第1章系统动力学的历史与未来PPT课件
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系统动力学课程PPT共五章全
2．3 计算机模拟是系统动力学模拟的基本工具
思维模型－－因果回路图－－ 流图－－ DYNAMO－－计算机模型
17
第三章 系统动力学的建模基础
3.1 思维模拟与决策陷阱 系统问题： 直觉对策： 环境污染严重 关闭工厂 乘车难 增加公共车辆 犯罪率增长 加强警力 货币供求矛盾增加 增印纸币 水产品供应不足 扩大捕捞量 知识贬值 紧缩教育投资 产品质量低下 增加广告 住房紧张 占田建房
x 指数增长 有极限增长
38
t
(1)基本正反馈模块 现象:谣言传播、企业产值增长、通货膨胀、 知识积累等 特点：非稳定、自增长、自循环
知识积累的正反馈关系
基本正反馈模块流图
39
动力学方程：
dx/dt=RT， RT =k1x， x（0）=x0， k1>0
解得：
x(t)=x0eK1t = x0et/T1
3)积分表达: LEV(t)=∫ [IR(t)-OR(t)]dt （2）速率变量（流率，Rate Variable R）
R LEV
k A
R=f(k,H,LEV,A)
27
（3）辅助变量（auxiliary variable， A)
LEV
k A
A=k*(H-LEV)
H
（4）源（Source、汇Sink)
LEV RATE
或 L(t) → R(t) → R(L)
L,R R
L(t)
R(t) 0 (a) t 0 (b) L*
33
L
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图解法的基本特点： （1）既可用于分析过程有可用于综合过程 三张图象中任意给定一张可画出另外两张。 （2）求解过程的规范性 （3）轮廓性求解（精度不高） （4）难于应用于两阶以上的高阶系统。
思维模型－－因果回路图－－ 流图－－ DYNAMO－－计算机模型
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第三章 系统动力学的建模基础
3.1 思维模拟与决策陷阱 系统问题： 直觉对策： 环境污染严重 关闭工厂 乘车难 增加公共车辆 犯罪率增长 加强警力 货币供求矛盾增加 增印纸币 水产品供应不足 扩大捕捞量 知识贬值 紧缩教育投资 产品质量低下 增加广告 住房紧张 占田建房
x 指数增长 有极限增长
38
t
(1)基本正反馈模块 现象:谣言传播、企业产值增长、通货膨胀、 知识积累等 特点：非稳定、自增长、自循环
知识积累的正反馈关系
基本正反馈模块流图
39
动力学方程：
dx/dt=RT， RT =k1x， x（0）=x0， k1>0
解得：
x(t)=x0eK1t = x0et/T1
3)积分表达: LEV(t)=∫ [IR(t)-OR(t)]dt （2）速率变量（流率，Rate Variable R）
R LEV
k A
R=f(k,H,LEV,A)
27
（3）辅助变量（auxiliary variable， A)
LEV
k A
A=k*(H-LEV)
H
（4）源（Source、汇Sink)
LEV RATE
或 L(t) → R(t) → R(L)
L,R R
L(t)
R(t) 0 (a) t 0 (b) L*
33
L
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图解法的基本特点： （1）既可用于分析过程有可用于综合过程 三张图象中任意给定一张可画出另外两张。 （2）求解过程的规范性 （3）轮廓性求解（精度不高） （4）难于应用于两阶以上的高阶系统。
系统动力学.ppt
0
0
15
30 45 Time (Month)
60
张学民 xzhang2000@
管理科学与工程学科
系统动力学
一阶反馈系统的复杂性 –– 新假设
buy rate 6 4.5
14
3
1.5
0 1 19 37 55 Buyers (person) 73 91
• 左半段曲线的斜率为正，表明两个反馈环中正反馈环起主导作用 • 左半段曲线的斜率随着水平变量Buyers的增加而递减至零，意味着正反馈环的 力量逐渐削弱，水平变量Buyers的行为呈亚指数增长的特性，购买率buy rate则 随着Buyers的增长而增至其最大值 • 右半段曲线的斜率为负，且其绝对值随着水平变量Buyers的增加由零逐渐递增 的，表明负反馈环不仅起了主导作用，而且其力量在不断加强， • 水平变量Buyers的行为呈超渐近增长的特性，购买率buy rate则随着Buyers的增 长由最大值逐渐衰减至零
19
指数增长行为
渐近衰减行为
恒值行为
恒值行为
指数崩溃行为
渐近增长行为
一阶线性正反馈系统 可能有的三种行为模式
一阶线性负反馈系统 可能有的三种行为模式
张学民 xzhang2000@
管理科学与工程学科
系统动力学
非线性与主导反馈环的转移
20
• 复杂系统内部存在相互作用的或正或负的多重反馈环。 • 所谓主导反馈环就是在多重反馈环中起主导作用的反馈环。 • 当系统行为表现出指数增长(或指数崩溃)特性时，可以推断系统中必定 存在正反馈环，并且正起着主导作用。 • 当系统行为表现出寻找目标特性时，则可以推断系统中必定存在负反馈 环，并且正起着主导作用。 • 系统行为是由多重反馈环相互作用共同产生的，其行为模式主要由主导 反馈环决定。 • 主导反馈环并非是固定不变的，它(们)往往随着系统状态的变化而在各 反馈环中转移，由此产生了多种多样的复杂的系统行为。 • 实际系统几乎都具有非线性的特征。非线性关系是导致主导反馈环极性 转移的根本原因。 • 不仅要研究正反馈环或负反馈环的作用，而且要研究主导反馈环转移的 作用。 • S型增长是主导反馈环由正反馈环向负反馈环转移的实例。
