第2章-农业机械学模型ppt课件.pptx

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1、第2章农业机械学模型山东理工大学农业工程与食品科学学院于晓阳农业机械数学模型农业机械数学模型2.1概述2.2理论建模方法2.1农业机械数学模型概述2.1.1数学模型的概念数学模型有多种类型，从不同角度介绍其概念：---为了研究设计对象的复杂现象，先提出合理的假设，再对现象进行简化或抽象化，然后用数学方程式来表示的假设。---一个或一组方程式，从数量角度反映了研究对象的现象、过程或者有关参数及其相互关系，描述了其固有特性和运动规律，是对现实世界的本质反映或科学的抽象。---对现有世界特有的内在规律，做出的必要的简化假设，运用适当的数学工具，得到的一个数学结构。2.

2、1农业机械数学模型概述2.1.2数学模型的特性和主要类别一、数学模型的特性（1）抽象性---数学模型舍弃事物和过程的具体特征，突出主要变量的逻辑关系，便于进行概念的分析、推理、归纳和演绎。（2）可解性---数学模型可以通过运算规则进行计算或求解，并且可以从计算结果中获得某些难以直观得到的认识。（3）适应性---一种数学模型往往可以运用于不同的领域。表现在修改参数或改变运算关系十分方便。2.1农业机械数学模型概述（4）快速性---数学模型的处理手段是符号或图形的推演，在求解参数、改变程序时十分快速。（5）经济性---越复杂的事物和过程的数学模型，处理成本越低，尤其

3、是在性能优良、价格便宜的危机问世以来，这一特性更加突出。2.1农业机械数学模型概述二、数学模型的主要类别分类：应用领域（或学科——人口模型、交通模型、环境模型、生态模型等）数学方法（或数学分支——几何模型、微分方程模型、图论模型等）表现特性（静态模型、动态模型、确定性模型、随机性模型）建模目的（描述模型、分析模型、优化模型等）对模型的了解程度（黑箱模型、白箱模型、灰箱模型）2.1农业机械数学模型概述2.1.3农业机械作用特征（1）复杂性：多种多样的输入和输出变量、资料和数据不充分及机器状态的易变性。易变性是由零件磨损和变形导致机构尺寸的变化及由种箱、肥箱和粮箱等

4、倒空和充满引起的质量变化等原因造成的。（2）随机性：信息模型中大多数因素应该属于概率统计方面的随机模型，这是本质特征。2.1农业机械数学模型概述2.1.4建立数学模型的方法和步骤一、建立数学模型的方法（1）理论法（机理分析法）；（2）试验法（测试分析法）；（3）综合法。2.1农业机械数学模型概述二、建立数学模型的步骤模型假设模型构成模型求解模型应用模型检验模型分析模型准备2.2理论建模方法2.2.1动态系统的建模用以描述系统状态过渡过程的数学模型称为动态系统模型。分析过渡过程的方法通常分解为三个步骤：（1）导出数学方程（一般情况是一个微分方程（组））；（2）求解

5、导出的微分方程（组）；（3）将求得的数学结果从物理上加以讨论和解释，判断它是否符合系统的实际情况。2.2理论建模方法2.2.2随机系统建模（1）随机系统建模的建模基础---现代概率理论，包括基础概率、数理统计和随机过程。（2）农业工程中常用的模型有：---贝努利概率模型、自相关函数模型和马尔可夫链模型2.2理论建模方法2.2.3机械优化设计数学建模建立优化设计数学模型的原则：（1）模型要足够反映设计对象的真实性；（2）模型尽量简单，使之易于求解；（3）模型不仅说明特定事实，更要反映更多的事实；（4）要易于查找模型中的错误。2.2理论建模方法2.2.4层次分析法建

6、模层次分析法：一种定性和定量相结合的、系统化的分析方法。一、层次分析步骤及计算方法（1）明确问题---确定问题范围和所含因素及因素间关系；（2）建立层次结构---根据对问题的分析，将因素分层；（3）构造判断矩阵；（4）层次单排序---方根法和最大特征值法；（5）层次总排序；（6）一致性检验。2.2理论建模方法二、层次分析法建模实例发展粮食生产的层次分析结构如图2-6所示。这是发展粮食生产中简化后的一个制约因素分析实例。2.2理论建模方法2.2.5聚类分析法建模聚类分析：用数学定量地确定样品的亲疏关系，从而客观地分型划类。一、聚类分析步骤及模糊等价关系模糊聚类分析

7、方法分为：（1）系统聚类分析法；（2）非系统聚类法（也称逐步聚类法）。2.3试验建模方法2.3.1量纲分析建模方法基本概念：在经验和实验的基础上利用物理定律的量纲齐次原则，确定各物理量之间的关系。量纲和单位：对一个物理对象进行定量时离不开它的特性，例如长度、质量、密度、速度等。这些表示不同物理特性的量称之为不同的“量纲”。2.3.3人工神经网络建模方法实例分析（1）视觉系统（硬件系统包括计算机、彩色摄像系统、图像输入装置和封闭式光照室）（2）颜色特征的提取（颜色分析）（3）遗传神经网络的建立第3章农业工程中的计算机仿真技术3.1概述3.1.1计算机仿真技术计算机

8、仿真技术（compute