系统建模与仿真绪论精品PPT课件

1 系统、模型与仿真
1.1 系统 G.Golden----“系统这个术语已经在各个领域用
得如此广泛，以至很难给它下一个定义。”
系统----最早见著 “世界大系统” 德谟克利特（公元前460－公元前370年） “任何事物都是在联系中显现出来的，都是在系统
中存在的，系统联系规定每一事物，而每一联系 又能反映系统的联系的总貌。”
1.研究的深入导 致了自然科学分 支的发展，自然 科学的整体得到 了专业化细分； 2.取得了人类对 自然系统的组成 、要素关系、运 行规律等方面认 识的突破性成 果； 3.发展和完善了
想 学成果
及其分支；
科学的方法论。
3.丰富了数学、天文学、哲学理论。
系统 （续）
例子： 理发馆系统： 实体：服务员、顾客 顾客：按某种规律到达，服务完毕后顾客离去 服务员：根据顾客的要求，按一定的程序服务 相互作用： 顾客到达模式影响着服务员的工 作忙
G.Golden---- “按照某些规律结合起来，互相作 用、互相依存的所有实体的wk.baidu.com合或总和”。
系统思想的回顾
类 别
实例
内容
对系统论的主要贡献
《 易经 》与 用 独特 的爻 卦、 阴阳 体系 表征 世间 1.世间万物由要素组
阴阳八卦 万物并解释世界
成，要素之间存在相
中
1.将阴阳与 五行结合，并用此 表征 互联系；
策理论。
系统思想的回顾
近 现 代 西 方 自 然 科 学 的 系 统 思
哥白尼的《 天体运行论 培根的《新 工具论》 笛卡尔的《 方法论》和 《解析几何 学》 马克思的系 统思想
反映系统思 想的其他科
1.对复杂的天体系统有深刻研究； 2.提出日心说。 1.对科学研究方法有独到研究； 2.提出定性—归纳推理的研究方法。 1.将几何学代数化，创立了解析几何； 2.提出了数学—演绎的研究方法； 3.提出了质量、时间、空间三个基本量纲； 4.提出“我思固我在”。 1.提出了辩证法和唯物主义； 2.提出了辩证法三个规律。 1.取得了人类历 史上 一系 列最 重大 的科 学发 明； 2.创立了物理学 、化 学、 生物 学等 自然 科学
系
对军事、自然、社会等现象进行论 展了中国医学；
统 思 想
诸子百家与 著名系统工 程案例
争，形成了中国独有的军事（《孙 子兵法》、自然科学（日晷）、道 德和社会伦理（儒家等）体系，并 将其应用于具体的工程项目（都江
4.根据对军事对弈中敌 我彼此关系的分析， 提出的对策直接贡献 给了系统科学中的对
堰等）
3、美国三种典型导弹研制过程仿真技术的作用
爱国者 罗兰特 尾刺
原计划发 射
141 224 185
仿真后实 发
101 95 114
节省导弹 节省费用（单位：千万美元）
40 129 71
8．0 4．2 2．5
世贸大厦倒塌的结构问题
电视机抗跌落分析
设计工程师提 供结构改进及 包装设计的理 论依据
LS-DYNA的计算结果
国
万物；
2.要素的不同组合、不
古 阴 阳 五 行 2.把人作为 一个完整的复杂， 利用 同结构可以形成世间
代 和《皇帝内 阴阳平衡、天人相应原理解释人体 万物；
文 经》 化
生理现象；
3.将阴阳平衡思想应用
3.提出对人 的疾病要辨证施治 ，是 于医学，成功地分析
的
传统中医中药学发展的理论基础。 了人的生理系统，发
系统仿真技术
概述
几个例子：
1、加加林遇难新说
1968年3月27日 加加林遇难
1988年1月18日 塔斯社报道（参考消息1月28日）
“当天清晨，一批前苏联宇航员前往莫斯科郊外的契卡洛夫斯基航天场进行
米格-15歼击机的飞行训练。在几名宇航员中，加加林第一个驾机起飞，与他一
起驾驶这架飞机的人是他的飞行教官、航空团副团长弗拉基米尔·谢廖金。加加
几个例子（续）
2、气囊弹射速度确定 （1997年，美国）原来220英里/小时，在加拿大一年统计：6000件事故，
救了4000人，打死2000人；1997年12月美国众议院通过，调整到 180英里/小时。 据计算，正规的安全气囊必须在发生汽车碰撞后的0.01秒内微处理器开 始工作，0.03秒内点火装置启动，0.05秒内高压气体进入气囊，0.08 秒内气囊向外膨胀，0.11秒内气囊完全胀大，此刻之后，驾车者才会撞 上气囊。
闲状态和顾客排队状态 服务员的多少和服务效率：影响着顾客接受服务的
质量
系统 （续）
电动机转速闭环控制系统 实体：电动机、测速元件、比较元件以及控制器。 相互作用：实现按给定要求调节电动机的速度
控制输出u 实际输出y
闭环控制系统
理想输出r 控制输出u 实际输出y 误差e=r-u
采集卡
寻找合适的u， 使y更好地复现r
被控系统 实际输出y
系统 （续）
系统定义：按照某些规律结合起来，互相作用、互相依存的所有实体的 集合或总体.
确定边界、输入、输出
描述系统“三要素”：实体、属性、活动
――实体确定了系统的构成，也就确定了系统的边界； ――属性也称为描述变量，描述每一实体的特征； ――活动定义了系统内部实体之间的相互作用，从而确定了系统内部发
林和谢寥金于10点19分驾机起飞，几分钟后训练完毕，地面机场调度员听到加
加林请求返航的声音，可是紧接着，地面塔台就失去了加加林的消息。接着加加
林和谢寥金驾驶的飞机已经坠毁在了离航天场不远处的弗拉基米尔新村附近。
加加林驾驶的米格15进入前面飞机产生的湍流区域而进行螺旋飞行状态”， “驾驶员做了5~6次摆脱操作，但缺少约2秒的时间”；“在250~300米高度 出了问题”
生变化的过程。
环境
边界 输出
输入
系统
系统的特征
1.组成性。系统由两个或两个以上要素组成 2.层次性。系统要素应该能够区分 3.边界性。要素的边界小于系统的边界 4.相关性。要素相互联系，要素和系统都是相对的 5.目的性。要素的结合是为了达到特定的目的 6.整体性。系统是一个整体
“系统”二字往往可以省略
系统论的重要观念
1.系统是一个整体； 2.系统有明确的目的； 3.系统由两个或两个以上相互关联的要素组成，但杂乱无章、互不相 干的东西放在一起也不是系统，系统要素的微观联系会涌现出系统的 宏观功能; 4.要素与系统所处的层次不同，因此系统和要素具有不可比性； 5.要素可以以不同的方式组合在一起，形成特定的结构，这就需要对 系统进行规划、组织和控制； 6.一定的结构产生一定的功能，要想使系统发挥特定功能，必须使系 统具备特定的结构； 7.系统会表现出任何要素都不具备的特征，在条件合适的情况下，要 素进行整合后可以达到“整体大于部分之和”的效果； 8.封闭系统必将走向灭亡，系统一定在动态变化中发展。