论-第5章
25
• 统计分析法 对于那些属于黑箱，但 又不允许直接进行实验观察的系统 (例如非工程系统多数属于此类)， 可以采用信息收集和统计分析的方 法来建造系统模型。
• 混合法 大部分系统模型的构建往往 是上述几种方法综合运用的结果。
26
• 在某种意义下，建造系统模型是一 种艺术：解决系统建模问题必须充 分发挥人的创造性，综合运用各种 科学知识，针对不同的系统对象， 或者建造新模型，或者巧妙地利用 已有的模型，或者改造已有的模型， 这样才能创造出更加适用的系统模 型，而不可能有现成的模式可以照 搬。
29
结构模型可用有向连接图或矩阵来 描述，下图分别用有向图和树图表 示结构模型
30
结构模型具有一下特性： ①结构模型是一种几何模型，可用有 向连接图表示：节点用来表示系统 的实体，而有向边则表示实体间所 存在的关系； ②结构模型是一种以定性分析为主的 模型：通过结构模型，可以分析系 统的要素选择得是否合理，还可以 分析系统要素及其相互关系变化时 对系统总体的影响等问题；
2
对于一个系统来说，一般 都包含三个要素：
• 实体 是指组成系统的具体对象;
• 属性 是指对实体特征的描述，用 特征参数和变量表示;
• 活动 是实体在一段时间内持续进 行的操作或过程。
3
(2) 模型与建模 为进行系统研究，系统模型用来收集 系统有关信息和描述系统有关实体，可 用数学公式、图、表等形式表示。模型 描述形式各异，但都具有共同的特点： •模型是对实际系统的实体和真实关系中 那些有用的和令人感兴趣的特征的模仿 和抽象； •模型是对系统某些本质方面的描述； •模型反映被研究系统中实体、属性、活 动之间的关联，提供被研究系统的描述 信息，体现系统的整体特征。
simulink动态系统建模仿真_第5章
第5章 Simulink仿真设置
5.1.3 交互运行仿真
火龙果整理 uml.org.cn
在仿真运行过程中，用户可以交互式执行某些操作，如： 修改某些仿真参数，包括终止时间、仿真算法和最大步长。
改变仿真算法。
在浮动示波器或Display模块上单击信号线以查看信号。 更改模块参数，但不能改变下面的参数：
Simulink中模型的仿真参数通常在仿真参数对话框内设
置。这个对话框包含了仿真运行过程中的所有设置参数，在 这个对话框内，用户可以设置仿真算法、仿真的起止时间和
误差容限等，还可以定义仿真结果数据的输出和存储方式，
并可以设定对仿真过程中错误的处理方式。 首先选择需要设置仿真参数的模型，然后在模型窗口的 Simulation菜单下选择Configuration Parameters命令，打开 Configuration Parameters对话框，如图5-1所示。
第5章 Simulink仿真设置
火龙果整理 uml.org.cn
图5-1
第5章 Simulink仿真设置
火龙果整理 uml.org.cn
5.1.2 控制仿真执行
Simulink的图形用户接口包括菜单命令和工具条按钮， 如图5-2所示，用户可以用这些命令或按钮启动、终止或暂 停仿真。 若要模型执行仿真，可在模型编辑器的Simulation菜单 上选择Start命令，或单击模型工具条上的“启动仿真”按 钮 。
第5章 基于系统辨识的建模方法
u(0) u(1)
y( N n) u( N 1)
u(1 n) u(2 n) （5.11） u( N n)
式中， θ是待估计的 2n维参数向量； ζ(N)是 N维观测向 量； ε(N) 是 N 维误差向量； Φ(N) 是 N2n 维数据矩阵。 (5.8)式和(5.9)
i 1 N
w( N )e 2 ( N )
用矩阵表示，就是
JW εT ( N )Wε( N )
(5.18)
式中，权矩阵W为N维对角线矩阵，并规定它是个 对称正定阵。 ˆ 加权最小二乘估计量 θ LSW 应满足的方程为
T ˆ Φ T ( N )WΦ( N )θ Φ ( N )Wξ ( N ) LSW
冷水
Q(蒸汽流量) T(出口温度) 热水
热交换过程示意图
选定一模型类（离散差分方程）：
T (k ) a1T (k 1) anT (k n) b1Q(k 1) bnQ(k n) e(k )
和一个等价准则：
J e (k ) T (k ) a1T (k 1)
系统辨识方法的分类如下图所示：
阶跃函数法 脉冲函数法 经典辨识方法（非参数模型辨识） 频率特性法 相关分析法 模型参数辨识 谱分析法 系 最小二乘法 统 现代辨析方法 梯度法 辨 极大似然法 识 差分方程 线性系统 状态方程 模型验前结构的假定 差分方程 非线性系统 模型结构辨识 状态方程 线性（单变量过程为阶次n） 模型结构参数的辨识 非线性（较复杂）
系统工程导论 第五章 系统建模与仿真 第一节系统模型
部的条件变量。针对论证之后的系统目标要求，用一个逻辑的或数学的 表达式，从整体上说明他们之间的结构关系和动态情况。
