系统建模与仿真的基本原理.95页PPT
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系统建模与仿真讲义
模型参数确定
通过实验或经验数据，确定数学模 型的参数值。
03
02
建立数学模型
根据系统特性，选择合适的数学模 型描述系统的动态行为。
模型验证与修正
对建立的数学模型进行验证，并根 据实际需求进行必要的修正。
04
仿真实验设计与分析
实验方案设计
根据仿真目标，设计合理的实验方案，包括 实验条件、输入输出等。
概率模型
概率分布
概率分布是描述随机事件发生可能性的数学工具，常见的概率分布有二项分布、 泊松分布、正态分布等。
随机过程
随机过程是描述一系列随机事件随时间变化的模型，例如马尔科夫链和泊松过程 等。
03
系统仿真基础
仿真模型的建立与实现
01
确定系统边界
明确仿真目标，确定系统边界，将 系统划分为可管理的子系统。
系统建模与仿真讲义
汇报人： 日期:
目录
• 系统建模概述 • 数学建模基础 • 系统仿真基础 • 仿真技术的应用 • 系统建模与仿真的挑战与未来
发展
01
系统建模概述
定义与目的
定义
系统建模是对真实系统进行抽象、简 化和描述的过程，通过数学、逻辑和 图形等工具来表示系统的结构、行为 和性能。
目的
系统建模的目的是为了更好地理解、 分析和预测系统的行为，为系统设计 、优化和控制提供依据。
模型改进
根据性能优化需求，对数学模型进行改进，提应用于实际系统设计、分析和优化中，发挥仿真的价值和作用。
04
仿真技术的应用
工业系统仿真
总结词
工业系统仿真通过模拟工业生产过程，帮助企业优化生产流程、提高生产效率和降低成本。
详细描述
工业系统仿真通过对生产线的布局、工艺流程、设备运行等进行模拟，发现潜在的问题和瓶颈，为企 业提供改进方案。同时，仿真技术还可以用于新产品开发和设计阶段，预测产品的性能和可行性。
通过实验或经验数据，确定数学模 型的参数值。
03
02
建立数学模型
根据系统特性，选择合适的数学模 型描述系统的动态行为。
模型验证与修正
对建立的数学模型进行验证，并根 据实际需求进行必要的修正。
04
仿真实验设计与分析
实验方案设计
根据仿真目标，设计合理的实验方案，包括 实验条件、输入输出等。
概率模型
概率分布
概率分布是描述随机事件发生可能性的数学工具，常见的概率分布有二项分布、 泊松分布、正态分布等。
随机过程
随机过程是描述一系列随机事件随时间变化的模型，例如马尔科夫链和泊松过程 等。
03
系统仿真基础
仿真模型的建立与实现
01
确定系统边界
明确仿真目标，确定系统边界，将 系统划分为可管理的子系统。
系统建模与仿真讲义
汇报人： 日期:
目录
• 系统建模概述 • 数学建模基础 • 系统仿真基础 • 仿真技术的应用 • 系统建模与仿真的挑战与未来
发展
01
系统建模概述
定义与目的
定义
系统建模是对真实系统进行抽象、简 化和描述的过程，通过数学、逻辑和 图形等工具来表示系统的结构、行为 和性能。
目的
系统建模的目的是为了更好地理解、 分析和预测系统的行为，为系统设计 、优化和控制提供依据。
模型改进
根据性能优化需求，对数学模型进行改进，提应用于实际系统设计、分析和优化中，发挥仿真的价值和作用。
04
仿真技术的应用
工业系统仿真
总结词
工业系统仿真通过模拟工业生产过程，帮助企业优化生产流程、提高生产效率和降低成本。
详细描述
工业系统仿真通过对生产线的布局、工艺流程、设备运行等进行模拟，发现潜在的问题和瓶颈，为企 业提供改进方案。同时，仿真技术还可以用于新产品开发和设计阶段，预测产品的性能和可行性。
系统模型与系统建模方法精品PPT课件
理 (ML/)
绘制 多级 递阶 有向
图
建立 解释 结构 模型
分析 报告
比较/ F 学习
理解系统结构的概念 系统的要素及其关系形成系统的特定结构。 系统结构可采用集合（构成系统诸要素间的关联 方式或关系）及其有向图（节点与有向弧）和矩 阵（可达矩阵等）这三种常用的表达方式，且具 有一一对应的关系。
32
