系统仿真-PPT课件
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系统仿真及系统动力学方法课件
集成两者，可以预测不同政策下交通系统的长期性能，为政策制定提供决策支持。
案例二：电力系统规划
利用系统动力学分析电力需求的增长趋势以及可再生能源的发展潜力。
通过系统仿真模拟电力系统的运行和调度，评估系统的可靠性、经济性和环保性。
集成两者，可以制定电力系统的长期发展规划，确定合理的电源结构和技术路线。
优点是可以详细地模拟系统的实际运行过程，缺点是建模和编程较为复杂。
03
02
01
应用
适用于具有反馈回路、非线性、动态复杂等特点的社会、经济、生态等系统的研究，如城市规划、环境保护、企业管理等领域。
概念
系统动力学仿真是一种基于系统动力学理论，通过计算机仿真技术来研究系统动态行为的方法。
优缺点
优点是可以揭示系统的动态行为和演化规律，缺点是需要对系统的结构和参数进行较为准确的刻画和测量。
概念
常用于解决概率论、数理统计、计算物理等领域中的复杂问题，如随机数生成、积分计算、概率分布模拟等。
应用
优点是可以处理高维度、非线性、复杂的问题；缺点是收敛速度较慢，需要大量的样本数量。
优缺点
离散事件仿真是一种通过模拟系统中离散事件的发生过程，来研究系统行为的方法。
概念
应用
优缺点
适用于具有离散、间断、异步等特点的系统，如生产制造系统、交通运输系统、计算机网络系统等。
精确性：通过系统仿真，可以精确地模拟系统的实际行为，减少因简化假设而引起的误差。
可用性：系统动力学模型可以为系统仿真提供理论支持和指导，帮助理解仿真结果的内在逻辑。
01
02
03
04
案例一：城市交通系统分析
利用系统动力学建立城市交通需求的长期预测模型，考虑人口、经济、政策等多种因素。
系统仿真ppt课件
本章主要内容
系统 系统模型 系统仿真 仿真的发展
一、系统
定义：相互联系且相互作用的对象的有机组合 （本课程的研究对象） 系统特征
均由一些相关的实体组合而成 实体具有自身的特征：属性 系统通常是动态的，其变化过程称为活动 工程系统：电气、机械、化工、水利等 非工程系统：经济、交通、管理、生态等
基本特点：能用一组方程式描述 一般的物理系统、工程系统均属此类（连续 流程工业、石油、化工、医药等）
离散事件系统仿真
系统状态只在一些时间点上由于某种随机事 件的驱动而发生变化（状态是在两个事件之 间保持不变即离散变化） 数学模型：一般不是数学方程，而用流程图 或者网络图描述 当前的研究热点，如城市交通系统、计算机 网络、生态系统，管理系统、柔性制造系统、 计算机集成制造系统等
便于重复进行试验，便于控制参数，时间短， 代价小。 可以在真实系统建立起来之前，预测其行为效 果，从而可以从不同结构或不同参数的模型的 结果比较之中，选择最佳模型。 对于缺少解析表示的系统，或虽有解析表示但 无法精确求解的系统，可以通过仿真获得系统 运行的数值结果。 对于随机性系统，可以通过大量的重复试验， 获得其平均意义上的特性指标。
本课程有何用处？
科研：
控制：机器人、月球车、预测控制 网络：用户行为研究、P2P网络研究、服务 器集群性能研究
仿真技术几乎应用于所有的研究与技术 领域，它可以缩短研发周期、改进生产 过程、降低成本以及辅助决策
主要内容
系统仿真概论 仿真模型与建模方法论 连续系统仿真方法学 离散事件系统仿真基础 离散事件系统仿真方法学 仿真结果分析 先进仿真技术与应用
《物流系统仿真》课件
结果与展示
1
仿真结果的解读与分析
解读物流系统仿真的结果，分析其对物流系统优化的意义和影响。
2
可视化展示
介绍如何通过可视化手段展示物流系统仿真结果，以便更好地传达和理解。
3
模型优化与改进
讨论如何根据仿真结果对物流系统进行优化和改进，以提高效率和效益。
案例研究
电商物流系统仿真案 例分析
通过一个电商物流系统的 仿真案例，分析如何优化 流程、减少成本和提高服 务质量。
未来发展方向
探讨未来物流系统仿真可能的发展方向，以应对复杂和多变的物流环境。
珍惜生命，远离PPT
以幽默的方式提醒听众珍惜生命，不要过度沉迷于制作和观看PPT。
《物流系统仿真》PPT课件
**注：本PPT课件仅作参考，不作商业用途。**
小案例：建立一建立一个物流系统的仿真模型。
仿真环境
仿真环境的搭建
介绍如何搭建具有真实性的物 流系统仿真环境。
仿真参数的设置
讨论仿真参数的选择与设置， 以确保仿真结果的准确性。
仿真实验的运行与分析
