《系统建模与仿真》概论

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1、系统建模与仿真系统建模与仿真概论概论系统仿真系统仿真-建立系统的模型建立系统的模型, ,并在模型上进行实验并在模型上进行实验. . 例如例如:(1):(1)将按一定比例缩小的飞行器模型置于风洞中吹风将按一定比例缩小的飞行器模型置于风洞中吹风, , 测出飞行器的升力、阻力、力矩等特性；测出飞行器的升力、阻力、力矩等特性； (2)(2)要建设一个大水电站要建设一个大水电站, ,先建一个规模缩小的小水电先建一个规模缩小的小水电 站来取得建设水电站的经验及其运行规律站来取得建设水电站的经验及其运行规律. . (3) (3)指挥员利用沙盘来指挥一个战役或一个战斗指挥员利用沙盘来指挥一个战役或一个战斗.

2、.系统仿真是系统仿真是分析和研究各种（复杂）系统的重要工具分析和研究各种（复杂）系统的重要工具.概论（概论（1）-系统系统、模型、仿真（、模型、仿真（1）系统的定义系统的定义按照某些规律结合起来，互相作用、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互相依存的所有实体的集合或总体.描述系统的描述系统的“三要素三要素”: 实体、属性、活动实体、属性、活动实体实体确定系统的构成和系统的边界。确定系统的构成和系统的边界。属性属性描述每一个实体的特征（即描述变量）描述每一个实体的特征（即描述变量）活动活动定义了系统内部实体之间的相互作用，从而定义了系统内部实体之间的相互作用，从而

3、确定了系统内部发生变化的过程确定了系统内部发生变化的过程概论（概论（1）-系统系统、模型模型、仿真（、仿真（2）(系统的分类系统的分类)(1)工程领域工程领域: 机械机械,航空航空,航天航天,电力电力,冶金冶金,化工和电子等化工和电子等. 非工程领域非工程领域: 交通管理交通管理,生产调度生产调度,库存控制库存控制,生态环境生态环境 和社会经济等和社会经济等.(2) CVDS (Continuous Variable Dynamic Systems) 连续（变量动态）系统。连续（变量动态）系统。 DEDS (Discrete Event Dynamic Systems) 离散事件（动态）系统。

4、离散事件（动态）系统。 HDS (Hybrid Dynamic Systems) 混合（动态）系统。混合（动态）系统。 系统的分类系统的分类飞机自动驾驶系统飞机自动驾驶系统工厂管理系统工厂管理系统陀螺陀螺控制器控制器 机体机体给定航向给定航向实际航向实际航向管理部门管理部门用户订单用户订单原材料原材料产品产品采购部门采购部门制造部门制造部门装配部门装配部门销售部门销售部门What are ContinuousVariable Dynamic Systems(CVDS)?What are Discrete EventDynamic Systems (DEDS)?An AirportA Typic

5、al DEDS TrajectorytimeDiscrete statex1x2x3x4x5e1e2e4e5e6e3HoldingtimeSTATES are piecewiseconstantHOLDING TIMES aredeterministic/randomEVENTS triggers statetransitionTRAJECTORY definedby (state, holding time)sequenceComparison with a CVDS TrajectorytimeDiscretestatedx/dt = f(x,u,t)Hybrid System:can h

6、ideeach stateCVDS behaviorHistorical Perspective on the Control andOptimization of DEDS and CVDSHistory for CVDS:Development ofmechanics forCVDSSelf regulatinggovernor for steamenginesWWII Servo-mechanismModerncontrol theoryand practice1940History of DEDS:Birth of OREmergence ofhuman madesystemsTheo

7、reticalfoundations &practical successstories19451970spresent概论（概论（1）- 系统、系统、模型模型、仿真、仿真 为了研究、分析、设计和实现一个系统为了研究、分析、设计和实现一个系统 需要进行实验需要进行实验实验的方法：实验的方法： 1 1）直接在真实系统上进行）直接在真实系统上进行 2 2）先构造模型，然后通过对模型的实验代替（或）先构造模型，然后通过对模型的实验代替（或 部分代替）真实系统的实验部分代替）真实系统的实验通过模型实验的方法日益被人们所使用：通过模型实验的方法日益被人们所使用： 1 1）系统处于设计阶段，真实系

8、统尚未建成）系统处于设计阶段，真实系统尚未建成 2 2）在真实系统上实验有风险（发生故障甚至破坏）在真实系统上实验有风险（发生故障甚至破坏） 3 3）在真实系统上实验费用昂贵）在真实系统上实验费用昂贵 4 4）多次实验时，难以保证每次实验条件相同）多次实验时，难以保证每次实验条件相同概论（概论（1）- 系统、系统、模型模型、仿真、仿真 tEMBKRLC tF tECqdtdqRdtqdLtFKxdtdxBdtxdM2222不同系统之间的相似性不同系统之间的相似性概论（概论（1）- 系统、模型、系统、模型、仿真仿真仿真的定义：仿真的定义： “仿真意指在实际系统尚不存在的情况下，对于系统或活动本质