设系统 由 n(n≥2) 个要素 （S1,S2…Sn) 组 成，集合为S，则S=(S1,S2…Sn)
系统诸要素是有机联系在一起的，一般以 两个要素间的二元关系为基础。
系统要s素i R间s j 的基本R表关示系s有i 与三s种j 有：关系
si R s j
R 表示 si 与 s j 没有关系
Si R~S j
素Si,Sj的要素对集合
称Ｓ上的二元关系集合，记作Ｒ
b．
(Si, S j )
Rb
通 常(与就Si用, S系j 表)统|示的S不i构, S同成j的要要素S素集, S对合i RＳS和j ,在i、Ｓ、上确1定,2的,某种n 二元关
系集合(ＲSib, S来j )共同表(S示j ,系Si统) 的基本结构
➢ 某系统由六个要素（S1,S2…S6)组成 ．经过两两判断:S3影响S1, S4影响 S3,S4影响S5,S4影响S6,S5影响 S1,S6影响S1， S2与S3互相影响),该 系统用集合如何表达
3、数学模型：用数学语言对系统进行抽象与描述的模型 ▲图表模型（符号模型）——用图表形式表示系统 结构或生产流程。
▲解析模型——用解析式表示的模型，如状态空间 模型
▲逻辑模型——表示逻辑关系的模型，如方框图等
▲ 及。网 元络素模之型 间的——相用互网关络系图，形如来网描络述计系划统模的型组，成Pe元tri素网 模型
绘制 多级 递阶 有向
图
建立 解释 结构 模型
分析 报告
比较/ F 学习
理解系统结构的概念 系统的要素及其关系形成系统的特定结构。 系统结构可采用集合（构成系统诸要素间的关联 方式或关系）及其有向图（节点与有向弧）和矩 阵（可达矩阵等）这三种常用的表达方式，且具 有一一对应的关系。
32
设系统 由 n(n≥2) 个要素 （S1,S2…Sn) 组 成，集合为S，则S=(S1,S2…Sn)
系统诸要素是有机联系在一起的，一般以 两个要素间的二元关系为基础。
系统要s素i R间s j 的基本R表关示系s有i 与三s种j 有：关系
si R s j
R 表示 si 与 s j 没有关系
Si R~S j
素Si,Sj的要素对集合
称Ｓ上的二元关系集合，记作Ｒ
b．
(Si, S j )
Rb
通 常(与就Si用, S系j 表)统|示的S不i构, S同成j的要要素S素集, S对合i RＳS和j ,在i、Ｓ、上确1定,2的,某种n 二元关
系集合(ＲSib, S来j )共同表(S示j ,系Si统) 的基本结构
➢ 某系统由六个要素（S1,S2…S6)组成 ．经过两两判断:S3影响S1, S4影响 S3,S4影响S5,S4影响S6,S5影响 S1,S6影响S1， S2与S3互相影响),该 系统用集合如何表达
3、数学模型：用数学语言对系统进行抽象与描述的模型 ▲图表模型（符号模型）——用图表形式表示系统 结构或生产流程。
▲解析模型——用解析式表示的模型，如状态空间 模型
▲逻辑模型——表示逻辑关系的模型，如方框图等
▲ 及。网 元络素模之型 间的——相用互网关络系图，形如来网描络述计系划统模的型组，成Pe元tri素网 模型
第二章 系统建模与仿真的基本原理
抽象思维侧重于分析、提炼，概括思维侧 重于归纳、综合。
第2章 系统建模与仿真基本原理
第2章 系统建模与仿真基本原理
2.2.3 归纳与总结
归纳是指从个别事物或现象出发，通过感官观 察，经验推理或数学推导等，得出关于此类事 物或现象的具有普遍性结论的过程。
第2章 系统建模与仿真基本原理
归纳的意义在于，在一定条件下，可以将得出 的结论应用于不同对象，或避免犯类似的错误 。
第2章 系统建模与仿真基本原理
（2）模糊综合评价的理论基础 1965年，美国控制学家扎德创立了模糊集理 论，并以此为基础发展出模糊数学。如今，基于 模糊数学的模糊综合评价可以定量处理评价过程 中的模糊因素，较好地解决评价指标之间的相互 关系，可得到合理、准确的评价结果。
第2章 系统建模与仿真基本原理
平均。
Vi = ∑ aisi
第2章 系统建模与仿真基本原理