解读和分析物流系统仿真实验 的结果图表，并提出改进建议。
《物流系统仿真》PPT课件
# 物流系统仿真 ## 概述 - 什么是物流系统仿真？ - 为什么需要进行物流系统仿真？ - 物流系统仿真的应用场景
建模方法
物流系统仿真的建模方法
介绍物流系统仿真的常用建模方法，包括离散事件仿真和连续仿真。
数据采集与处理
讨论从实际物流系统中获取数据，并展示如何对数据进行处理和导入仿真模型。
物流中心布局优化案 例分析
以一个物流中心布局的优 化案例为例，探讨如何通 过仿真来提高物流设施的 布局。
物流运输路径规划仿 真案例分析
物流系统仿真 第一章PPT课件
1.每个顾客的到达时间间隔 A1,A2,A3,…（一般是随机数） 2.每个顾客的服务时间 S1,S2,S3,…（一般是随机数） 3.模拟的顾客数 (模拟长度) 4.模拟的初始条件
Ai,Si 怎么能知道呢?-- 需要进行输入数据的分析
*
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12
1.2 离散系统模拟的基本方法
计算机模拟的基本过程：
A
系统分析 初建模型
实验性模拟
N 模型合 适否? Y
输入数据 收集分析
实验设计 模拟
建立或修 改模型
输出数据 分析
编制程序
*
A
建立文档
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13
1.3 模拟语言简介
1. 模拟可使用各种计算机高级语言 2. 专用模拟语言的优点:
1.通用性好. 提供常用的功能模块 2.模块设计原则与模拟过程相仿 3.具有动态存储分配功能, 速度快 4.有标准输出 5.面向过程,简单明了
5)实体: 系统中与研究目的有关的人, 物, 设备等系统 的组成因素。分流动（活动）实体和永久实 体。
1.理发师状态 2.排队长度 3.各顾客到达时间 4.各顾客服务时间 5.模拟钟时间
6)模拟钟: 模拟模型中表示时间的变量。
*
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1.2 离散系统模拟的基本方法
例:单窗口排队系统 (M/M/1)
8
1.1 概述
3.模拟模型中常见的术语
1)系统变量: 描述系统特征的各种指标或性能, 常随 时间变化。
2)参数: 表征各种系统变量的值。
例：理发店系统模型
3)系统的状态: 某个指定时刻, 所有系统变量的集合。
的系统变量为：
4)事件: 导致系统状态发生变化的过程。不引起系统 状态变化的过程不称为事件。
Ai,Si 怎么能知道呢?-- 需要进行输入数据的分析
*
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1.2 离散系统模拟的基本方法
计算机模拟的基本过程：
A
系统分析 初建模型
实验性模拟
N 模型合 适否? Y
输入数据 收集分析
实验设计 模拟
建立或修 改模型
输出数据 分析
编制程序
*
A
建立文档
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1.3 模拟语言简介
1. 模拟可使用各种计算机高级语言 2. 专用模拟语言的优点:
1.通用性好. 提供常用的功能模块 2.模块设计原则与模拟过程相仿 3.具有动态存储分配功能, 速度快 4.有标准输出 5.面向过程,简单明了
5)实体: 系统中与研究目的有关的人, 物, 设备等系统 的组成因素。分流动（活动）实体和永久实 体。
1.理发师状态 2.排队长度 3.各顾客到达时间 4.各顾客服务时间 5.模拟钟时间
6)模拟钟: 模拟模型中表示时间的变量。
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1.2 离散系统模拟的基本方法
例:单窗口排队系统 (M/M/1)
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1.1 概述
3.模拟模型中常见的术语
1)系统变量: 描述系统特征的各种指标或性能, 常随 时间变化。
2)参数: 表征各种系统变量的值。
例：理发店系统模型
3)系统的状态: 某个指定时刻, 所有系统变量的集合。
的系统变量为：
4)事件: 导致系统状态发生变化的过程。不引起系统 状态变化的过程不称为事件。
物流系统仿真PPT课件