2）采用模型化技术可以大大简化现实系统或拟建系统的分析过程， 它能把非常复杂的系统的内部和外部关系，经过恰当的抽象、加工、逻 辑推理，变成可以进行准确分析和处理的东西，从而能得到所需要给出 的结论；
1）图式模型——是指用符号、曲线、图表、图形等抽象表现系统 单元之间相互关系的模型。特点：图式模型直观、明了，一眼便可洞察 全局，虽然不能完全用它进行定量分析，但为建立系统的数学模型打下 了基础。
2）模拟模型分为两类：一类为实体模拟模型，一类为计算机模拟模 型。实体模拟模型也称为物理模拟模型，它是指用一种原理上相似，而 求解或控制容易的系统，代替或描述真实系统。计算机模拟模型是指用 计算机操作而根据特定的程序语言描述真实系统的模型（数学模拟）
（2）经济上的考虑。对大型复杂系统直接进行实验其成本是十分昂 贵的，采用系统模型就便宜多了。
（3）安全上的考虑。对有些系统直接进行实验非常危险，有时根本 不允许。
（4）时间上的考虑。对于社会、经济、生态等系统，它们的惯性大， 反应周期长，使用系统模型进行分析、评价，很快就能得到结果。
（5）系统模型容易操作，分析结果易于理解。
外在的影响并对一些过程作合理的简化。
5.1系统模型
5.1.2建立系统模型的必要性
2）采用模型化技术可以大大简化现实系统或拟建系统的分析过程， 它能把非常复杂的系统的内部和外部关系，经过恰当的抽象、加工、逻 辑推理，变成可以进行准确分析和处理的东西，从而能得到所需要给出 的结论；
1）图式模型——是指用符号、曲线、图表、图形等抽象表现系统 单元之间相互关系的模型。特点：图式模型直观、明了，一眼便可洞察 全局，虽然不能完全用它进行定量分析，但为建立系统的数学模型打下 了基础。
2）模拟模型分为两类：一类为实体模拟模型，一类为计算机模拟模 型。实体模拟模型也称为物理模拟模型，它是指用一种原理上相似，而 求解或控制容易的系统，代替或描述真实系统。计算机模拟模型是指用 计算机操作而根据特定的程序语言描述真实系统的模型（数学模拟）
（2）经济上的考虑。对大型复杂系统直接进行实验其成本是十分昂 贵的，采用系统模型就便宜多了。
（3）安全上的考虑。对有些系统直接进行实验非常危险，有时根本 不允许。
（4）时间上的考虑。对于社会、经济、生态等系统，它们的惯性大， 反应周期长，使用系统模型进行分析、评价，很快就能得到结果。
（5）系统模型容易操作，分析结果易于理解。
外在的影响并对一些过程作合理的简化。
5.1系统模型
5.1.2建立系统模型的必要性
第5章 系统工程-结构模型ISM
结构模型ISM(Interpretive Structure Model )
邻接矩阵的数学形式 （图论－矩阵）（见后面） 设系统S 有n 个元素， S=［e 1、e 2、…e n ］ 则邻接矩阵
A = 111112
1122122
2112
121
2
n n n n n nn n
S e a a a S e a a a S e a a a n
S S S e e
e ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦
1 当S i 对Sj 有影响 其中各元素 a ij ＝
0 当S i 对Sj 无影响
这是布尔矩阵，应遵循布尔矩阵运算规则
①逻辑和 AUB ＝C （C 为布尔矩阵对应元素）
c ij
a ij U
b ij
max {}
,ij ij a b
②逻辑乘 A B ＝C （C 为布尔矩阵对应元素） cij
aij
bij
min {},aij bij
③A 和B 乘积 AB=D d ij a i1 b 1j a 12b 2j …
{}in nj
ik kj i11j i22j in nj 1
a b a b =max min(a ,b ),min(a ,b ),
,min(a ,b )n k =
邻接矩阵的性质
①邻接矩阵与系统结构模型图一一对应
1
2
3
4
5
123450000010000100100010000100e e e e e e e e e e ⎡⎤
⎢⎥⎢⎥⎢⎥
⎢⎥
⎢⎥⎢⎥⎣⎦
③邻接矩阵A 转置后的A T 是与A 相应的结构模型图
箭头反过来后的图的相应的邻接矩阵
010001010⎡⎤
⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦
123
123000101010e e e e e e ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦
第五章 物流系统建模
哈佛大学的物流系统模拟模型。（一种采用逐次逼 近法的模拟模型） 目标：按照一定的步骤确定物流网络的构造和策略。 求利润最大解。
考虑的因素：物流服务和物流费用。
决策变量：流通中心的数目和地点；装卸设备；运 输和发送手段；库存水平。
（4）概念模型
概念模型是通过人们的经验、知识和直觉形 成的。
这种模型往往最为抽象，即在缺乏资料的情 况下，凭空构想一些资料、建立初始模型，再逐 渐扩展而成。 概念模型在形式上可以是思维的、字句的或 描述的。
