系统建模与仿真绪论

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1、系统仿真技术安爱民兰州理工大学电信学院概述几个例子：1、加加林遇难新说1968年3月27日加加林遇难1988年1月18日塔斯社报道（参考消息1月28日）“当天清晨，一批前苏联宇航员前往莫斯科郊外的契卡洛夫斯基航天场进行米格-15歼击机的飞行训练。在几名宇航员中，加加林第一个驾机起飞，与他一起驾驶这架飞机的人是他的飞行教官、航空团副团长弗拉基米尔·谢廖金。加加林和谢寥金于10点19分驾机起飞，几分钟后训练完毕，地面机场调度员听到加加林请求返航的声音，可是紧接着，地面塔台就失去了加加林的消息。接着加加林和谢寥金驾驶的飞机

2、已经坠毁在了离航天场不远处的弗拉基米尔新村附近。加加林驾驶的米格15进入前面飞机产生的湍流区域而进行螺旋飞行状态”，“驾驶员做了5~6次摆脱操作，但缺少约2秒的时间”；“在250~300米高度出了问题”2、气囊弹射速度确定（1997年，美国）原来220英里/小时，在加拿大一年统计：6000件事故，救了4000人，打死2000人；1997年12月美国众议院通过，调整到180英里/小时。据计算，正规的安全气囊必须在发生汽车碰撞后的0.01秒内微处理器开始工作，0.03秒内点火装置启动，0.05秒内高压气体进入气囊，0.0

3、8秒内气囊向外膨胀，0.11秒内气囊完全胀大，此刻之后，驾车者才会撞上气囊。3、美国三种典型导弹研制过程仿真技术的作用原计划发射仿真后实发节省导弹节省费用（单位：千万美元）爱国者141101408．0罗兰特224951294．2尾刺185114712．5几个例子（续）世贸大厦倒塌的结构问题电视机抗跌落分析设计工程师提供结构改进及包装设计的理论依据LS-DYNA的计算结果1系统、模型与仿真1.1系统G.Golden----“系统这个术语已经在各个领域用得如此广泛，以至很难给它下一个定义。”系统----最早见著“世界大系

4、统”德谟克利特（公元前460－公元前370年）“任何事物都是在联系中显现出来的，都是在系统中存在的，系统联系规定每一事物，而每一联系又能反映系统的联系的总貌。”G.Golden----“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和”。系统思想的回顾系统思想的回顾系统（续）例子：理发馆系统：实体：服务员、顾客顾客：按某种规律到达，服务完毕后顾客离去服务员：根据顾客的要求，按一定的程序服务相互作用：顾客到达模式影响着服务员的工作忙闲状态和顾客排队状态服务员的多少和服务效率：影响着顾客接受服务的质量系统（

5、续）电动机转速闭环控制系统实体：电动机、测速元件、比较元件以及控制器。相互作用：实现按给定要求调节电动机的速度闭环控制系统被控系统控制输出u实际输出y实际输出y理想输出r控制输出u实际输出y误差e=r-u寻找合适的u，使y更好地复现r系统（续）系统定义：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.确定边界、输入、输出描述系统“三要素”：实体、属性、活动――实体确定了系统的构成，也就确定了系统的边界；――属性也称为描述变量，描述每一实体的特征；――活动定义了系统内部实体之间的相互作用，从而确定了系统

6、内部发生变化的过程。边界环境系统输入输出系统的特征1.组成性。系统由两个或两个以上要素组成2.层次性。系统要素应该能够区分3.边界性。要素的边界小于系统的边界4.相关性。要素相互联系，要素和系统都是相对的5.目的性。要素的结合是为了达到特定的目的6.整体性。系统是一个整体“系统”二字往往可以省略系统论的重要观念1.系统是一个整体；2.系统有明确的目的；3.系统由两个或两个以上相互关联的要素组成，但杂乱无章、互不相干的东西放在一起也不是系统，系统要素的微观联系会涌现出系统的宏观功能;4.要素与系统所处的层次不同，因此系

7、统和要素具有不可比性；5.要素可以以不同的方式组合在一起，形成特定的结构，这就需要对系统进行规划、组织和控制；6.一定的结构产生一定的功能，要想使系统发挥特定功能，必须使系统具备特定的结构；7.系统会表现出任何要素都不具备的特征，在条件合适的情况下，要素进行整合后可以达到“整体大于部分之和”的效果；8.封闭系统必将走向灭亡，系统一定在动态变化中发展。1.2模型模型――实际系统本质的抽象与简化（1）真实的系统尚未建立（2）可能会引起系统破坏或发生故障（3）难以保证每次试验的条件相同（4）试验时间太长或费用昂贵模型分为两

8、大类――物理模型，采用一定比例尺按照真实系统的“样子”制作沙盘模型――数学模型，用数学表达式形式来描述系统的内在规律。定义如下集合结构：T：时间基，描述系统变化的时间坐标T为整数则称为离散时间系统，T为实数则称为连续时间系统X：输入集，代表外部环境对系统的作用。X被定义为,其中，X即代表n个实值的输入变量。Ω：输入段集，描述某个时间间隔内输入模