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五. 随机数的产生方法
合理确定随机数是蒙特卡洛法的关键。 常用的产生随机数的方法：
❖直接法。如抛硬币、袋中摸球、转动轮盘等。 ❖物理法。如脉冲发生器、数字位移寄位器等作为随机数
发生器，产生随机数序列。 ❖数学法（伪随机数法）。利用数学方法，通过计算产生
具有某种分布特征的随机数。（可利用计算机生成） ❖查随机数表。
计算机仿真是一种描述性技术，是一种定量分析方法。通 过建立某一过程或某一系统的模式，来描述该过程或该系 统，然后用一系列有目的、有条件的计算机仿真实验来刻 画系统的特征，从而得出数量指标，为决策者提供有关这 一过程或系统的定量分析结果，作为决策的理论依据。
计算机仿真技术适用于系统复杂、有大量随机因素存在而 又难以用其他定量技术解决的情况。
7
五. 系统仿真的类型
按照系统中实体成活动的动态形式分类
❖连续系统仿真和离散系统仿真。
➢ 如果系统变化的主要方面是连续的，那么对此所进行的仿真为 连续系统的仿真。
➢ 如果系统变化的主要方面是离散的，那么对此所进行的仿真为 离散系统的仿真。
➢ 连续系统的仿真方法主要通过常微分方程的求解，利用改变系 统的边界条件与初始值以研究系统的变化。
18
六. 仿真结果的处理
任何仿真问题的个别具体解本身并不表征这个系 统。
只有得到了很多的个别具体解之后．通过对它们 进行处理，才能获得我们所要知道的决策变量和 目标函数之间存在的关系。
19
3 计算机仿真
20
一. 计算机仿真的概念
计算机仿真是用计算机对系统的结构、功能和行为以及参 与系统控制的人的思维过程和行为进行动态、逼真的模仿。
用计算机仿真方法解决较大系统问题的成本高、时间长。
五. 随机数的产生方法
合理确定随机数是蒙特卡洛法的关键。 常用的产生随机数的方法：
❖直接法。如抛硬币、袋中摸球、转动轮盘等。 ❖物理法。如脉冲发生器、数字位移寄位器等作为随机数
发生器，产生随机数序列。 ❖数学法（伪随机数法）。利用数学方法，通过计算产生
具有某种分布特征的随机数。（可利用计算机生成） ❖查随机数表。
计算机仿真是一种描述性技术，是一种定量分析方法。通 过建立某一过程或某一系统的模式，来描述该过程或该系 统，然后用一系列有目的、有条件的计算机仿真实验来刻 画系统的特征，从而得出数量指标，为决策者提供有关这 一过程或系统的定量分析结果，作为决策的理论依据。
计算机仿真技术适用于系统复杂、有大量随机因素存在而 又难以用其他定量技术解决的情况。
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五. 系统仿真的类型
按照系统中实体成活动的动态形式分类
❖连续系统仿真和离散系统仿真。
➢ 如果系统变化的主要方面是连续的，那么对此所进行的仿真为 连续系统的仿真。
➢ 如果系统变化的主要方面是离散的，那么对此所进行的仿真为 离散系统的仿真。
➢ 连续系统的仿真方法主要通过常微分方程的求解，利用改变系 统的边界条件与初始值以研究系统的变化。
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六. 仿真结果的处理
任何仿真问题的个别具体解本身并不表征这个系 统。
只有得到了很多的个别具体解之后．通过对它们 进行处理，才能获得我们所要知道的决策变量和 目标函数之间存在的关系。
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3 计算机仿真
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一. 计算机仿真的概念
计算机仿真是用计算机对系统的结构、功能和行为以及参 与系统控制的人的思维过程和行为进行动态、逼真的模仿。
用计算机仿真方法解决较大系统问题的成本高、时间长。
虚拟仿真教学系统ppt课件
5
三、系统设计思路
（二）模拟折叠纸盒立体成型过程：用时间传感器 节点设置一个时间轴，用变化方位的动态节点控制 体板的旋转，再通过节点将2者结合起来，使体板按 顺序折叠成型。见图二。
6
三、系统设计思路
（三）结构的参数化设计：由于不同物品对包装纸盒的尺寸要 求不一，所以每次改变尺寸都需要重新制作图纸，而采用参数 化设计，可以只用只做一次图纸，通过输入尺寸，控制纸盒大 小。 （四）模拟折叠纸盒的运行结果：运行纸盒的虚拟设计系统， 输入纸盒尺寸，设计系统即显示用户所需尺寸的折叠纸盒，然 后通过控制纸盒旋转成型。见图三。
