系统仿真-ppt教学课件

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1、系统仿真SystemSimulation本章有何用处？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仿真举例例：混凝土搅拌中心的位置有K1(x1,y1),K2(x2,y2),....,Kn(xn,yn)共n个工地，各需混凝土Q1,Q2,...,Qn吨，混凝土每吨公里的运费为C元。如何确定混凝土搅拌中心的位置K0(x0,y0)使得费用最少？仿真举例解1：数学计算记第K个工地的位置为（xk,yk）,中心的位置为(x0,y0)，则目标

2、函数为仿真举例解2：计算机的模拟。仿真举例解3：工程模拟物理、工程仿真的特点：形象、直观、便于类比；但由于是实物仿真,所以费用大,速度慢。计算机仿真举例仿真举例黑死病菌寄生于老鼠身上,是由跳蚤传染给人类，又叫鼠疫。病菌随着跳蚤叮咬进入人体，约2-5天的潜伏期之后，患者鼠淋巴结开始红肿、疼痛，随之开始发高烧、疲倦、皮肤变黑，故被称为黑死病。死亡率高达60-90%……鼠疫的传播计算机仿真的基本概念欧洲鼠疫流行时死亡无数计算机仿真的基本概念鼠疫期间贵族纷纷弃城逃往仿真举例鼠疫如此让人恐怖，那么有没有什么好的预测方式呢？计算机仿真就是一个很好的预测方法。研究发现，鼠疫是由

3、老鼠身上一种特殊的跳蚤传播的。跳蚤的多少决定是否发生鼠疫跳蚤老鼠水草我们可以用计算机根据一个地区的气候模拟出当年此地水草的情况就可以预测出是否有鼠疫要发生。计算机仿真的基本概念三峡水库总库容393亿立方米，总装机容量1820万千瓦，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。长江三峡工程计算机仿真的基本概念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。飞机设计一.系统仿真概念系统仿真是建立在控制理论、相似理论、信息

4、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按物理特征分类工程系统：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离散事件系统系统状态只在一些时间点上由于某种随机事件的驱动而

5、发生变化按复杂程度分类单变量系统多变量系统其它分类特征确定系统随机系统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自治系统(autonomous)非自治系统系统无输入变量系统有输入变量闭系统开系统系统无输入、输出变量系统有输入、输出变量无记忆系统有记忆系统系统无状态变量系统有状态变量线性系统非线性系统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2.系统模型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）有时不能直接把系统作为试验对象不具有可行性：系统未

6、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、军事演习其它包括涉及到主观因素影响或者不能复原的试验等等即从可行性、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，可反复试验复杂系统仿真时往往两者相结合3.系统仿真仿真的定义变迁1961年，G.W.Morgenthater首次定义仿真

7、：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二、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1、为什么要进行计算机仿真便于重复进行试验，便于控制参数，时

8、间短，代价