（3）混合制
1）等待空间有限 2）等待时间有限 3）逗留时间有限
3、服务机构 由于顾客的情况不同，服务所需时间T也不同，因此 服务时间T是一个随机变量。
4、主要数量指标
队伍长度 逗留时间和等待时间 服务台的利用率 顾客损失率
(三)库存控制模型 库存控制要解决3个主要问题：
确定库存检查周期
解释现实问题
建模就是将现实世界中的系统原型概括形成模型 分析模型得出结论 利用结论来解释现实问题 与现实进行比较，重新认识现实，修改模型
模型：模型是对真实系统的特征及其变化规律的一种 表示或抽象，而且往往是对系统中那些所要研究的特 征的抽象。它与某种确定的形式（如文字、符号、图 标、数学公式等）提供关于该系统的某一方面的知识。
根据本题的要求，用推理分析法可以得出： 从仓库P（x,y）到用料点Pi(xi,yi)运输距离为： （两点间的距离公式）
物流工程管理物流系统仿真技术第五章
2）典型排队问题模型
排队论是运筹学的一个分支，也被称为随机服务系统理 论。排队论主要研究各种系统的排队队长、排队等待时 间及所提供服务等参数，以便求得更好的服务。
研究排队问题实质上就是研究如何平衡等待时间与服务 台空闲时间，即如何确定一个排队系统，使服务台效率 要高，实体等待时间又不太长。
例：理发馆系统
还有一些用于系统(特别是社会经济和管理系统) 仿真的特殊而有效的方法，如系统动力学方法、 蒙特卡洛法等。
系统动力学是一种连续系统仿真技术，研究对象主要是 复杂的社会经济系统和生态系统，以及一些可以用一阶 微分方程组描述的系统。
通过建立系统动力学模型(系统结构框图、因果关系图、 流图等)、利用DYNAMO仿真语言在计算机上实现对真实 系统的仿真实验，从而研究系统结构、功能和行为之间 的动态关系。
（1）集中参数系统数字仿真算法 （2）分布参数系统数字仿真算法 （3）离散事件系统数字仿真算法
2）仿真软件
仿真软件可提供基本的功能元素，使仿真的编程工作大 大简化，常见的有Automod、Witness、eM-Plant、 Flexim、Racl等。
3.仿真结果的处理
根据流程运行结果，进行系统是否存在“瓶颈”，流程 是否畅通，物流量是否能满足要求。
问题一的求解方法：
1. 产生均匀分布随机数 0.00～0.99（100个），某个数 字出现的概率相等。若产生1000个这样的数，则
第5章 系统模型
活动图：表示一个过程或数据处理中所涉及的
活动 用例图：表示系统和它所处环境之间的交互 时序图：表示参与者和系统之间以及系统各部 分之间的交互 类图：表示系统中对象类以及这些类之间的联 系 状态图：表示系统是如何响应内部和外部事件 的
静态建模 动态建模
5.1 上下文模型
上下文模型示出了要建模的系统在整个 环境中与其他系统和过程间的位置关系。上 下文模型定义了系统的边界。体系结构模型、 过程模型可以作为上下文模型。
练习：按如下格式完成“还书”用例描述
用例名称 说明 参与者 频率 前置条件 后置条件 假设 基本操作流程 可选操作流程 修改历史记录 还书
说明
用例描述让用例变得更加完整， 没有用例描述的用例是没有什么意义的。
5.2.2 序列图
序列模（Sequence Diagram）型给出在 系统中参与者和对象之间的交互，用于对动 态行为建模。
关系
用例1
主角1
3 用例描述
3 用例描述
在描述用例时，可以用文字来描述，也可以用其他图
形来描述，例如，顺序图等等。 名称：名称无疑应该表明用户的意图或用例的用途， 如“研究班招生”。 标识符 [可选]：唯一标识符，如 "UC1701"，在项目的 其他元素（如类模型）中可用它来引用这个用例。 说明：概述用例的几句话。 参与者 [可选]：与此用例相关的参与者列表。尽管这 则信息包含在用例本身中，但在没有用例图时，它有 助于增加对该用例的理解。 频率：参与者访问此用例的频率。这是一个自由式问 题，如用户每次登录访问一次或每月一次。
活动 用例图：表示系统和它所处环境之间的交互 时序图：表示参与者和系统之间以及系统各部 分之间的交互 类图：表示系统中对象类以及这些类之间的联 系 状态图：表示系统是如何响应内部和外部事件 的
静态建模 动态建模
5.1 上下文模型
上下文模型示出了要建模的系统在整个 环境中与其他系统和过程间的位置关系。上 下文模型定义了系统的边界。体系结构模型、 过程模型可以作为上下文模型。
练习：按如下格式完成“还书”用例描述
用例名称 说明 参与者 频率 前置条件 后置条件 假设 基本操作流程 可选操作流程 修改历史记录 还书
说明
用例描述让用例变得更加完整， 没有用例描述的用例是没有什么意义的。
5.2.2 序列图
序列模（Sequence Diagram）型给出在 系统中参与者和对象之间的交互，用于对动 态行为建模。
关系
用例1
主角1
3 用例描述
3 用例描述
在描述用例时，可以用文字来描述，也可以用其他图