3
二、系统功能及特点
（一）便于操作的实时三维修改； （二）可视化材料编辑功能； （三）三维立体文件输出功能；
4
三、系统设计思路
（一）结构设计：可以一改传统的平面设计方式， 而用立体结构来表示纸盒的每一块体板，见图1，将 纸板厚度表现在盒型的平面结构中，更真实地反应 纸盒的设计尺寸、成型过程和展示效果。同时，利 用参数化设计，通过技术实现与用户的实时交互。
9
Thanks all!来自107三、系统设计思路
（四）模拟折叠纸盒的运行结果：运行纸盒的虚拟设计系统， 输入纸盒尺寸，设计系统即显示用户所需尺寸的折叠纸盒，然 后通过控制纸盒旋转成型。见图三。
8
四、系统应用于教学中的优势
（一）发展课堂教学，在信息展示方式上打破时间与空间 的限制。 （二）弥补教学条件的不足 （三）节省大量教学成本 （四）促进数字化校园的建设
WINFUND TECHNOLOGY
虚拟仿真教学系统
1
目录
一．合作背景与意义
二．系统功能及特点
三．系统设计思路 四．系统应用于教学中的优势
三、系统设计思路
（二）模拟折叠纸盒立体成型过程：用时间传感器 节点设置一个时间轴，用变化方位的动态节点控制 体板的旋转，再通过节点将2者结合起来，使体板按 顺序折叠成型。见图二。
6
三、系统设计思路
（三）结构的参数化设计：由于不同物品对包装纸盒的尺寸要 求不一，所以每次改变尺寸都需要重新制作图纸，而采用参数 化设计，可以只用只做一次图纸，通过输入尺寸，控制纸盒大 小。 （四）模拟折叠纸盒的运行结果：运行纸盒的虚拟设计系统， 输入纸盒尺寸，设计系统即显示用户所需尺寸的折叠纸盒，然 后通过控制纸盒旋转成型。见图三。
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二、系统功能及特点
（一）便于操作的实时三维修改； （二）可视化材料编辑功能； （三）三维立体文件输出功能；
4
三、系统设计思路
（一）结构设计：可以一改传统的平面设计方式， 而用立体结构来表示纸盒的每一块体板，见图1，将 纸板厚度表现在盒型的平面结构中，更真实地反应 纸盒的设计尺寸、成型过程和展示效果。同时，利 用参数化设计，通过技术实现与用户的实时交互。
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Thanks all!来自107三、系统设计思路
（四）模拟折叠纸盒的运行结果：运行纸盒的虚拟设计系统， 输入纸盒尺寸，设计系统即显示用户所需尺寸的折叠纸盒，然 后通过控制纸盒旋转成型。见图三。
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四、系统应用于教学中的优势
（一）发展课堂教学，在信息展示方式上打破时间与空间 的限制。 （二）弥补教学条件的不足 （三）节省大量教学成本 （四）促进数字化校园的建设
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虚拟仿真教学系统
1
目录
一．合作背景与意义
二．系统功能及特点
三．系统设计思路 四．系统应用于教学中的优势
《控制系统仿真》课件
仿真实验平台的设计与构建
设计和构建仿真实验平台是实现控制系统仿真的关键，我们将讨论其设计要 点和成功案例。
《控制系统仿真》PPT课 件
控制系统仿真是一门关键的技术，本课件将介绍仿真的概念、分类及应用领 域，探讨仿真技术在工程中的实际效果和未来发展趋势。
控制系统仿真的概念介绍
通过仿真技术，我们可以建立虚拟模型来模拟和分析各种控制系统的行为和性能，从而帮助优化设计和决策过 程。
仿真的分类及应用领域
仿真分类
从物理仿真到计算机仿真，各种仿真方法和技术提供了不同领域的应用。
应用领域
控制系统仿真可应用于轨道交通、飞行控制、智能家居、制造业和医疗系统等领域。
案例
我们将介绍仿真在轨道交通、飞行控制、智能家居、制造业和医疗系统中的成功应用案例。
传统控制方法与仿真的优劣比较
1 传统控制方法
传统控制方法存在一些局限性，缺乏对系统细节和非线性特征的准确建模。
2 仿真优势
仿真技术可以提供更全面、准确和灵活的系统分析，帮助指导决策和改进控制策略。
3 案例
我们将比较和探讨传统控制方法和仿真技术之间的优势，并分享成功案例。
仿真工具软件的选择与使用
1
选择仿真软件
根据需求和项目特点选择合适的仿真工
学习与使用
2