系统动力学的基本理论课件
详细描述
随着大数据技术的不断发展，越来越多的数据被收集并 用于对系统进行建模和分析。数据驱动的系统动力学研 究通过利用大数据技术，建立更加精确、全面的系统模 型，并利用这些模型对系统的动态行为和演化规律进行 深入分析和预测。
人工智能与系统动力学的融合研究
总结词
人工智能与系统动力学的融合研究是未来发展的重要方向之一，主要将人工智能技术应用于系统动力学建模和分 析中。
系统动力学的基本理 论
目录
• 系统动力学概述 • 系统动力学的基本概念 • 系统动力学建模 • 系统动力学应用领域 • 系统动力学研究展望
01
系统动力学概述
定义与特点
定义
系统动力学是一门研究系统动态行为的学科，它 通过建立数学模型来模拟系统的行为和动态变化 。
特点
系统动力学强调系统的整体性、动态性和反馈机 制，通过分析系统的结构和行为之间的相互作用 ，来理解和预测系统的行为。
定义参数和常数
为微分方程中的参数和常数赋予实际意义和数 值。
方程简化与推导
对微分方程进行化简和推导，得出更易于分析的模型方程。
模型验证与仿真
模型验证
对比模型预测结果与实际数据，检验模型的准确性和 可靠性。
模型仿真
通过模拟不同输入条件下的系统行为，预测未来发展 趋势和可能出现的状态。
敏感性分析
分析模型中各参数对系统行为的影响程度，找出关键 因素和最优解。
详细描述
在实际问题中，许多系统都存在着多尺度特征，即在 不同时间、空间尺度上表现出不同的行为和演化规律 。系统动力学通过建立多尺度模型，研究不同尺度之 间的相互作用和转化，揭示系统在不同尺度上的动态 行为和演化规律。
数据驱动的系统动力学研究
系统动力学
1.系统动力学发展历程
1972年他的学生梅多斯教授等出版了《增长 的极限》(The Limits to Growth)一书，提出了更 为细致的“世界模型III”。这个由罗马俱乐部主 持的世界模型的研究报告已被翻译成34种语言， 在世界上发行了600多万册。两个世界模型在 国际上引起强烈的反响。 1972年Forrester领导MIT小组，在政府与企业 的资助下花费10年的时间完成国家模型的研究， 该模型揭示了美国与西方国家的经济长波的内 在机制，成功解释了美国70年代以来的通货膨 胀、失业率和实际利率同时增长的经济问题。 (经济长波通常是指经济发展过程中存在的持 续时间为50年左右的周期波动 )
（ 3 ） SD 将社会系统当作非线性 ( 多重 ) 信息反 馈系统来研究
统 要素及其因果 关系分析 建立结 构模型 建立数 学模型 仿真 分析 比较与 评价 政策 分析
认识 问题
（流图）（DYNAMOY方程） 初步分析 规范分析 综合分析
二、因果关系图
因果回路图分析（分析的基本技巧）
确定回路极性的一般原则
若反馈回路包含偶数个负的因果链，则其极性为正； 若反馈回路包含奇数个负的因果链，则其极性为负。
投资能力 + 杯中水位
+ 斟水速率
期望水位 +
建设中的 铁路数 + 建设新铁 路的迫切性 + 铁路拥 挤程度
+ 铁路数 + 使用铁路 的吸引力 + -
1.系统动力学发展历程
System dynamics was created during the mid-1950s by Professor Jay W.Forrester of the Massachusetts Institute of Technology.
系统动力学ppt课件
水平方程（L）、速率方程（R）、辅助方程（A）、常量方 程（C）、初值方程（N）。
⑴水平方程：水平方程描述系统动力学模型中的存量（状态 变量，LEVEL）变化的方程。
积分方程表述：
以上积分方程表示状态变量在t 时刻的值等于状态变量初 始值加上在[0,t可]编这辑课段件 时间净流量变化对时间的积累。 24
在系统动力学中用差分方程表述：
可编辑课件
25
⑵速率方程
速率方程是表示在时间间隔 DT 内流量是如何变 化的或者是政策调控存量的决策规则。
在社会经济问题的决策中，决策者在内心都有一 个对被研究系统的状态的心理预期，即在决策者 心里什么情况下被研究系统是最好的，把心理预 期和系统的现实情况作比较，就会出现状态偏差 。
（一）系统动力学的理论基础
控制论
决策论
系统 分析
仿真
反馈控制、 自动调节、 时间滞后和 噪声干扰等。 尤其是反馈 控制理论
根据信息和 评价准则， 用数量方法 寻找或选取 最优决策方 案，是运筹 学的一个分
从系统的观 点出发，采 用各种分析 工具和方法 对问题进行 研究。
仿真模型的建 立，模型中变 量、参数和常 数的处理，仿 真时间，仿真 时钟的推进， 仿真计算结果 的存储和输出
通过上述过程完成了对系统结构的仿真，接下来就要寻 找较优的系统结构。
可编辑课件
9
2.系统动力学的原理
寻找较优的系统结构被称作为政策分析或优化，包括 参数优化、结构优化、边界优化。
参数优化就是通过改变其中几个比较敏感参数来改变系统 结构来寻找较优的系统行为。
结构优化是指主要增加或减少模型中的水平变量、速率变 量来改变系统结构来获得较优的系统行为。
所以，引入辅助方程，将复杂的方程分解简化，由系 列方程替代一个复杂的方程，使用起来清晰明确。
⑴水平方程：水平方程描述系统动力学模型中的存量（状态 变量，LEVEL）变化的方程。
积分方程表述：
以上积分方程表示状态变量在t 时刻的值等于状态变量初 始值加上在[0,t可]编这辑课段件 时间净流量变化对时间的积累。 24
在系统动力学中用差分方程表述：
可编辑课件
25
⑵速率方程