加权平均法相比总分法更为合理。但是，实 际当中某些评价指标和评判因素具有模糊性，其 边界不清晰，简单的主观方法难以给出准确判断 。如对FMS 的评价中，“自动化程度”、“柔性 ”等指标都具有模糊性。建立在经典数学基础上 的加权平均法和总分法无法给出科学的结果。
达到对事物整体性认识的思维方法。“积零
为整”
分析是综合的基础，综合是分析的完成。
第2章 系统建模与仿真基本原理
第2章 系统建模与仿真基本原理
2.2.2 抽象与概括
抽象是从某种角度抽取要研究系统的本质属性 的思维方法。
概括是把抽象出来的若干事务的共同属性归结 出来进行考察的思维方法。
第2章 系统建模与仿真基本原理
E = ∑ bjvj
《系统仿真技术》课件
系统仿真的基本步骤
问题定义与模型建立
明确仿真目的，根据实际系统建立数学模型。
仿真模型实现
将数学模型转化为计算机程序，实现仿真模型的计算。
仿真实验与数据收集
运行仿真模型，收集实验数据，用于后续分析和评估。
结果分析
对实验数据进行统计分析，得出结论，支持决策制定。
系统仿真的常用方法
蒙特卡洛方法
基于概率统计的随机抽样技术，常用于解决复杂系统 的仿真问题。
特点
系统仿真技术具有高度逼真性、可重 复性和可控制性，能够模拟真实系统 的运行过程和行为，为系统设计、优 化和决策提供有力支持。
系统仿真技术的应用领域
航空航天
模拟飞行器、航天器的性能和 行为，优化设计。
交通运输
模拟交通流、车辆性能和交通 规划，提高交通效率和安全性 。
工业生产
模拟生产过程、设备和工艺， 优化生产效率和产品质量。
电力系统
分析电力系统的稳定性、 优化电网的运行和管理策 略。
06
CHAPTER
系统仿真技术在解决实际问 题中的应用
系统仿真技术在生产制造中的应用
01
生产调度仿真
通过仿真技术模拟生产线的运行 情况，优化生产调度，提高生产 效率。
02
工艺流程仿真
03
质量控制仿真
对生产制造过程中的工艺流程进 行模拟，发现潜在问题，优化工 艺参数。
03
02
仿真实验
根据建立的模型进行仿真实验，模 拟系统的运行过程。
系统优化
根据分析结果对系统进行优化和改 进。
04
混合系统仿真的应用实例
制造系统
分析制造过程的性能、优 化生产线的布局和管理策 略。
物流系统
系统工程系统模型与仿真PPT课件
2、建模过程
建模的基本步骤 ①明确建模的目的和要求 以便使模型满足实际
要求，不致产生太大偏差； ②对系统进行一般语言描述 因为系统的语言描
述是进一步确定模型结构的基础；
③弄清系统中的主要因素（变量）及其相互关系 （结构关系和函数关系） 以便使模型准确表示 现实系统；
④确定模型的结构 这一步决定了模型定量方面 的内容；
？合适的选择
以上各条要求往往相抵触，特别是其真 实性与简明性这两条。一个成功的模型 须在它们之间恰当权衡与折衷。
7.2 系统模型的分类
系统模型的分类方法很多，下面叙述常用的几 种，目的在于从不同的角度来认识模型的多样性。
7.3 建立系统模型的方法及过程
1、方法
建模是科学研究的重要一步，是一种创造性的劳动。 建模的思考方法主要有如下几种：直接分析法，数据 分析法，比拟思考法，传递函数法，状态空间法。下 面分别如以叙述。
（1）直接分析法
当研究的问题比较简单又足够明确时，可以根据物 理的、化学的、经济的规律，通过一般的推理分析， 将模型构造出来，这就是所谓直接分析法。
线性规划模型就是利用直接分析法建立起来的。 下面举例说明。
例1
混合配料模型：某养鸡场有一万只鸡，用动物饲料和谷物饲料混合 喂养，每天每只鸡平均吃混合饲料一斤，其中动物饲料占的比例不 得少于1/5，动物饲料每斤0.25元，谷物饲料每斤0.20元，饲料至多 能供应谷物饲料5万斤/周，问应怎样混合饲料，才能使养鸡场每周 的成本最低？
因此所求的线性回归方程是y=22.410 67＋0.765 56x； （4）若某学生入学数学成绩为80分，代入上式可求得，y≈84
分，即这个学生高一期末数学成绩预测值为84分．
（3）比拟思考法
系统建模与仿真的基本原理.共97页
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
系统建模与仿真的基本原理.