具软件，如Matlab/Simulink、LabVIEW等。
了解仿真软件的特点和功能，并学习如
何使用它们进行系统建模和仿真实验。
3
成功案例
我们将分享一些使用仿真工具软件取得 成功的案例，并提供使用技巧和指导。
仿真模型的建立与验证
建立仿真模型是控制系统仿真的关键环节，我们将分享建立和验证仿真模型 的方法和技巧。
《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
第一章 绪论 《系统建模与仿真》PPT课件
分相邻两工件均在弯道与分别位于
弯道和直道两种情况讨论。对于前 者有：
a l L1(r) 2r arctan r b
对于分别位于弯道和直道的情况，
则有：
l L2 (r) a
r 2 b2 2r arctan
rb r b
例如，一个长为l，质量为m单摆，单摆的运动是简谐运动，其周期 是
T 2 l
系统建模与仿真的发展历史及趋势
年代
1600～1940
20世纪40年代
20世纪50年代中 期
20世纪60年代
20世纪70年代
20世纪70年代中 期
20世纪70年代中 期
20世纪80年代中 期
20世纪90年代
发展的主要特点 在物理科学基础上的建模 电子计算机的出现 仿真应用于航空领域
工业控制过程的仿真 包括经济、社会和环境因素的大系统仿真 系统与仿真的结合，如用于随机网络建模的SLAM仿真系统
从题目给的已知条件，可以列出以下情况：
2的倍数加1＝3、5、7……119； 3的倍数加2＝5、8、11……119； 4的倍数加3＝7、11、15……119；
5的倍数加4＝9、14、19……119； 6的倍数加5＝11、17、23……119；
119
7的倍数加0＝7、14、21、……119。
多面体的顶点数、面数与棱数
不适合仿真的规则
1.当问题可用普通方法解决时，不应使用仿真。 2.问题可得到解析解时，不应使用仿真。 3.如果直接实验更为简单，不应使用仿真。 4.如果成本超过仿真节约的费用，不使用仿真。 5.如果没有足够的资源，不使用仿真。 6.如果没有足够的时间，不使用仿真。 7.如果无数据可用，甚至无法估计，则不建议使用仿真。 8.如果没有足够的时间或无人可用，则仿真是不适合的。 9.如果对仿真有不合理的预期（如要求过多过快，或对 仿真德能力被过高估计），则仿真是不适合的。 10.如果系统行为太复杂或不可定义，则不适合使用仿 真
物流系统模拟与仿真课件ppt35页
29
物流系统仿真应用
30
31
32
型；
7
中国人口问题？
SARS!
2003的记忆
8
9
仿真的作用与优缺点
仿真的作用？ 仿真的优点？ 仿真的缺点？ ——到学期中和学期末再来讨论一下
10
仿真的作用
对已经发生的系统历史过程， 用于理解实际系统，进行
通过仿真进行再现，以研究 What if分析
其规律
用于对一个系统的多种方案
研究一个尚未存在的对象系 对比研究
系统
按照某些规律结合起来、相互作用、相互依存的所有实 体的有机组合。
模型
对应的真实对象、真实关系中那些有用的、令人感兴趣 的特性的抽象，是对系统某些本质方面的描述，以各 种可用的形式提供被研究系统的描述信息。
13
仿真 Simulation
仿真(Simulation)是对实际过程或系统随时间变化的运作的 模仿(imitation, mimic)。仿真通过建立系统模型(System model)来描述实际系统的行为。
20世纪80年代中期 集成化建模与仿真环境
20世纪90年代
可视化建模仿真，虚拟现实仿真，分布交互仿真
19
系统建模与仿真的发展趋势
90年代以来，计算机仿真技术朝着一体化建模与仿真环境 的方向稳步发展。新的研究热点如：
面向对象仿真（object-oriented simulation, OOS） 定性仿真（qualitative simulation, QS） 智能仿真（intelligence simulation, IS） 分布交互仿真（distributed interactive simulation, DIS） 可视化仿真（visual simulation, VS） 多媒体仿真（multimedia simulation, MS） 虚拟现实仿真（virtual reality simulation, VRS） Internet网上仿真
物流系统仿真应用
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型；
7
中国人口问题？
SARS!