速率方程是表示在时间间隔 DT 内流量是如何变 化的或者是政策调控存量的决策规则。
在社会经济问题的决策中，决策者在内心都有一 个对被研究系统的状态的心理预期，即在决策者 心里什么情况下被研究系统是最好的，把心理预 期和系统的现实情况作比较，就会出现状态偏差 。
（一）系统动力学的理论基础
控制论
决策论
系统 分析
仿真
反馈控制、 自动调节、 时间滞后和 噪声干扰等。 尤其是反馈 控制理论
根据信息和 评价准则， 用数量方法 寻找或选取 最优决策方 案，是运筹 学的一个分
从系统的观 点出发，采 用各种分析 工具和方法 对问题进行 研究。
仿真模型的建 立，模型中变 量、参数和常 数的处理，仿 真时间，仿真 时钟的推进， 仿真计算结果 的存储和输出
通过上述过程完成了对系统结构的仿真，接下来就要寻 找较优的系统结构。
可编辑课件
9
2.系统动力学的原理
寻找较优的系统结构被称作为政策分析或优化，包括 参数优化、结构优化、边界优化。
参数优化就是通过改变其中几个比较敏感参数来改变系统 结构来寻找较优的系统行为。
结构优化是指主要增加或减少模型中的水平变量、速率变 量来改变系统结构来获得较优的系统行为。
所以，引入辅助方程，将复杂的方程分解简化，由系 列方程替代一个复杂的方程，使用起来清晰明确。
《系统动力学模型》课件
整合更多的领域知识和数据， 提高模型的预测能力和实际应 用的价值。
3 交通拥堵问题
利用系统动力学模型分析 交通系统中的关键影响因 素，提出拥堵缓解策略。
总结
系统动力学模型的优 点
能够综合考虑各种因素的复杂 相互关系，揭示潜在的系统行 为规律。
系统动力学模型的局 限性
构建和验证模型需要大量的数 据和计算资源，并且容易受到 参数估计误差的影响。
系统动力学模型的未 来发展
3
1 972 年
《The Limits to Growth》的发表使系统动力学模型成为一个热门研究领域。
系统动力学基本理论
系统动力学图形符号、流量与库存的关系以及系统动力学中的反馈思想是构建系统动力学模型的基本理论。
系统动力学模型的构建
步骤一：制定概念模 型
定义系统的边界和范围，确定 系统中的因素。
步骤二：建立定量模 型
全面考虑建模元素，建立动态 模型方程。
步骤三：模型验证和 仿真
模型验证的用案例
1 企业资源分配问题
通过系统动力学模型优化 企业的资源配置方案，提 高经济效益。
2 环境污染问题
应用系统动力学模型预测 环境污染的发展趋势，制 定相应的环境保护措施。
复杂性分析
适用于复杂问题，帮助发现问题背后的潜在因果 关系。
系统动力学模型的应用领域
商业与管理 公共政策 能源与资源管理
环境与可持续发展 社会科学 健康与医疗
系统动力学模型的历史发展
1
1940年代
系统动力学的基本概念和方法首先由Jay W. Forrester提出。
2
1960年代
MIT的Jay W. Forrester开始使用计算机来构建和模拟系统动力学模型。
3 交通拥堵问题
利用系统动力学模型分析 交通系统中的关键影响因 素，提出拥堵缓解策略。
总结
系统动力学模型的优 点
能够综合考虑各种因素的复杂 相互关系，揭示潜在的系统行 为规律。
系统动力学模型的局 限性
构建和验证模型需要大量的数 据和计算资源，并且容易受到 参数估计误差的影响。
系统动力学模型的未 来发展
3
1 972 年
《The Limits to Growth》的发表使系统动力学模型成为一个热门研究领域。
系统动力学基本理论
系统动力学图形符号、流量与库存的关系以及系统动力学中的反馈思想是构建系统动力学模型的基本理论。
系统动力学模型的构建
步骤一：制定概念模 型
定义系统的边界和范围，确定 系统中的因素。
步骤二：建立定量模 型
全面考虑建模元素，建立动态 模型方程。
步骤三：模型验证和 仿真
模型验证的用案例
1 企业资源分配问题
通过系统动力学模型优化 企业的资源配置方案，提 高经济效益。
2 环境污染问题
应用系统动力学模型预测 环境污染的发展趋势，制 定相应的环境保护措施。
复杂性分析
适用于复杂问题，帮助发现问题背后的潜在因果 关系。
系统动力学模型的应用领域
商业与管理 公共政策 能源与资源管理
环境与可持续发展 社会科学 健康与医疗
系统动力学模型的历史发展
1
1940年代
系统动力学的基本概念和方法首先由Jay W. Forrester提出。
2
1960年代
MIT的Jay W. Forrester开始使用计算机来构建和模拟系统动力学模型。
系统动力学课件
要点二
系统模型建立
根据流图，建立相应的数学模型，包括变量、参数、方程 等，描述系统的动态行为。
参数估计与模型检验
参数估计
根据历史数据和实际情况，估计模型中的参数值，使模 型更加接近实际系统。
模型检验
通过对比模拟结果和实际数据，验证模型的准确性和有 效性，对模型进行必要的调整和修正。
模型仿真与结果分析
VS
详细描述
iThink是一款具有创新性和灵活性的系统 动力学软件。它提供了丰富的建模工具和 功能，支持构建各种类型的系统模型，并 能够进行仿真和分析。iThink还具有开放 性和可扩展性，支持与其他软件进行集成 和定制开发，满足用户的特定需求。
06
系统动力学案例分析
企业战略管理案例
总结词
通过系统动力学方法分析企业战略管理问题 ，探究企业战略制定和实施过程中的动态变 化和反馈机制。
系统动力学课件
contents
目录
• 系统动力学概述 • 系统动力学的基本概念 • 系统动力学的应用领域 • 系统动力学建模方法与步骤 • 系统动力学软件介绍 • 系统动力学案例分析
01
系统动力学概述
系统动力学的定义
系统动力学：是一门研究系统动态行为的学科，它通过建 立数学模型来描述系统内部各要素之间的相互作用和反馈 机制，从而预测系统的未来状态和行为。