形来描述，例如，顺序图等等。 名称：名称无疑应该表明用户的意图或用例的用途， 如“研究班招生”。 标识符 [可选]：唯一标识符，如 "UC1701"，在项目的 其他元素（如类模型）中可用它来引用这个用例。 说明：概述用例的几句话。 参与者 [可选]：与此用例相关的参与者列表。尽管这 则信息包含在用例本身中，但在没有用例图时，它有 助于增加对该用例的理解。 频率：参与者访问此用例的频率。这是一个自由式问 题，如用户每次登录访问一次或每月一次。
系统工程学(第五章)
2
1 系统仿真的概念
“仿真”一有时也译作“模拟”，是“模仿 真实世界”的意思。 仿真（simulatin）： ISO（国际标准组织）：仿真即用另一数据 处理系统，主要是用硬件来全部或部分地模 仿某一数据处理系统，以致于模仿的系统能 像被模仿的系统一样接受同样的数据、执行 同样的程序，获得同样的结果。 模拟（Simulation）： ISO（国际标准组织）：模拟即选取一个物 理的或抽象的系统的某些行为特征，用另一 系统来表示它们的过程。 3
6
计算机仿真语言
计算机仿真语言是具有适应系统仿真需要特 点的，以问题为基础的计算机程序语言。到 目前为止，主要的仿真语言有: CSSL,CSMP,DYAMO,GPASS,SLAM等等。 它们主要用在管理学方面。
7
3 系统仿真类型介绍
仿真类型 模型类型 物理仿真 物理模型 (模拟仿真） 半物理仿 物理－数 真(混合仿 学模型 真) 计算机仿 真(数字仿 问题 真) 数学模型 计算机类 型 模拟计算 机 混合计算 机 经济性 费用很高
16
基于归纳学习的方法
归纳推理法是定性仿真的一个新方向，它起源于 通用系统理论，主要利用其中的通用系统问题求 解（General System Problem Solve）技术。 输入尽可能多的行为，通过归纳学习的方式，构 造系统的定性模型，进行仿真研究。 优势：它完全不需要对象系统的结构信息，不需 要预先提供任何模型。 缺陷：这种方法需要采集大量的数据并处理和维 护；而且，由于现实条件的限制，不能保证归纳 的完备性。
1 系统仿真的概念
“仿真”一有时也译作“模拟”，是“模仿 真实世界”的意思。 仿真（simulatin）： ISO（国际标准组织）：仿真即用另一数据 处理系统，主要是用硬件来全部或部分地模 仿某一数据处理系统，以致于模仿的系统能 像被模仿的系统一样接受同样的数据、执行 同样的程序，获得同样的结果。 模拟（Simulation）： ISO（国际标准组织）：模拟即选取一个物 理的或抽象的系统的某些行为特征，用另一 系统来表示它们的过程。 3
6
计算机仿真语言
计算机仿真语言是具有适应系统仿真需要特 点的，以问题为基础的计算机程序语言。到 目前为止，主要的仿真语言有: CSSL,CSMP,DYAMO,GPASS,SLAM等等。 它们主要用在管理学方面。
7
3 系统仿真类型介绍
仿真类型 模型类型 物理仿真 物理模型 (模拟仿真） 半物理仿 物理－数 真(混合仿 学模型 真) 计算机仿 真(数字仿 问题 真) 数学模型 计算机类 型 模拟计算 机 混合计算 机 经济性 费用很高
16
基于归纳学习的方法
归纳推理法是定性仿真的一个新方向，它起源于 通用系统理论，主要利用其中的通用系统问题求 解（General System Problem Solve）技术。 输入尽可能多的行为，通过归纳学习的方式，构 造系统的定性模型，进行仿真研究。 优势：它完全不需要对象系统的结构信息，不需 要预先提供任何模型。 缺陷：这种方法需要采集大量的数据并处理和维 护；而且，由于现实条件的限制，不能保证归纳 的完备性。
第5章二阶多智能体机器人系统
02×2
2
6
5.1 二阶机器人系统模型
接下来构建2维 个的多智能体系统。
令=
=
=
1T
2T
T
T T ，
⋯
T
，
=
T T ，
1T
=
2T
⋯
T T ，
T
，
= 1T
=
T
，
2T
⋯
T T ，
= 1,2, ⋯ , ，那么基于式 (5-5)，可以得到多智能体系
且仅当满足如下条件时，劳斯判据表明式 (5-16) 是渐进稳定的。
2
>
Im2 −Re2
−Re | |2
(5-21)
其中 Im 表示特征值的虚部。
综上，系统渐进稳定的条件为
2
>
Im2 −Re2
max
−Re | |2
, = 1,2, ⋯ ,
令 = T
T
= 1
2
T ，
= 1
⋯
T
2
⋯
， = 1
2
T，
⋯
T
，
其中 为系统中智能体的数量。
由前文的分析可知，系统的状态空间表达式为
第5章 模型库及其管理系统
应用(Application)模型和研究 应用(Application)模型和研究(Research)模型 模型和研究(Research)模型
前者主要倾向于应用推广 因而具有便于使用、 前者 主要倾向于应用推广 ， 因而具有便于使用 、 较粗放和 主要倾向于应用推广， 主要用于科研， 应用方向比较单一的特点；后者 主要用于科研 ， 对其机理性要 应用方向比较单一的特点 ； 后者主要用于科研 求较高，因而具有操作复杂、参数较多、灵敏度高的特点。 求较高，因而具有操作复杂、参数较多、灵敏度高的特点。