2003的记忆
8
9
仿真的作用与优缺点
仿真的作用？ 仿真的优点？ 仿真的缺点？ ——到学期中和学期末再来讨论一下
10
仿真的作用
对已经发生的系统历史过程， 用于理解实际系统，进行
通过仿真进行再现，以研究 What if分析
其规律
用于对一个系统的多种方案
研究一个尚未存在的对象系 对比研究
系统
按照某些规律结合起来、相互作用、相互依存的所有实 体的有机组合。
模型
对应的真实对象、真实关系中那些有用的、令人感兴趣 的特性的抽象，是对系统某些本质方面的描述，以各 种可用的形式提供被研究系统的描述信息。
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仿真 Simulation
仿真(Simulation)是对实际过程或系统随时间变化的运作的 模仿(imitation, mimic)。仿真通过建立系统模型(System model)来描述实际系统的行为。
20世纪80年代中期 集成化建模与仿真环境
20世纪90年代
可视化建模仿真，虚拟现实仿真，分布交互仿真
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系统建模与仿真的发展趋势
90年代以来，计算机仿真技术朝着一体化建模与仿真环境 的方向稳步发展。新的研究热点如：
面向对象仿真（object-oriented simulation, OOS） 定性仿真（qualitative simulation, QS） 智能仿真（intelligence simulation, IS） 分布交互仿真（distributed interactive simulation, DIS） 可视化仿真（visual simulation, VS） 多媒体仿真（multimedia simulation, MS） 虚拟现实仿真（virtual reality simulation, VRS） Internet网上仿真
课件：第03章.离散事件系统仿真ppt
与活动扫描法类似的是，进程交互法也设置了条件测试模块，当系统仿 真钟推进到某一时刻时，对每一成分事件进行条件判断。
➢ ④ 将来事件表 将来事件表FEL是将来某个时刻发生的事件的事件记录。
➢ ⑤ 当前事件表 前事件表CEL是当前时间点开始有资格执行的事件的事件记录。
➢ ⑥ 进程表 将时间与活动按时间顺序进行组合，一个成分一旦进入进程，在条件允
面向对象的离散事件系统仿真
• 在面向对象仿真中，组成系统的实体以对象来描述。对象有三 个基本的描述部分，即属性、活动和消息。 每个对象都是一个封装了对象的属性及对象状态变化操作的自主的 模块，对象之间靠消息传递来建立联系以协调活动。对象内部不仅 封装了对象的属性还封装了描述对象运动及变化规律的内部和外部 转换函数。这些函数以消息或时间来激活，在满足一定条件时产生 相应的活动。消息和活动可以同时产生，即所谓的并发，但在单 CPU 计算机上，仍须按一定的仿真策略进行调度。在并行计算机和 分布式仿真环境中，仿真策略则可以更加灵活、方便。
– （3）活动扫描法的步 骤
上述过程用程序流程表示为：
初始化时间和成分状态
设置系统仿真钟 TIME= t0 While(TIME<= T∞)则执行扫描
for j=最高优先级数到最低优先级数 将优先数为j的成分置成I if t0(I)<=TIME且Da(S)=true
执行活动子程序I 退出重新扫描
end for TIME=min(ta|a ∈FUTURE(S)) end while 活动扫描法的程序结构如右图所示。
Y 执行该成分
确定该成分的下一事件
推进TIME
N 仿真结束？
Y 输出结果
将FEL中TIME时刻发生的 事件记录移到CEL中
➢ ④ 将来事件表 将来事件表FEL是将来某个时刻发生的事件的事件记录。
➢ ⑤ 当前事件表 前事件表CEL是当前时间点开始有资格执行的事件的事件记录。
➢ ⑥ 进程表 将时间与活动按时间顺序进行组合，一个成分一旦进入进程，在条件允
面向对象的离散事件系统仿真
• 在面向对象仿真中，组成系统的实体以对象来描述。对象有三 个基本的描述部分，即属性、活动和消息。 每个对象都是一个封装了对象的属性及对象状态变化操作的自主的 模块，对象之间靠消息传递来建立联系以协调活动。对象内部不仅 封装了对象的属性还封装了描述对象运动及变化规律的内部和外部 转换函数。这些函数以消息或时间来激活，在满足一定条件时产生 相应的活动。消息和活动可以同时产生，即所谓的并发，但在单 CPU 计算机上，仍须按一定的仿真策略进行调度。在并行计算机和 分布式仿真环境中，仿真策略则可以更加灵活、方便。
– （3）活动扫描法的步 骤
上述过程用程序流程表示为：
初始化时间和成分状态
设置系统仿真钟 TIME= t0 While(TIME<= T∞)则执行扫描
for j=最高优先级数到最低优先级数 将优先数为j的成分置成I if t0(I)<=TIME且Da(S)=true