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申
工程系统建模与仿真教学课件PPT
>> [a b c d]=linmod('example7_7inout'); >> zpk(ss(a,b,c,d)) 得到系统传递函数 Zero/pole/gain:(即系统传递函数） -1005.0301 (s+3.333) (s+0.5) ---------------------------(s+506.9) (s+0.003315)
SimPowerSystem/ExtraLibrary/Measurements
7.3.2 模拟电子线路仿真举例
【例7-6】NPN Bipolar Transistor 组成的电路 如下，试用仿真的方法分析输出。
仿真图
显示结果
【自编例】三极管放大电路放大倍数分析
TransisAmp.mdl
Magnitude (dB) Phase (deg)
0
-50
-100
-150 360 270 180 90 0 -2 10
10
0
10
2
10
4
10
6
10
8
10
10
Frequency (rad/sec)
Low-Noise Bipolar Transistor Voltage Amplifier（2010版）
双击 Utilities 图标：
【例7-3】电路如下所示，试用电路进行仿真。
搭建模型
电路图
修改元件参数
电容 电感 电阻 AC V
运行结果：
7.1.5 Simscape 模块定义语言入门
使用该语言可以定义出新的元件。文件名 .ssc. 以电容为例：
生产计划与控制02第二章系统建模与仿真的基本原理.pptx
③ 混合时间推进机制 （mixed time advance mechanism）
2.2 离散事件系统建模的基本元素
8. 规则（rule） ：用于描述实体之间的逻辑关系和系统运行 策略的逻辑语句和约定
常用的规则：
① 先进先出（First In First Out，FIFO） ② 后进先出（Last In First Out，LIFO） ③ 加工或服务时间最短（shortest time） ④ 按优先级（highest priority）
第2章 系统建模与仿真的基本原理
2.1 离散事件系统及其模型分类 2.2 离散事件系统建模的基本元素 2.3 离散事件系统仿真程序的基本结构 2.4 建立系统模型的常用方法
2.4.1 分析与综合 2.4.2 抽象与概括 2.4.3 归纳与总结 2.4.4 演绎与推理 2.4.5 比较与类比 2.4.6 概率统计法
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包括： 1．实体（entity） （1）定义
系统内的对象,构成系统模型的基本要素。 （2）分类
临时实体 先进入系统并经过相应的环节后再离开系统，且在系统中 的数量经常变化的实体，又称为主动实体、活动实体。 永久实体 经常处于系统之内，其数量保持稳定的实体，又称为被动 实体。
仿真时钟可以按固定的长度向前推进，也可以按变化的节拍 向前推进，将仿真时钟变化的机制称为 仿真时钟的推进机制（time advance mechanism）
常用的仿真时钟的推进机制：
① 固定步长时间推进机制 （fixed-increment time advance mechanism）
② 下次事件时间推进机制 （next event time advance mechanism）
2.2 离散事件系统建模的基本元素
8. 规则（rule） ：用于描述实体之间的逻辑关系和系统运行 策略的逻辑语句和约定
常用的规则：
① 先进先出（First In First Out，FIFO） ② 后进先出（Last In First Out，LIFO） ③ 加工或服务时间最短（shortest time） ④ 按优先级（highest priority）
第2章 系统建模与仿真的基本原理
2.1 离散事件系统及其模型分类 2.2 离散事件系统建模的基本元素 2.3 离散事件系统仿真程序的基本结构 2.4 建立系统模型的常用方法
2.4.1 分析与综合 2.4.2 抽象与概括 2.4.3 归纳与总结 2.4.4 演绎与推理 2.4.5 比较与类比 2.4.6 概率统计法
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包括： 1．实体（entity） （1）定义
系统内的对象,构成系统模型的基本要素。 （2）分类
临时实体 先进入系统并经过相应的环节后再离开系统，且在系统中 的数量经常变化的实体，又称为主动实体、活动实体。 永久实体 经常处于系统之内，其数量保持稳定的实体，又称为被动 实体。
仿真时钟可以按固定的长度向前推进，也可以按变化的节拍 向前推进，将仿真时钟变化的机制称为 仿真时钟的推进机制（time advance mechanism）
常用的仿真时钟的推进机制：
① 固定步长时间推进机制 （fixed-increment time advance mechanism）
② 下次事件时间推进机制 （next event time advance mechanism）