最新系统模拟3-1ppt课件.ppt

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1、系统模拟3-1特征：系统变量随时间连续变化，或称系统变量随时间发生平滑的变化。数学模型：微分方程或差分方程。其中最简单的是常系数线性微分方程。虽然不采用模拟技术即可求解这类模型，但在实际应用中因求解而花费的工作量也很大,所以一般优先考虑采用模拟技术。而对于非线性微分方程，经常无法求得（解析）解，至少也是很难求解，因此采用模拟技术就显得更为必要。连续系统模拟在连续系统的模拟中，往往采用某种模拟语言作为工具，它们可分为两大类，即1.基于微分方程的模拟语言，称为连续系统构摸语言或连续系统模拟语言，主要用于工程系统的模拟。2.基

2、于差分方程的模拟语言，例如以系统动力学为基础的动态构摸仿真语言。这类语言既可以用于工程系统，也可以用于管理、经济和社会等系统的模拟。差分形式的世界人口阻滞增长模型为：第四章系统动力学过去几十年里，工程控制系统得到了充分的研究。60年代初提出了系统动力学方法，它是把工程控制理论的概念和方法应用到社会系统、经济系统、生态系统、企业系统等领域而产生的新学科。系统动力学认为，系统是互相联系并在时域中不断地变化的。而变化的动力来自系统内部结构与外界的相互作用。将控制论中的反馈原理与系统内部的因果关系结合起来，导致了系统动力学的产生

3、。本章将介绍系统动力学的最基本内容。使读者掌握系统动力学的基本原理以及建模的方法技术，能解决一些基本的连续系统模拟问题，同时也为以后进一步的学习打下基础。第四章系统动力学-４．１概述发展简史系统动力学开始出现于1956年，其创始人为美国麻省理工学院（MIT）福瑞斯特（JayW.Forrester）教授。时期I产生与成长1956-1962年J.W.Forrester1961IndustrialDynamics,ID1969UrbanDynamics,UDSystemDynamics,SD时期Ⅱ70年代壮大与成熟NO1.世界

4、模型(worldmodel)NO2.美国全国模型(nationalmodel)经济长波形成的原因更加成熟系统动力学的特点：1.系统动力学适用于长期的战略性研究。2.系统动力学侧重于系统结构的研究，它是一种结构-功能模拟。掌握并使用它并不需要高深的数学知识。运用系统动力学可以研究社会系统¸经济系统¸生态系统¸城市系统¸未来发展战略等社会经济领域的问题。3.系统动力学能处理高阶次，非线性和多重反馈复杂时变系统。4.系统动力学是一门交叉性，综合性的学科。它是以“以系统论¸控制论¸信息论为基础，计算机模拟为手段”。系统动力学的定

5、义：系统动力学是以反馈原理为基础，以因果关系的逻辑分析为核心，以计算机为运算工具的一种系统模拟方法论。4.2系统动力学构模原理与方法要学习系统动力学构模原理与方法，可以从学习并掌握系统动力学的图形表示方法入手。系统动力学中常用到四种图形表示方法分别是:系统结构框图，因果关系图，流图,速率-状态变量关系图。离散化转换法1．系统框图即用方块简明地描述系统的主要子块以及它们之间的物质与信息流的交链关系。它是系统动力学方法工具中最简单一种，在系统分析的初步阶段很有用。它的简洁性有助于人们确定系统边界。主要分析系统中个各子块之间的

6、反馈关系和主要回路。2．因果关系图（１）因果链如果变量A与B存在着因果关系，而其中变量A是产生变化的原因，变量B是变化可能引起的结果，则可用箭线表示两者之间的因果关系，这样的箭线称为因果链。（２）因果链的极性（３）反馈回路原因产生结果，而结果又可能构成了新的变化的原因。新的原因又能产生新的结果，如此连续作用可形成一定长度的因果链。再进一步，这样的因果链也可能最终以反馈的形式作用到最初的原因上而产生新的结果。（４）反馈回路的极性在反馈回路上因果链极性的累积效应产生了回路的极性。反馈回路的极性可以按表４－１中给出的原则加以确

7、定。即负极性因果链的个数，偶正奇负因果图举例。1.工业总产值问题产值-利润-再生产投资-产值-消费投资-消费-产值2.简单库存问题3.温度调节问题4.人口与出生、死亡问题5.羚羊和狮子问题人口系统两重反馈回路3．流图因果关系图为系统的分析提供了很好的帮助，但是它也存在一些明显的不足之处。1.它不能区别不同性质的变量。2.系统中的状态变量的变化是一种积累效应，也受到速率的影响。而因果关系图中状态变量只有增加或减少的变化，而不能表示其按比例的变化。要更精确地表示系统中变量的这些变化情况，就要采用更好的方法。这就是流图。首先准

8、备概念：（1）变量要素与关联要素对系统反馈结构来说，需要用到一些变量要素与关联要素，而这两者合起来又称为元件结构要素。把这些要素按一定的次序排列组合就能构成反馈回路。元件结构要素以人口出生为例。变量要素状态变量决策变量辅助变量常数关联要素信息链物质链以上要素按一定次序排列组合构成反馈回路（2）状态变量状态变量是描述系