3
性的抽象描述，以揭示系统的功能、 性的抽象描述，以揭示系统的功能、行为及其变化规 律。
第 五 章 模 型 库 及 其 管 理 系 统
在决策活动中， 在决策活动中，实体就是所要解决的问题及 该问题的环境。 该问题的环境。决策模型就是对问题状态和相应 对策方案之间关系的描述。 对策方案之间关系的描述。 模型是研究复杂实体的一种手段， 模型是研究复杂实体的一种手段，利用这一 手段，可以认识实体的本质和规律，以改造、 手段，可以认识实体的本质和规律，以改造、适 应和推动实体的发展。 应和推动实体的发展。
实质是将数据转换成辅助决策信息的工具， 实质是将数据转换成辅助决策信息的工具，人 是将数据转换成辅助决策信息的工具 们通过对模型的认识来增加对农业生产过程的理解。 们通过对模型的认识来增加对农业生产过程的理解 。
计算机仿真(第5章 离散事件系统仿真)
第5章 离散事件系统仿真 章
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY
• 系统 （时间基；输入集；输入段集；内部状态 系统S=（时间基；输入集；输入段集； 状态转移函数；输出集；输出函数（ 集；状态转移函数；输出集；输出函数（输出段 集）） • 时间基是描述系统变化的时间坐标， 时间基是描述系统变化的时间坐标， T为整数则称为离散时间系统； 为整数则称为离散时间系统； 为整数则称为离散时间系统 T为实数则称为连续时间系统 T为实数则称为连续时间系统。 为实数则称为连续时间系统。 • 对于离散事件系统，系统中的状态只是在离散时 对于离散事件系统， 间点上发生变化， 间点上发生变化，而且这些离散时间点一般是不 确定的。如理发店系统、订票系统、库存系统、 确定的。如理发店系统、订票系统、库存系统、 交通控制系统等。 交通控制系统等。
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY
4．属性 ．
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY
• 属性：属性反映实体的某些性质，是实体特征的 属性：属性反映实体的某些性质， 描述，用特征参数或变量表示，它可以是文字型、 描述，用特征参数或变量表示，它可以是文字型、 数字型或逻辑型。 数字型或逻辑型。选用哪些特征参数作为实体的 属性与建模目的有关。 属性与建模目的有关。 • 选取原则： 选取原则： （1）便于实体的分类。 ）便于实体的分类。 （2）便于实体行为的描述。 ）便于实体行为的描述。 （3）便于排队规则的确定。 ）便于排队规则的确定。
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY
• 系统 （时间基；输入集；输入段集；内部状态 系统S=（时间基；输入集；输入段集； 状态转移函数；输出集；输出函数（ 集；状态转移函数；输出集；输出函数（输出段 集）） • 时间基是描述系统变化的时间坐标， 时间基是描述系统变化的时间坐标， T为整数则称为离散时间系统； 为整数则称为离散时间系统； 为整数则称为离散时间系统 T为实数则称为连续时间系统 T为实数则称为连续时间系统。 为实数则称为连续时间系统。 • 对于离散事件系统，系统中的状态只是在离散时 对于离散事件系统， 间点上发生变化， 间点上发生变化，而且这些离散时间点一般是不 确定的。如理发店系统、订票系统、库存系统、 确定的。如理发店系统、订票系统、库存系统、 交通控制系统等。 交通控制系统等。
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY
4．属性 ．
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY
• 属性：属性反映实体的某些性质，是实体特征的 属性：属性反映实体的某些性质， 描述，用特征参数或变量表示，它可以是文字型、 描述，用特征参数或变量表示，它可以是文字型、 数字型或逻辑型。 数字型或逻辑型。选用哪些特征参数作为实体的 属性与建模目的有关。 属性与建模目的有关。 • 选取原则： 选取原则： （1）便于实体的分类。 ）便于实体的分类。 （2）便于实体行为的描述。 ）便于实体行为的描述。 （3）便于排队规则的确定。 ）便于排队规则的确定。
第5章模型预测控制
第5章 模型预测控制
如果当前及未来时刻的控制增量为
目标函数可取为：
一、单步预测、单步控制MAC，即预测时域为P =1, 控制时域为M＝1.
(i) 开环预测控制：
^
N^
yr (k 1) ym (k 1) h1 u(k) h j u(k 1 j)
j2
(ii) 闭环预测控制：
单步优化MAC的特点: 算法简单, 但 不适用于有时滞或非最小相位对 象.