执行活动子程序I 退出重新扫描
end for TIME=min(ta|a ∈FUTURE(S)) end while 活动扫描法的程序结构如右图所示。
Y 执行该成分
确定该成分的下一事件
推进TIME
N 仿真结束？
Y 输出结果
将FEL中TIME时刻发生的 事件记录移到CEL中
《控制系统仿真》课件
高速公路交通控制
模拟高速公路的交通流，对智能交通系统进行评估和优化，提高高速公路的通 行效率和安全性。
机器人控制系统的仿真
工业机器人控制
通过仿真技术模拟工业机器人的运动轨迹和作业过程，对机 器人的控制系统进行优化和控制，提高生产效率和作业精度 。
服务机器人控制
模拟服务机器人的交互过程和作业环境，对机器人的感知和 决策系统进行评估和优化，提高服务机器人的智能化水平。
01
02
高效性
通过计算机进行仿真，大大缩短了实 验时间，提高了效率。
03
安全性
在真实系统上进行实验前，先进行仿 真实验，可以避免不必要的损失和危 险。
05
04
可重复性
仿真实验可以重复进行，方便对同一 问题从不同角度进行分析。
仿真在控制系统中的作用
预测系统性能
通过仿真实验，可以预测实际系统的性能， 为系统设计提供依据。
某型汽车自动驾驶控制系统的仿真实验
总结词
汽车自动驾驶控制系统是未来智能交通系统 的重要组成部分，通过仿真实验可以模拟汽 车在不同道路条件下的行驶轨迹和姿态变化 ，评估自动驾驶控制系统的性能和安全性。
详细描述
该实验采用汽车数学模型和计算机仿真技术 ，模拟了汽车在不同道路条件下的行驶行为 ，包括道路几何特征、交通流和车辆动力学 等子系统的相互作用。通过调整控制参数和 优化算法，实验结果验证了自动驾驶控制系
某型无人机控制系统的仿真实验
总结词
无人机控制系统是实现无人机自主飞行的关 键，通过仿真实验可以模拟无人机的飞行轨 迹和姿态变化，评估控制系统的性能和可靠 性。
详细描述
该实验采用无人机数学模型和计算机仿真技 术，模拟了无人机在不同飞行条件下的动态 行为，包括飞行动力学、导航和控制等子系 统的相互作用。通过调整控制参数和优化算 法，实验结果验证了控制系统的稳定性和鲁 棒性。
模拟高速公路的交通流，对智能交通系统进行评估和优化，提高高速公路的通 行效率和安全性。
机器人控制系统的仿真
工业机器人控制
通过仿真技术模拟工业机器人的运动轨迹和作业过程，对机 器人的控制系统进行优化和控制，提高生产效率和作业精度 。
服务机器人控制
模拟服务机器人的交互过程和作业环境，对机器人的感知和 决策系统进行评估和优化，提高服务机器人的智能化水平。
01
02
高效性
通过计算机进行仿真，大大缩短了实 验时间，提高了效率。
03
安全性
在真实系统上进行实验前，先进行仿 真实验，可以避免不必要的损失和危 险。
05
04
可重复性
仿真实验可以重复进行，方便对同一 问题从不同角度进行分析。
仿真在控制系统中的作用
预测系统性能
通过仿真实验，可以预测实际系统的性能， 为系统设计提供依据。
某型汽车自动驾驶控制系统的仿真实验
总结词
汽车自动驾驶控制系统是未来智能交通系统 的重要组成部分，通过仿真实验可以模拟汽 车在不同道路条件下的行驶轨迹和姿态变化 ，评估自动驾驶控制系统的性能和安全性。
详细描述
该实验采用汽车数学模型和计算机仿真技术 ，模拟了汽车在不同道路条件下的行驶行为 ，包括道路几何特征、交通流和车辆动力学 等子系统的相互作用。通过调整控制参数和 优化算法，实验结果验证了自动驾驶控制系
某型无人机控制系统的仿真实验
总结词
无人机控制系统是实现无人机自主飞行的关 键，通过仿真实验可以模拟无人机的飞行轨 迹和姿态变化，评估控制系统的性能和可靠 性。
详细描述
该实验采用无人机数学模型和计算机仿真技 术，模拟了无人机在不同飞行条件下的动态 行为，包括飞行动力学、导航和控制等子系 统的相互作用。通过调整控制参数和优化算 法，实验结果验证了控制系统的稳定性和鲁 棒性。
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便于重复进行试验，便于控制参数，时间短， 代价小。 可以在真实系统建立起来之前，预测其行为效 果，从而可以从不同结构或不同参数的模型的 结果比较之中，选择最佳模型。 对于缺少解析表示的系统，或虽有解析表示但 无法精确求解的系统，可以通过仿真获得系统 运行的数值结果。 对于随机性系统，可以通过大量的重复试验， 获得其平均意义上的特性指标。
系统仿真与计算机仿真
系统仿真的概念 计算机仿真是一种非实物仿真方法，是用计算 机对一个系统的结构和行为进行动态演示, 以 评价或预测一个系统的行为效果,为决策提供信 息的一种方法.它是解决较复杂的实际问题的一 条有效途径。 现在一般认为系统仿真等同于计算机仿真
为什么要进行计算机仿真
即从可行性、经济性以及安全性等角度 考虑，需要在能模拟实际系统或待设计 系统的系统模型上进行研究
