系统仿真及系统动力学方法ppt课件.ppt

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1、系统工程SystemsEngineering建筑工程学院2013级IE第四章系统仿真及系统动力学方法一、概念及作用1.基本概念系统仿真：建立能描述系统结构或行为的具有一定逻辑关系或数学方程的仿真模型，依此进行实验或定量分析，获取决策所需的各种信息。4.1系统仿真概述2.系统仿真的实质1）是一种对系统问题求数值解的计算技术；2）是一种人为的实验手段；3）可以比较真实地描述系统的运行、演变及其发展过程。3.系统仿真的作用1）仿真过程是实验过程，是收集累积信息的过程；2）对难以建立物理模型和数学模型的对象系统，可以通过仿真模型来预测、分析、评价；3）可把复杂的系统降阶为若干子系统，便于分析；4）能

2、启发新的思想，还能暴露原系统中的问题。二、系统仿真的方法一般分类：1）连续系统仿真：状态变量随时间连续变化；2）离散系统仿真：状态变量只在离散的时间点发生变化。特殊仿真方法：1）蒙特卡洛仿真；2）系统动力学仿真。4.2.1离散事件系统仿真示例（手工仿真）以某银行服务窗口为例：设该银行服务系统中顾客按泊松流到达，即到达间隔时间为负指数分布，对每位顾客的服务时间也呈负指数分布。顾客到达时，若服务员正忙，则在队列中等待，服务完毕后顾客立即离开服务系统。4.2系统仿真示例下表给出了顾客到达流和服务时间：对系统进行手工仿真，其中EA表示：“顾客到达”ED表示：“顾客离开”增加变量：队列长度、系统中人数

3、、服务台状态、空闲时间。仿真终止后输出统计数据，其中终止条件为顾客人数达到10人（具体数字根据仿真要求确定）：系统变量变化情况分析统计结果分析（统计数据表第5列）说明：（1）基于顾客按泊松流到达的假设，此银行系统会在服务时间的中后段较为繁忙，且也是顾客等待时间最长的时段；（2）银行系统可在此繁忙时段增派人手，多开服务窗口，解决客户过久等待问题，提高服务质量。一种特殊的数值计算仿真方法，是充分利用计算机计算能力的随机实验方法。例：设f(x)为区间(a,b)内的连续函数，且在该区间内f(x)≥0，求计算4.2.2蒙特卡洛（MonteCarlo）仿真当f(x)形式复杂且为非可积函数时，可采用蒙特卡

4、罗仿真法求解：令c为f(x)之上限，则函数f(x)所在曲线包含在边长为c和（b-a）的矩形内。在(a,b)和(0,c)区间中产生两个均匀分布的随机数xi和yi，构成坐标点(xi,yi)。为计算积分，规定以下准则：若yi≤f(xi)接受该点并作记数统计；若yi>f(xi)舍弃该点不作记数统计。设共产生N个随机仿真点，如果共接受n个点，当N充分大时，有：4.2.3系统动力学仿真1.由来和发展SD出现于20世纪50年代后期，当时主要应用于工商企业管理。近年来SD渗透到许多领域，如国土规划、环境治理、企业战略研究等。2.研究对象主要研究社会（经济）系统。3.SD模型特点1）多变量；2）定性分析与定量

5、分析相结合；3）以仿真实验为基本手段，以计算机为工具；4）可以处理高阶次、多回路、非线性的时变复杂系统问题。4.SD工作程序4-15.SD的基本原理四个基本要素：状态、信息、决策、行动；两个基本变量：水准变量、速率变量；基本思想：反馈控制4-2因果关系图和流图（1）因果关系图1）因果箭2）因果（反馈）回路确定反馈正负极性的一般原则：若反馈回路包含偶数个负的因果链，则其极性为正，叫正反馈回路；若反馈回路包含奇数个负的因果链，则其极性为负，叫负反馈回路。多重因果（反馈）回路（2）流程图1）流（FlowDiagram）：系统的活动和行为，包括实体流和信息流；2）水准（Level，或称状态、水平）：

6、表征系统某种属性（状态）的量；3）速率（Rate，或称决策、流率）：系统状态变量（水准）的变化速率；4）参数（量）（Parameter）：系统中的常数或不变量；5）辅助变量（AuxiliaryVariable）：在流图上设置的一种起桥梁式辅助作用的变量，可简化速率R的表示；6）源（Source）与洞（或汇）（Sink）；7）信息（Information）；8）滞后或延迟（Delay）：物流和信息流的滞后或延迟。水准（状态）速率（决策）参数辅助变量信息信息信息对速率延迟物质延迟信息延迟例：SD结构模型建模——商店库存问题4-54-64-76.典型反馈回路及其仿真计算一阶负反馈回路（以简单库存系

7、统为例）4-11SAVEI,R1,DSPECDT=.25/LENGTH=40/SAVPER=1(SPEC语句规定与模拟运行有关的参数值:DT表示模拟运行步长,LENGTH表示模拟运行周期(长度),SAVPER表示保存模拟结果数据间隔长度)DTDT．JK．KL前一时刻J现在时刻K下一时刻L4-24-127.DYNAMO语言DYNAMO程序由两种语句组成：方程式语句（用于仿真计算）命令语句（用于控制仿真过程、输入