05
系统动力学软件介绍
STELLA
总结词
功能强大、广泛应用的系统动力学软件
详细描述
STELLA是一款功能强大的系统动力学软件，广泛应用于各个领域，如商业、教育、科研等。它提供了丰富的建 模工具和功能，支持构建复杂的系统模型，并能够进行仿真和分析。STELLA具有友好的用户界面和易于学习的 特点，使得用户能够快速上手并高效地构建和运行模型。
系统动力学课件 (1)
系统动力学简介
n系统动力学发展历史 n系统动力学主要应用领域 n系统动力学基本观点 n系统动力学学科基础 n系统动力学建模基本过程
系统动力学发展历史
MIT和福瑞斯特（Jay W. Forrester）
• 1950~60年代SD诞生 • 工业动力学、城市动力学
• 1970~80年代发展成熟 • 世界动力学、经济长波模型
• 式中： • S——代表整个系统； • Si——代表子系统，
系统动力学数学描述
L PR
• 数学描述如下：
R A·W Nhomakorabea
L A
• 式中： • L——状态变量向量； • R——速率变量向量； • A——辅助变量向量； • L——纯速率变量向量； • P——转移矩阵； • W——关系矩阵。
构入手建模，构造系统的基本结构，进而模拟与分析系统的 动态行为。
• 系统的行为由其结构和功能所决定。 • “反馈”就是信息的传输与回授。顾名思义，反馈的重点应
在于”回授’’即“反”字上。
• 反馈的概念是普遍存在的。比如，空调设备是人们所熟知的，
为了维持室内的温度，需要由热敏器件组成的温度继电器与 冷却(或加热)系统联合运行。由前者担负室内温度的检测，并 与给定的期望室温加以比较，然后把信息馈送至控制器，使 冷却(或加热)器的作用在最大与关停之间进行调节，从而实现 控制室温的目的。其中温度继电器就是反馈器件，上述的信 息馈送过程就是信息反馈作用。
y1't
1 a1
f2
1 a3
f1
y2 t
y2't
1 a3
f1
1 a1
n系统动力学发展历史 n系统动力学主要应用领域 n系统动力学基本观点 n系统动力学学科基础 n系统动力学建模基本过程
系统动力学发展历史
MIT和福瑞斯特（Jay W. Forrester）
• 1950~60年代SD诞生 • 工业动力学、城市动力学
• 1970~80年代发展成熟 • 世界动力学、经济长波模型
• 式中： • S——代表整个系统； • Si——代表子系统，
系统动力学数学描述
L PR
• 数学描述如下：
R A·W Nhomakorabea
L A
• 式中： • L——状态变量向量； • R——速率变量向量； • A——辅助变量向量； • L——纯速率变量向量； • P——转移矩阵； • W——关系矩阵。
构入手建模，构造系统的基本结构，进而模拟与分析系统的 动态行为。
• 系统的行为由其结构和功能所决定。 • “反馈”就是信息的传输与回授。顾名思义，反馈的重点应
在于”回授’’即“反”字上。
• 反馈的概念是普遍存在的。比如，空调设备是人们所熟知的，
为了维持室内的温度，需要由热敏器件组成的温度继电器与 冷却(或加热)系统联合运行。由前者担负室内温度的检测，并 与给定的期望室温加以比较，然后把信息馈送至控制器，使 冷却(或加热)器的作用在最大与关停之间进行调节，从而实现 控制室温的目的。其中温度继电器就是反馈器件，上述的信 息馈送过程就是信息反馈作用。
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y2 t
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1 a1
系统动力学简介ppt
第6章
系统分析与建模
第6章
3.2 描述方程
系统分析与建模
第6章
C1——列车长度 1≤C1≤999 C2——移动间隔，可以是数词或变量 例：B POPV＝BOXLIN（6，1） C POPV*＝180，150，202，210，195，190
系统分析与建模
第6章
系统分析与建模
第6章
系统分析与建模
第6章
系统分析与建模
第6章
系统分析与建模
第6章
* KN L KN· K＝KN· J＋DT*(BR· JK－DR· JK) N KN＝100 R BR· KL＝KN· K*FBR· K A FBR· K＝WR*YR*IR C WR＝0.4 C YR＝1 C IR＝2 R DR· KL＝KN· K/AY· K A AY· K＝TABHL(AYT，KN.K，0，10000，2000) T AYT＝2.5，2.4，2.2，1.9，1.5，1.0 N TIME＝0 PRINT KN，BR，DR，AY PLOT KN＝N，BR＝B，DR＝D，AY＝A SPEC DT＝1/LENGTH＝25/PRTPER＝1/PLTPER＝1
系统分析与建模
第6章
第三节
DYNAMO语言
DYNAMO语言有两种语句：
系统分析与建模
第6章
系统分析与建模
第6章
八种语句对应有八个变量
积累变量 速度变量 辅助变量 增补变量 初始变量 常数变量 列车变量 表变量 变量名由少于6个字符组成，第一个字符必须是字母。 各变量的时标规定如下表所示。
系统分析与建模
生 物 总 群 仿 真 输 出 表
系统分析与建模
第6章
系统分析与建模
第6章
车辆系统动力学资料课件
车辆系统动力学资料课件
• 车辆系统动力学概述 • 车辆动力学模型建立与仿真 • 车辆系统动力学性能分析与优化 • 车辆系统动力学控制策略与应用 • 总结与展望
01 车辆系统动力学概述
车辆系统动力学的发展历程
20世纪60年代
20世纪70年代