每到一个新的采样时刻，都要根据最新实测数据对前一时刻的过程 输出预测序列作出校正，或基于不变模型的预测输出进行修正，或对 基础模型进行在线修正，然后再进行新的优化。
不断根据系统的实际输出对预测输出值作出修正，使滚动优化不但 基于模型，而且利用了反馈信息，构成闭环优化。
第5章 模型预测控制
5.3 预测控制基本算法
2. 动态矩阵控制（DMC）的产生：
动态矩阵控制(DMC, Dynamic Matrix Control)于1974年应用在美国壳牌石 油公司的生产装置上，并于1980年由Culter等在美国化工年会上公开发表，
3. 广义预测控制（GPC）的产生：
1987年，Clarke等人在保持最小方差自校正控制的在线辨识、输出预测、 最小方差控制的基础上，吸取了DMC和MAC中的滚动优化策略，基于参数 模型提出了兼具自适应控制和预测控制性能的广义预测控制算法。
通信原理及System View仿真测试第5章 模拟调制系统
图5-18 AM已调信号频谱
第5章 模拟调制系统
调制信号和已调信号频谱的比较如图5-19所示。 由图 可见， 与调制度为0.1时相比， 边带功率分量增加了， 即提 高了调制效率。
图5-19 调制信号和已调信号功率谱的比较
第5章 模拟调制系统
③ 调制度为1.0时， DSB-AM调制器参数设置如图5-20所示。
第5章 模拟调制系统
图5-15 调制信号和已调信号的功率谱比较
第5章 模拟调制系统
② 调制度为0.5时， DSB-AM调制器参数设置如图5-16所示。
图5-16 AM调制器参数设置
第5章 模拟调制系统
已调信号波形和频谱分别如图5-17和图5-18所示。
图5-17 AM已调信号波形
第5章 模拟调制系统
第5章 模拟调制系统
图5-25 AM信号的包络检波法解调仿真电路原理图
第5章 模拟调制系统
调制信号和载波信号分别如图5-26和图5-27所示。
图5-26 调制信号
第5章 模拟调制系统
图5-27 载波信号
第5章 模拟调制系统
已调信号波形和频谱分别如图5-28和图5-29所示。
图5-28 AM已调输出信号波形
第5章 模拟调制系统
图5-29 AM已调信号的频谱
第5章 模拟调制系统
AM信号经包络检波后， 解调输出信号波形如图5-30所 示。 与图5-26所示的调制信号对比， 可发现两者都是单频 正弦信号， 而且频率相同， 可认为无失真恢复了原始调制 信号。
第5章 模拟调制系统
调制信号和已调信号频谱的比较如图5-19所示。 由图 可见， 与调制度为0.1时相比， 边带功率分量增加了， 即提 高了调制效率。
图5-19 调制信号和已调信号功率谱的比较
第5章 模拟调制系统
③ 调制度为1.0时， DSB-AM调制器参数设置如图5-20所示。
第5章 模拟调制系统
图5-15 调制信号和已调信号的功率谱比较
第5章 模拟调制系统
② 调制度为0.5时， DSB-AM调制器参数设置如图5-16所示。
图5-16 AM调制器参数设置
第5章 模拟调制系统
已调信号波形和频谱分别如图5-17和图5-18所示。
图5-17 AM已调信号波形
第5章 模拟调制系统
第5章 模拟调制系统
图5-25 AM信号的包络检波法解调仿真电路原理图
第5章 模拟调制系统
调制信号和载波信号分别如图5-26和图5-27所示。
图5-26 调制信号
第5章 模拟调制系统
图5-27 载波信号
第5章 模拟调制系统
已调信号波形和频谱分别如图5-28和图5-29所示。
图5-28 AM已调输出信号波形
第5章 模拟调制系统
图5-29 AM已调信号的频谱
第5章 模拟调制系统
AM信号经包络检波后， 解调输出信号波形如图5-30所 示。 与图5-26所示的调制信号对比， 可发现两者都是单频 正弦信号， 而且频率相同， 可认为无失真恢复了原始调制 信号。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2
什么是模型？
模型是系统的抽象视图，它忽略了系统 中的所有细节。辅助模型的开发能够反映系 统中不同的信息。
3
描画系统模型
▪ 系统模型描画在纸上，是平面的；但思维则是 多维的，需要从几个不同的视角出发：
1.从外部来看，对系统环境建模，即描述系统的“上 下文” 。
2.从交互上看，它是对系统与环境之间或是一个系统 各组成部分之间的交互建模。
▪ 名称：名称无疑应该表明用户的意图或用例的用途， 如“研究班招生”。
▪ 标识符 [可选]：唯一标识符，如 "UC1701"，在项目的 其他元素（如类模型）中可用它来引用这个用例。
▪ 说明：概述用例的几句话。 ▪ 参与者 [可选]：与此用例相关的参与者列表。尽管这
则信息包含在用例本身中，但在没有用例图时，它有 助于增加对该用例的理解。
13
5.2.1 用例模型
▪ 用例图用于定义系统的功能需求，它描述 了系统的参与者与系统提供的用例之间的 关系。
▪ 参与着可以是人，可以是另外一个系统。 ▪ 用例图仅仅从使用者的角度描述系统中的
信息
1 参与者
▪ 参与者（Actor）是系统外部
的一个实体（可以是任何的
事物或人），它以某种方式
参与了用例的执行过程。参
统外部的！！ 3. 说明外部要素与系统之间的关系；
10
上下文模型示例： MHC-PMS系统的上下文模型
5.2 交互建模
