系统仿真　控制系统仿真

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1、系统仿真(控制系统仿真)SystemSimulation联系方法王雷电二楼215实验室3603245wangl@ustc.edu.cn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。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、

2、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，2002仿真工程，(美)JimLedin，机械工业出版社，2003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

3、一门综合性的和试验性的学科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

4、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二、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

5、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1

6、982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

7、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。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．计算机仿真的应用

8、三峡水库总库容393亿立方米，总装机容