车辆系统动力学开始得到关注和研究，主 要涉及车辆的稳定性、操纵性和乘坐舒适 性等方面。
车辆系统动力学优化实例
实例1
某型汽车的稳定性优化，通过优化悬挂系统和车身结构，显著提高 了车辆在高速行驶和弯道行驶时的稳定性。
实例2
某型卡车的平顺性优化，通过优化驾驶室和货箱的结构，有效降低 了驾驶员在长途运输中的疲劳程度和货物的破损率。
实例3
某型跑车的操控性优化，通过优化车身结构、悬挂系统和制动系统 ，提高了车辆在高速行驶和紧急制动情况下的操控性能。
03
研究成果与应用
研究人员已经将车辆系统动力学控制 策略应用于实际车辆中，并取得了良 好的控制效果。
车辆系统动力学控制算法设计与实现
控制算法设计
算法实现方法
算法实现方法包括基于MATLAB/Simulink的仿真 实现、基于实际车辆的实验实现等。
车辆系统动力学控制算法的设计需要考虑多 种因素，如车辆动力学特性、道路条件、驾 驶员行为等。
随着计算机技术的发展，车辆系统动力学 开始进入仿真模拟阶段，通过计算机模拟 来研究车辆的动力学行为。
20世纪80年代
20世纪90年代至今
车辆系统动力学的研究范围不断扩大，开 始涉及到安全、控制、智能驾驶等领域。
车辆系统动力学得到了广泛应用，不仅在 汽车领域，还在航空、航天、军事等领域 得到应用。
车辆系统动力学的研究对象和研究方法
• 车辆系统动力学概述 • 车辆动力学模型建立与仿真 • 车辆系统动力学性能分析与优化 • 车辆系统动力学控制策略与应用 • 总结与展望
01 车辆系统动力学概述
车辆系统动力学的发展历程
20世纪60年代
20世纪70年代
车辆系统动力学开始得到关注和研究，主 要涉及车辆的稳定性、操纵性和乘坐舒适 性等方面。
车辆系统动力学优化实例
实例1
某型汽车的稳定性优化，通过优化悬挂系统和车身结构，显著提高 了车辆在高速行驶和弯道行驶时的稳定性。
实例2
某型卡车的平顺性优化，通过优化驾驶室和货箱的结构，有效降低 了驾驶员在长途运输中的疲劳程度和货物的破损率。
实例3
某型跑车的操控性优化，通过优化车身结构、悬挂系统和制动系统 ，提高了车辆在高速行驶和紧急制动情况下的操控性能。
03
研究成果与应用
研究人员已经将车辆系统动力学控制 策略应用于实际车辆中，并取得了良 好的控制效果。
车辆系统动力学控制算法设计与实现
控制算法设计
算法实现方法
算法实现方法包括基于MATLAB/Simulink的仿真 实现、基于实际车辆的实验实现等。
车辆系统动力学控制算法的设计需要考虑多 种因素，如车辆动力学特性、道路条件、驾 驶员行为等。
随着计算机技术的发展，车辆系统动力学 开始进入仿真模拟阶段，通过计算机模拟 来研究车辆的动力学行为。
20世纪80年代
20世纪90年代至今
车辆系统动力学的研究范围不断扩大，开 始涉及到安全、控制、智能驾驶等领域。
车辆系统动力学得到了广泛应用，不仅在 汽车领域，还在航空、航天、军事等领域 得到应用。
车辆系统动力学的研究对象和研究方法
系统动力学第一章
8
பைடு நூலகம்
1.1 系统动力学概念
系统动力学（system dynamics, SD）是基于系统科学理论， 采用定性与定量相结合的方法，从系统微观结构入手，借 助计算机模拟技术来分析系统内部结构与其动态行为的关 系，并寻觅解决问题的对策的一门学科。
9
1.2 系统动力学发展历史
系统动力学的发展过程大致可分为三个阶段： 第一阶段：20世纪50~60年代SD学科的诞生
15
1.2 系统动力学发展历史
第二阶段：20世纪70-80年代的发展成熟
世界模型 国家模型 项目管理领域
应用领域
16
1.2 系统动力学发展历史
第三阶段：20世纪90年代至今 SD广泛应用与传播
SD在世界范围内得到广泛的传播，其应用范围更广泛; 目前SD正加强与控制理论、系统科学、突变理论、耗散结 构与分叉、结构稳定性分析、灵敏度分析、统计分析、参 数估计、最优化技术应用、类属结构研究、专家系统等方 面的联系；美、英、法、联邦德国、日本等国纷纷采用系 统动力学方法来研究各自的社会经济问题，涉及到经济、 能源、交通、环境、生态、生物、医学、工业、城市等广 泛的领域。
20
1.3 系统动力学在我国的发展
2、理论领域 我国学者在理论方面的研究，主要是以SD理论为主框架， 综合应用多种理论和方法的综合分析动态研究方法。 （1）SD和图论相结合 应用图论分析方法给出SD的流量图的极大出树及反馈回路 一种确定方法，建立了系统动力学的流率基本入树建模法， 枝向量行列式矩阵反馈环计算法，得到另一种系统动力学 规范化建模方法——基于入树结构理论的建模方法； （2）SD和GA算法结合 利用GA算法来研究系统结构的变化。
系统动力学课件与案例分析系统仿真PPT
系统动力学采用定性和定量相结合的 方法，通过对系统的结构和行为进行 深入分析，揭示系统的内在规律和动 态行为。
系统动力学的发展历程
20世纪60年代
系统动力学开始应用于城市规划、环境科 学、交通工程等领域。
A 20世纪50年代
美国麻省理工学院的福瑞斯特教授 创立了系统动力学，最初应用于企
业管理领域。
系统动力学课件与案例分析系统仿 真
contents
目录
• 系统动力学概述 • 系统动力学模型 • 系统仿真 • 案例分析 • 结论与展望
01 系统动力学概述
系统动力学的定义
系统动力学：是一门研究系统动态行 为的学科，它通过建立动态模型来模 拟系统的行为和性能，并利用这些模 型进行系统分析和优化。
预测与优化
系统动力学和系统仿真能够预测 系统的未来状态，并通过优化模 型参数和结构来改善系统性能， 提高资源利用效率和系统运行效 果。
系统动力学与系统仿真的未来发展
智能化技术
随着人工智能和机器学习技术的发展，系统动力学和系统仿真将进一步智能化，能够自动学习和优化模型参数，提高 模拟的准确性和效率。