所有的系统都会涉及到交互，有可能是 用户交互，与用户的输入有关，有可能是正 在开发的系统与其它系统之间的交互，或者 是组成系统的各个组成部分之间交互。交互 图的描述是为了更好的识别用户的需求。
识别用例
▪ 识别用例最好的办法就是从分析系统的参 与者开始，考虑每个参与者是怎样使用系 统。使用这种策略的过程中可能会找出一 个新的参与者，这对完善整个系统建模很 有帮助。
识别用例时有用的几个问题
▪ 在识别用例的过程中，通过以下的几个问题可以 帮助识别用例：
▪ （1）特定参与者希望系统提供什么功能？ ▪ （2）系统是否存储和检索信息？如果是，这个行
Leabharlann Baidu
练习
▪ 识别“超市进销存管理系统”中的参与者
2 用例
▪ 用例是一组连续的操作，当用户使用系统来完成某个 过程时出现，它是外部可见的系统功能单元。通过将 这些不同功能单元的组合，就构成了对系统总体需求 的描述。
▪ 用例要点: 1.位于系统 --必须由系统运行 2.目标导向 --用例运行必须有所目的 3.止于边界 --可以观测到结果,并且是在边界和外部 有所交互的 4.用户观点 --参与者观测 5.粒度 --是一组有共同目标或者可以类聚的目标的 实例组成
系 ▪ 状态图：表示系统是如何响应内部和外部事件
的
▪ 静态建模 动态建模
5.1 上下文模型
上下文模型示出了要建模的系统在整个 环境中与其他系统和过程间的位置关系。上 下文模型定义了系统的边界。体系结构模型、 过程模型可以作为上下文模型。
7
上下文模型示例1：ATM系统
系统边界
ATM系统上下文
8
上下文模型是什么意思？
为由哪个参与者触发? ▪ （3）当系统改变状态时，通知参与者吗？ ▪ （4）存在影响系统的外部事件吗？ ▪ （5）是哪个参与者通知系统这些事件？（系统需
要什么样的输入输出）
用例识别练习
ATM自动柜员机系统是由计算机控制的 银行自动出纳系统，主要服务于活期储蓄， 实现客户自助服务的电子化设备。通过UML 对ATM自动取款机建模，实现查询余额、取 款、存款、转账、更改密码等业务，根据 需求还可以进一步扩展具体功能。
与者通过向系统输入或请求
系统输入某些事件来触发系
统的执行。参与者由他们参
与用例时所担当的角色来代
主角1
表。
识别参与者
参与者（Actor）是系统外部的一个实体，他们不是 系统的组成部分。回答如下问题，可以帮助建模人 员发现参与者。 ▪ 系统的主要客户是谁 ？ ▪ 谁借助于系统完成日常工作？ ▪ 谁来维护和管理系统，保证系统的正常运行？ ▪ 系统控制的硬件设置有那些？ ▪ 系统需要和其它系统进行交互吗？ ▪ 在预定的时刻，是否有预定的事件发生？ ▪ 系统从什么地方获取信息？
▪ 注意：上下文模型的意图在于说清“系统的环境 是什么”，说不清的（不确定的）就通过讨论来 逐渐明确。
所谓“系统的环境是什么”——即从系统外部对系统的 输入开始，直到系统处理之后对系统外部的响应，此过 程的结构化描述。
9
上下文模型的建模方法
▪ 具体的建模（描述）方法
1. 对系统命名，表示出确定的系统边界； 2. 标识系统外部的所有参与要素；——注意，是系
3.从结构上看，对系统的体系结构和系统处理的数据 的结构建模。
4.从行为上看，对系统的行为建模，即描述系统的动 态行为和它对事件的响应方式的建模。
4
常见的软件系统模型
▪ 上下文模型 ▪ 交互模型
1 用例建模，2 时序图
▪ 结构模型
1 类图，2 泛化，3 聚合
▪ 行为模型
1 数据驱动的建模，2 事件驱动模型
第五章 系统建模（System models）
1
学习引导
▪ 本章介绍一系列不同的系统模型，这些模型是在 需求工程和系统设计过程中必须建立有用工具。
▪ 主要内容：
理解如何用图形模型来表示软件系统； 理解不同类型的模型以及基本的系统建模角度，如上下
文、交互、结构和行为等； 统一建模语言（UML）中定义的符号及其建模应用；
▪ 用例与参与者之间的连线称为关系，关系也称 为关联或通信关联，它表示参与者与用例之间 的通信。一般情况下，不用带箭头的直线表示 信息流动的方向，因为信息流动是双向的。
▪ 如果使用箭头，则特意的表示信息的发起者或 接受者；
关系
主角1
用例1
3 用例描述
3 用例描述
▪ 在描述用例时，可以用文字来描述，也可以用其他图 形来描述，例如，顺序图等等。
UML（Unified Modeling Language）统一建模语言 已经成为描述面向对象软件系统的标准建模语言
常见的软件系统模型
▪ 活动图：表示一个过程或数据处理中所涉及的 活动
▪ 用例图：表示系统和它所处环境之间的交互 ▪ 时序图：表示参与者和系统之间以及系统各部
分之间的交互 ▪ 类图：表示系统中对象类以及这些类之间的联
什么是模型？
模型是系统的抽象视图，它忽略了系统 中的所有细节。辅助模型的开发能够反映系 统中不同的信息。
3
描画系统模型
▪ 系统模型描画在纸上，是平面的；但思维则是 多维的，需要从几个不同的视角出发：
1.从外部来看，对系统环境建模，即描述系统的“上 下文” 。
2.从交互上看，它是对系统与环境之间或是一个系统 各组成部分之间的交互建模。
▪ 名称：名称无疑应该表明用户的意图或用例的用途， 如“研究班招生”。
▪ 标识符 [可选]：唯一标识符，如 "UC1701"，在项目的 其他元素（如类模型）中可用它来引用这个用例。
▪ 说明：概述用例的几句话。 ▪ 参与者 [可选]：与此用例相关的参与者列表。尽管这