模型分类（按表示方式）
物理模型：实体模型。实际系统尺寸上缩小 或放大后的相似体。描述的逼真感强，但建 模费用大，不易试验，修改参数或结构困难 数学模型：用数学形式描述实际系统的结构 和性能，可以描述系统的静态或动态特性。 建模费用低，可反复试验
自治系统(autonomous) 系统无输入变量 非自治系统 系统有输入变量 闭系统 开系统 无记忆系统 有记忆系统 线性系统 非线性系统 系统无输入、输出变量 系统有输入、输出变量 系统无状态变量 系统有状态变量 系统的输入输出满足齐次性和叠加性 系统的输入输出不满足齐次性和叠加性
二、系统模型
相似原理与相似理论
系统仿真遵循相似原理：
几何相似：风洞试验等，工作原理相同、质 地相同，但几何尺寸不同 环境相似：虚拟现实等 性能相似：数学模型，计算机仿真
在具体实现时，则基于相似理论，对应 仿真的不同层次
相似理论
按物理特征分类
按状态变化方式分类 连续系统
系统状态量随时间连续变化 系统状态只在一些时间点上由于某种随机事件的 驱动而发生变化
离散事件系统
按复杂程度分类 单变量系统 多变量系统
其它分类 确定系统 随机系统
特征 系统输入和输出变量间有完全确定的函数关系 系统内部或环境存在不确定因素并影响输出变量
计算机仿真的应用
长江三峡工程
三峡水库总库容393 亿立方米，总装机容量 1820万千瓦，将是世界上最大的水电站。 但是三峡的安全问题是一个很重要的问题，我 们不可能等到建好后再看它的安全性，用计算机仿 真就可以很好的解决这一问题。
计算机仿真的应用
飞机设计
飞机设计中有一个重要环节：风洞试验。 实际的风洞试验费用巨大。 使用计算机仿真进行模拟风洞试验，使费用大大降低。
研究系统的目的
了解系统各组成部分间的关系（内部特性） 预测系统在一种新的工作策略下的执行情况 （外部行为） 不具有可行性：系统未建成、行为预测 代价昂贵：生产过程、大型系统、生态系统 不安全：核试验、碰撞试验、军事演习
有时不能直接把系统作为试验对象
其它包括涉及到主观因素影响或者不能复原 的试验等等
系统仿真
(控制系统仿真) System Simulation
联系方法
王雷 电二楼215实验室 3603245 信箱：系楼二楼
课程简介
系统仿真技术涉及到建模理论、计算机 软件、数值方法、嵌入式系统、网络、 工程设计等方面的知识，是学科交叉发 展的结果。通过本课程的学习，学生可 以掌握仿真工程的相关内容，包括建模 技术、仿真算法与仿真结果分析方法等。 本课程还将介绍最新的仿真技术及其应 用。
复杂系统仿Байду номын сангаас时往往两者相结合
三、系统仿真
仿真的定义变迁
1961年，G.W. Morgenthater首次定义仿真：在实 际系统尚不存在的情况下对于系统或活动本质的实 现 1978年，Korn的著作《连续系统仿真》定义：用能 代表所研究的系统的模型作实验 1982年，Spriet扩充定义：所有支持模型建立与模 型分析的活动即为仿真活动 1984年，Oren提出：仿真是一种基于模型的活动
本章主要内容
系统 系统模型 系统仿真 仿真的发展
一、系统
定义：相互联系且相互作用的对象的有机组合 （本课程的研究对象） 系统特征
均由一些相关的实体组合而成 实体具有自身的特征：属性 系统通常是动态的，其变化过程称为活动 工程系统：电气、机械、化工、水利等 非工程系统：经济、交通、管理、生态等
参考书
系统仿真导论，肖田元等，清华大学出 版社，2000 建模与仿真，王红卫，科学出版社， 2019 仿真工程，(美)Jim Ledin，机械工业出 版社，2019
第一章 系统仿真概论
系统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，以计算机和其它专用物理效应设 备为工具，利用系统模型对真实或假想 的系统进行试验，并借助于专家经验知 识、统计数据和信息资料对试验结果进 行分析研究，进而做出决策的一门综合 性的和试验性的学科
适合计算机仿真的问题
难以用数学公式表示的系统，或者没有建立和求解数 学模型的有效方法． 虽然可以用解析的方法解决问题，但数学的分析与计 算过于复杂，这时计算机仿真可能提供简单可行的求 解方法． 希望能在较短的时间内观察到系统发展的全过程，以 估计某些参数对系统行为的影响． 难以在实际环境中进行实验和观察时，计算机仿真是 唯一可行的方法，例如太空飞行的研究． 需要对系统或过程进行长期运行比较，从大量方案中 寻找最优方案．
本课程有何用处？
科研：
控制：机器人、月球车、预测控制 网络：用户行为研究、P2P网络研究、服务 器集群性能研究
仿真技术几乎应用于所有的研究与技术 领域，它可以缩短研发周期、改进生产 过程、降低成本以及辅助决策
主要内容
系统仿真概论 仿真模型与建模方法论 连续系统仿真方法学 离散事件系统仿真基础 离散事件系统仿真方法学 仿真结果分析 先进仿真技术与应用