详细描述
系统方程式通常采用微分方程或差分方程的形式，描述系统中各变量之间的动态 变化关系。通过建立系统方程式，可以模拟系统的动态行为，并预测未来系统的 状态变化。
03 系统仿真
系统仿真的定义与目的
定义
系统仿真是一种通过建立数学模型和计算机程序来模拟真实系统行为的方法。
目的
系统仿真的目的是为了理解系统的动态行为，预测系统未来的发展趋势，优化系统性能，以及解决复杂系统的问 题。
因果关系图
总结词
因果关系图是系统动力学模型中的另一种可视化工具，用于描述系统中各变量 之间的因果关系。
系统动力学的发展历程
20世纪60年代
系统动力学开始应用于城市规划、环境科 学、交通工程等领域。
A 20世纪50年代
美国麻省理工学院的福瑞斯特教授 创立了系统动力学，最初应用于企
业管理领域。
系统动力学课件与案例分析系统仿 真
contents
目录
• 系统动力学概述 • 系统动力学模型 • 系统仿真 • 案例分析 • 结论与展望
01 系统动力学概述
系统动力学的定义
系统动力学：是一门研究系统动态行 为的学科，它通过建立动态模型来模 拟系统的行为和性能，并利用这些模 型进行系统分析和优化。
预测与优化
系统动力学和系统仿真能够预测 系统的未来状态，并通过优化模 型参数和结构来改善系统性能， 提高资源利用效率和系统运行效 果。
系统动力学与系统仿真的未来发展
智能化技术
随着人工智能和机器学习技术的发展，系统动力学和系统仿真将进一步智能化，能够自动学习和优化模型参数，提高 模拟的准确性和效率。
详细描述
系统方程式通常采用微分方程或差分方程的形式，描述系统中各变量之间的动态 变化关系。通过建立系统方程式，可以模拟系统的动态行为，并预测未来系统的 状态变化。
03 系统仿真
系统仿真的定义与目的
定义
系统仿真是一种通过建立数学模型和计算机程序来模拟真实系统行为的方法。
目的
系统仿真的目的是为了理解系统的动态行为，预测系统未来的发展趋势，优化系统性能，以及解决复杂系统的问 题。
因果关系图
总结词
因果关系图是系统动力学模型中的另一种可视化工具，用于描述系统中各变量 之间的因果关系。
系统工程学系统动力学(课堂PPT)
因果箭 A
＋
－
B
A
B
A
B
因果链
B
D
＋
＋＋
A
C
B
D
－
－＋
A
C
反馈回路
系统的 性质 行为
订货 速度
＋
＋
－
库存 差额
库存
－
量
因果关系图和流图 （1） 10
因果关系图和流图 （2）
库存量 +
-
订货量
（ -）
库存差额
期望
库存
+
11
因果关系图和流图 （3）
+ +
出生 人口
（+）
- 人口
总量
（）
死亡 人口
+ （平均）出生率
8
非线性
1. 原因与结果非线性 2. 时空分离性—滞后 3. 随机性
2、系统动力学
2.3、建模流程
明确目的
认识系统的结构、预测系统行为、 设计最佳参数、合理进行决策
确定系统边界
封闭的社会系统
因果关系分析
系统结构
建立SD模型
流程图、方程式
仿真实验
结果分析
模型修正
9
三、SD结构模型化原理
1 因果关系
(出生人口) (人口总量) (死亡人口)
R1
R2
P
C1（出生率）
C2（死亡率）
19
组织改善
。 组织 缺陷
组织 绩效
3 系统动力学原理
决策
信息
行动
信息
(Rate) 源
速率变 量
反馈回路
流 （行动）
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对于图1中，m=3即可构成一个3×3的方形矩阵，表示为：
三、因果回路图
杯中水位 +
期望水位
斟水速率
-
+
水位差
+ +
决定添水
11
三、因果回路图
出生速率 ++
+-
R
人口数量
B
死亡速率 -
+Байду номын сангаас
出生比例
平均寿命
12
三、因果回路图
1.基本记号
因果链连接线
出生速率
因果链极性 +
人口数量
+
或
R
回路标识符：正反 馈（增强型）回路
Stock（t）=∫[Intt0flow(s)-Outflow(s)]ds+stock(t0)
16
什么是流量
流量是指一定时期内发生的某种经济变量变动的数值， 它是在一定的时期内测度的，其大小有时间维度
出生、迁出、迁入、死亡 流量表示存量随时间变化快慢，类似于速率或导数的
概念，单位：存量的单位/单位时间 d(Stock)/dt=Inflow(t)-Outflow(t)
2.1系统的概念 我国系统科学界对系统一词较通用的定义是： 系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分（要素） 结合而成的、具有特定功能的有机整体。
根据概念可以看出，系统的构成必须具备三个基 本条件： 1.两个或两个以上的要素； 2.要素间互相联系； 3.能完成某种特定功能。
5
二、学习系统动力学的基础知识
19
四、存量流量图
存量流量图的基本要素及其符号 速率变量（rate variable） （1）定义
存量流量图的基本要素及其符号 状态变量(level variable) （1）定义：状态变量是描述系统的积累效应的变量，是数学意义上的
积分，其值可以在瞬间被测量。 （2）计算： 在某个时间间隔内积累变量等于这个时间间隔与输入流
速率和输出流速率差的积，计算公式： LEVEL.K= LEVEL.J+(INFLOW.JK-OUTFLOW.JK)*DT （3）符号：在存量流量图中，状态变量用一个矩形符号表示，在矩形 内写上变量的名称。如： 人口
模型是对系统的简化和抽象。 近似性、可靠性、目的适度。
8
二、学习系统动力学的基础知识