则信息包含在用例本身中，但在没有用例图时，它有 助于增加对该用例的理解。
13
5.2.1 用例模型
▪ 用例图用于定义系统的功能需求，它描述 了系统的参与者与系统提供的用例之间的 关系。
▪ 参与着可以是人，可以是另外一个系统。 ▪ 用例图仅仅从使用者的角度描述系统中的
信息
1 参与者
▪ 参与者（Actor）是系统外部
的一个实体（可以是任何的
事物或人），它以某种方式
参与了用例的执行过程。参
统外部的！！ 3. 说明外部要素与系统之间的关系；
10
上下文模型示例： MHC-PMS系统的上下文模型
5.2 交互建模
所有的系统都会涉及到交互，有可能是 用户交互，与用户的输入有关，有可能是正 在开发的系统与其它系统之间的交互，或者 是组成系统的各个组成部分之间交互。交互 图的描述是为了更好的识别用户的需求。
识别用例
▪ 识别用例最好的办法就是从分析系统的参 与者开始，考虑每个参与者是怎样使用系 统。使用这种策略的过程中可能会找出一 个新的参与者，这对完善整个系统建模很 有帮助。
识别用例时有用的几个问题
▪ 在识别用例的过程中，通过以下的几个问题可以 帮助识别用例：
▪ （1）特定参与者希望系统提供什么功能？ ▪ （2）系统是否存储和检索信息？如果是，这个行
Leabharlann Baidu
练习
▪ 识别“超市进销存管理系统”中的参与者
2 用例
▪ 用例是一组连续的操作，当用户使用系统来完成某个 过程时出现，它是外部可见的系统功能单元。通过将 这些不同功能单元的组合，就构成了对系统总体需求 的描述。
▪ 用例要点: 1.位于系统 --必须由系统运行 2.目标导向 --用例运行必须有所目的 3.止于边界 --可以观测到结果,并且是在边界和外部 有所交互的 4.用户观点 --参与者观测 5.粒度 --是一组有共同目标或者可以类聚的目标的 实例组成
系 ▪ 状态图：表示系统是如何响应内部和外部事件
的
▪ 静态建模 动态建模
5.1 上下文模型
上下文模型示出了要建模的系统在整个 环境中与其他系统和过程间的位置关系。上 下文模型定义了系统的边界。体系结构模型、 过程模型可以作为上下文模型。
7
上下文模型示例1：ATM系统
系统边界
ATM系统上下文
8
上下文模型是什么意思？
为由哪个参与者触发? ▪ （3）当系统改变状态时，通知参与者吗？ ▪ （4）存在影响系统的外部事件吗？ ▪ （5）是哪个参与者通知系统这些事件？（系统需
要什么样的输入输出）
用例识别练习
ATM自动柜员机系统是由计算机控制的 银行自动出纳系统，主要服务于活期储蓄， 实现客户自助服务的电子化设备。通过UML 对ATM自动取款机建模，实现查询余额、取 款、存款、转账、更改密码等业务，根据 需求还可以进一步扩展具体功能。
与者通过向系统输入或请求
系统输入某些事件来触发系
统的执行。参与者由他们参
与用例时所担当的角色来代
主角1
表。
识别参与者
参与者（Actor）是系统外部的一个实体，他们不是 系统的组成部分。回答如下问题，可以帮助建模人 员发现参与者。 ▪ 系统的主要客户是谁 ？ ▪ 谁借助于系统完成日常工作？ ▪ 谁来维护和管理系统，保证系统的正常运行？ ▪ 系统控制的硬件设置有那些？ ▪ 系统需要和其它系统进行交互吗？ ▪ 在预定的时刻，是否有预定的事件发生？ ▪ 系统从什么地方获取信息？
▪ 注意：上下文模型的意图在于说清“系统的环境 是什么”，说不清的（不确定的）就通过讨论来 逐渐明确。
所谓“系统的环境是什么”——即从系统外部对系统的 输入开始，直到系统处理之后对系统外部的响应，此过 程的结构化描述。
9
上下文模型的建模方法
▪ 具体的建模（描述）方法
1. 对系统命名，表示出确定的系统边界； 2. 标识系统外部的所有参与要素；——注意，是系
3.从结构上看，对系统的体系结构和系统处理的数据 的结构建模。
4.从行为上看，对系统的行为建模，即描述系统的动 态行为和它对事件的响应方式的建模。
4
常见的软件系统模型
▪ 上下文模型 ▪ 交互模型
1 用例建模，2 时序图
▪ 结构模型
1 类图，2 泛化，3 聚合
▪ 行为模型
1 数据驱动的建模，2 事件驱动模型
第五章 系统建模（System models）
1
学习引导
▪ 本章介绍一系列不同的系统模型，这些模型是在 需求工程和系统设计过程中必须建立有用工具。
▪ 主要内容：
理解如何用图形模型来表示软件系统； 理解不同类型的模型以及基本的系统建模角度，如上下
文、交互、结构和行为等； 统一建模语言（UML）中定义的符号及其建模应用；
▪ 用例与参与者之间的连线称为关系，关系也称 为关联或通信关联，它表示参与者与用例之间 的通信。一般情况下，不用带箭头的直线表示 信息流动的方向，因为信息流动是双向的。
▪ 如果使用箭头，则特意的表示信息的发起者或 接受者；
关系
主角1
用例1
3 用例描述
3 用例描述
▪ 在描述用例时，可以用文字来描述，也可以用其他图 形来描述，例如，顺序图等等。
UML（Unified Modeling Language）统一建模语言 已经成为描述面向对象软件系统的标准建模语言
常见的软件系统模型
▪ 活动图：表示一个过程或数据处理中所涉及的 活动
▪ 用例图：表示系统和它所处环境之间的交互 ▪ 时序图：表示参与者和系统之间以及系统各部
分之间的交互 ▪ 类图：表示系统中对象类以及这些类之间的联