系统结构模型化的方法 基础：系统结构的矩阵表示：布尔矩阵 两种系统结构建模方法：DEMATEL方法和
ISM方法
9
有向图的矩阵描述
对于一个有向图，我们可以用一个m×m方形矩阵来表示。m为系统要素 的个数。矩阵的每一行和每一列对应图中一个节点（系统要素）。规定，要 素Si 对Sj 有影响时，矩阵元素aij为1，要素Si对Sj无影响时，矩阵元素aij为0 。即
按用途分类：房地产模型（可分为住宅模型、商业模型、户型模 型、别墅模型、地标）、城市规划模型、区域模型、数字模型、 环境景观模型、方案模型、工业模型（可分为军事模型、机械模 型、车辆模型）、桥梁模型等；
按表现形式分类：现代建筑模型、模型； 按产品属性分类：商业性质模型、公共建筑设施模型； 按技术分类：传统模型、数字化沙盘、多媒体模型、虚拟漫游、
-
或
B
回路标识符：负反 馈（平衡型）回路
13
四、存量流量图
流图：根据其反映内容不同，可以分为信息流图、资 金流图和物流图。
1.信息流图：反映系统内部以及系统和环境之间信息的传递关 系。 2.资金流图：对系统中与资金有关的活动进行模拟，以达到最 大限度地降低成本、获得最高收益的目的。 3.物流图：模拟系统中物资的流动方向、流量、距离和费用等 内容，对研究工厂布局、计算运费、确定运输工具具有重要意 义。
系统分类： 自然系统、人造系统； 开放系统、闭环系统； 静态系统、动态系统； 实体系统、概念系统； 目的系统、行为系统； 黑色系统、白色系统、灰色系统 离散系统、连续系统
二、学习系统动力学的基础知识
模型的概念
模型是所研究的系统、过程、事物或概念的一种表达形式，也可 指根据实验、图样放大或缩小而制作的样品.
半境画模型、互动投影沙盘等； 按材料分类：木质模型、水晶模型、ABS树脂模型、金属模型等。 模型可以取各种不同的形式，不存在统一的分类原则。按照模型
的表现形式可以分为物理模型、数学模型、结构模型和仿真模型。
7
二、学习系统动力学的基础知识
模型与系统的关系
一个现实的系统可能由于研究目的的不同， 生成不同的模型。
一、系统动力学的概述
系统动力学（Sysytem Dynamics，SD） 是一门综合了反馈控制理论、信息论、系统 论、决策论、计算机仿真和系统分析的试验 方法而发展起来的，定性与定量相结合研究 复杂系统动态行为的应用科学。属于系统科 学与管理科学的一个分支。
1.1 基本观点
系统动力学从系统微观结构入手，构造系统的 基本结构，以“白箱”方式模拟与分析复杂系 统的动态行为。
系统动力学 System Dynamics
课程：高级运筹学 小组成员：王玉雪、吴丹阳、程倩、
周子尧
一、系统动力学的历史
系统动力学出现于1956年， 创始人为美国麻省理工学院 的J．W．Forrester教授。
系统动力学是福瑞斯特教授 于1958年为分析生产管理 及库存管理等企业问题而提 出的系统仿真方法，最初叫 工业动态学。
（1）研究对象的前提：系统动力学所研究的系统必须 是远离平衡的有序的耗散结构。 （2）复杂系统及其特性：是具有多变量、多回路的高 阶非线性反馈系统，具有复杂性、动态性、延时性、突 现性、反直观性等。 （3）内生的观点：系统行为的性质主要（但非全部） 取决于系统内部的结构，即内部的反馈结构与机制
二、学习系统动力学的基础知识
14
四、存量流量图
订货
+
+
库存 —
—
—
库存偏差
+
销售 期望库存
订货
库存
销售
库存调节时间
库存 偏差
期望库存
15
什么是存量？
存量（stock）是指某一指定的时点上，过去生产与积累起 来的产品、货物、储备、资产负债的结存数量。 如：库存商品、银行存款、固定资产 存量类似数学中的积分概念，是一个能够积累的量，在系 统中有单位。
17
一个例子
例如一个学期共有五个月，开学的时候，父母 给你的银行账户转入了10000元，然后每个月 都要花掉2000元，但是你找了一份兼职，每 个月能够赚1000元。 这个问题中： 初始存量：10000元 流量：1000-2000=-1000元 存量：10000-5*1000=5000元
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四、存量流量图
三、因果回路图
杯中水位 +
期望水位
斟水速率
-
+
水位差
+ +
决定添水
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三、因果回路图
出生速率 ++
+-
R
人口数量
B
死亡速率 -
+Байду номын сангаас
出生比例
平均寿命
12
三、因果回路图
1.基本记号
因果链连接线
出生速率
因果链极性 +
人口数量
+
或
R
回路标识符：正反 馈（增强型）回路
Stock（t）=∫[Intt0flow(s)-Outflow(s)]ds+stock(t0)
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什么是流量
流量是指一定时期内发生的某种经济变量变动的数值， 它是在一定的时期内测度的，其大小有时间维度
出生、迁出、迁入、死亡 流量表示存量随时间变化快慢，类似于速率或导数的
概念，单位：存量的单位/单位时间 d(Stock)/dt=Inflow(t)-Outflow(t)
2.1系统的概念 我国系统科学界对系统一词较通用的定义是： 系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分（要素） 结合而成的、具有特定功能的有机整体。
根据概念可以看出，系统的构成必须具备三个基 本条件： 1.两个或两个以上的要素； 2.要素间互相联系； 3.能完成某种特定功能。
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二、学习系统动力学的基础知识
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四、存量流量图
存量流量图的基本要素及其符号 速率变量（rate variable） （1）定义
存量流量图的基本要素及其符号 状态变量(level variable) （1）定义：状态变量是描述系统的积累效应的变量，是数学意义上的
积分，其值可以在瞬间被测量。 （2）计算： 在某个时间间隔内积累变量等于这个时间间隔与输入流
速率和输出流速率差的积，计算公式： LEVEL.K= LEVEL.J+(INFLOW.JK-OUTFLOW.JK)*DT （3）符号：在存量流量图中，状态变量用一个矩形符号表示，在矩形 内写上变量的名称。如： 人口
模型是对系统的简化和抽象。 近似性、可靠性、目的适度。
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二、学习系统动力学的基础知识
系统结构模型化的方法 基础：系统结构的矩阵表示：布尔矩阵 两种系统结构建模方法：DEMATEL方法和
ISM方法
9
有向图的矩阵描述
对于一个有向图，我们可以用一个m×m方形矩阵来表示。m为系统要素 的个数。矩阵的每一行和每一列对应图中一个节点（系统要素）。规定，要 素Si 对Sj 有影响时，矩阵元素aij为1，要素Si对Sj无影响时，矩阵元素aij为0 。即
按用途分类：房地产模型（可分为住宅模型、商业模型、户型模 型、别墅模型、地标）、城市规划模型、区域模型、数字模型、 环境景观模型、方案模型、工业模型（可分为军事模型、机械模 型、车辆模型）、桥梁模型等；
按表现形式分类：现代建筑模型、模型； 按产品属性分类：商业性质模型、公共建筑设施模型； 按技术分类：传统模型、数字化沙盘、多媒体模型、虚拟漫游、
-
或
B
回路标识符：负反 馈（平衡型）回路
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四、存量流量图
流图：根据其反映内容不同，可以分为信息流图、资 金流图和物流图。
1.信息流图：反映系统内部以及系统和环境之间信息的传递关 系。 2.资金流图：对系统中与资金有关的活动进行模拟，以达到最 大限度地降低成本、获得最高收益的目的。 3.物流图：模拟系统中物资的流动方向、流量、距离和费用等 内容，对研究工厂布局、计算运费、确定运输工具具有重要意 义。
系统分类： 自然系统、人造系统； 开放系统、闭环系统； 静态系统、动态系统； 实体系统、概念系统； 目的系统、行为系统； 黑色系统、白色系统、灰色系统 离散系统、连续系统
二、学习系统动力学的基础知识
模型的概念
模型是所研究的系统、过程、事物或概念的一种表达形式，也可 指根据实验、图样放大或缩小而制作的样品.
半境画模型、互动投影沙盘等； 按材料分类：木质模型、水晶模型、ABS树脂模型、金属模型等。 模型可以取各种不同的形式，不存在统一的分类原则。按照模型
的表现形式可以分为物理模型、数学模型、结构模型和仿真模型。
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二、学习系统动力学的基础知识
模型与系统的关系
一个现实的系统可能由于研究目的的不同， 生成不同的模型。
一、系统动力学的概述
系统动力学（Sysytem Dynamics，SD） 是一门综合了反馈控制理论、信息论、系统 论、决策论、计算机仿真和系统分析的试验 方法而发展起来的，定性与定量相结合研究 复杂系统动态行为的应用科学。属于系统科 学与管理科学的一个分支。
1.1 基本观点
系统动力学从系统微观结构入手，构造系统的 基本结构，以“白箱”方式模拟与分析复杂系 统的动态行为。
系统动力学 System Dynamics
课程：高级运筹学 小组成员：王玉雪、吴丹阳、程倩、
周子尧
一、系统动力学的历史
系统动力学出现于1956年， 创始人为美国麻省理工学院 的J．W．Forrester教授。
系统动力学是福瑞斯特教授 于1958年为分析生产管理 及库存管理等企业问题而提 出的系统仿真方法，最初叫 工业动态学。
（1）研究对象的前提：系统动力学所研究的系统必须 是远离平衡的有序的耗散结构。 （2）复杂系统及其特性：是具有多变量、多回路的高 阶非线性反馈系统，具有复杂性、动态性、延时性、突 现性、反直观性等。 （3）内生的观点：系统行为的性质主要（但非全部） 取决于系统内部的结构，即内部的反馈结构与机制
二、学习系统动力学的基础知识
14
四、存量流量图
订货
+
+
库存 —
—
—
库存偏差
+
销售 期望库存
订货
库存
销售
库存调节时间
库存 偏差
期望库存
15
什么是存量？
存量（stock）是指某一指定的时点上，过去生产与积累起 来的产品、货物、储备、资产负债的结存数量。 如：库存商品、银行存款、固定资产 存量类似数学中的积分概念，是一个能够积累的量，在系 统中有单位。
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一个例子
例如一个学期共有五个月，开学的时候，父母 给你的银行账户转入了10000元，然后每个月 都要花掉2000元，但是你找了一份兼职，每 个月能够赚1000元。 这个问题中： 初始存量：10000元 流量：1000-2000=-1000元 存量：10000-5*1000=5000元
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四、存量流量图