0 系统仿真概论

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系统仿真及系统动力学方法课件

系统仿真及系统动力学方法课件

集成两者,可以预测不同政策下交通系统的长期性能,为政策制定提供决策支持。
案例二:电力系统规划
利用系统动力学分析电力需求的增长趋势以及可再生能源的发展潜力。
通过系统仿真模拟电力系统的运行和调度,评估系统的可靠性、经济性和环保性。
集成两者,可以制定电力系统的长期发展规划,确定合理的电源结构和技术路线。
优点是可以详细地模拟系统的实际运行过程,缺点是建模和编程较为复杂。
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应用
适用于具有反馈回路、非线性、动态复杂等特点的社会、经济、生态等系统的研究,如城市规划、环境保护、企业管理等领域。

概念
系统动力学仿真是一种基于系统动力学理论,通过计算机仿真技术来研究系统动态行为的方法。
优缺点
优点是可以揭示系统的动态行为和演化规律,缺点是需要对系统的结构和参数进行较为准确的刻画和测量。
概念
常用于解决概率论、数理统计、计算物理等领域中的复杂问题,如随机数生成、积分计算、概率分布模拟等。
应用
优点是可以处理高维度、非线性、复杂的问题;缺点是收敛速度较慢,需要大量的样本数量。
优缺点
离散事件仿真是一种通过模拟系统中离散事件的发生过程,来研究系统行为的方法。
概念
应用
优缺点
适用于具有离散、间断、异步等特点的系统,如生产制造系统、交通运输系统、计算机网络系统等。
精确性:通过系统仿真,可以精确地模拟系统的实际行为,减少因简化假设而引起的误差。
可用性:系统动力学模型可以为系统仿真提供理论支持和指导,帮助理解仿真结果的内在逻辑。
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案例一:城市交通系统分析
利用系统动力学建立城市交通需求的长期预测模型,考虑人口、经济、政策等多种因素。

系统仿真导论课程设计

系统仿真导论课程设计

系统仿真导论课程设计
1. 简介
系统仿真导论是一门介绍系统仿真方法、技术和工具的专业课程。

在这门课程中,学生将了解如何使用系统仿真来建立模型,设计实验,分析数据和提出结论。

本次课程设计旨在让学生掌握使用任何一个仿真软件完成系统建模和仿真的能力,并将学生分成小组,进行一个团队项目。

2. 课程大纲
课程大纲如下:
•离散事件仿真介绍
•统计观察和随机变量
•排队论和模拟
•连续仿真和动力系统
•分布式仿真
•实验设计和GUI开发
•基于仿真的决策支持系统
3. 课程设计任务
任务描述:本次课程设计将从一个简单的排队系统开始,并将该系统扩展为更复杂的建模和仿真问题。

主要任务是选择一种仿真软件(可以是任何一个学生自己熟悉的仿真软件),然后使用该软件完成所选仿真问题的建模和仿真。

3.1 排队系统
排队系统是一个经典的建模和仿真案例。

在这个任务中,我们将采用排队系统作为我们的初始仿真问题,并尝试将其扩展为更为复杂的模型。

1。

系统建模与仿真简述

系统建模与仿真简述
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第1章 概述
• 1 .2 仿真的意义阐释
计算机仿真出现的意义: 计算机仿真之前的科研状态分析: 费时费力费用高,周期长,可靠性高,复杂度高的 问题难以解决,缺乏形象性可视性。 计算机仿真之后的科研状态分析: 省时省力省费用,周期短,可靠性高,复杂度高的 问题也能解决,复杂环境下的问题也能解决,形象直 观,可视性、可操控性强。 例如:航天环境下的计算机仿真,核技术中的仿真等。
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第1章 概述
当下的意义: 建模、仿真能力对年轻的一代IT技术人才已经 不是特长,而是基本的技能和交流工具。 如,ITU(国际电信联盟)第三代通信系统的标 准讨论规定:技术文本与仿真结果必须同时提交, 并且鼓励对其他公司提交的方案进行仿真验证。 我们学习掌握MATLAB仿真,在某种意义上说 是在科学计算、工程设计和工具应用上与国际接
第1章 概述
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第1章 概述
• 1 什么是仿真?(仿真的 定义和意义) • 2 数学仿真与MATLAB软件 • 3 电子通信系统的建模与 仿真 • 4 本课程的内容与结构概 观
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第1章 概述
1 .1 什么是仿真?(仿真的定义)
• 系统仿真(Simulation)技术也称为系统模拟技术,简 称“仿真”。 • 计算机仿真:本课程特指自1970年以来发展起来的 利用现代计算机和仿真软件来进行仿真的计算机仿 真技术。由于计算机仿真具有精度高,通用性强, 重复性好,建模迅速以及成本低廉等许多优点。 • MATLAB仿真:是计算机仿真的一种。近年来在计算 机仿真的基础之上,发展了以MATLAB/Simulink为代 表的多种科学计算和系统仿真系统。它使用起来比 利用传统的Fortran、C/C++语言进行仿真可靠、方便、 快捷。

第9章系统仿真

第9章系统仿真
第9章 系统仿真
2019/3/10
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第9章 系统仿真
系统仿真概论
系统仿真建模过程
系统仿真分类
系统仿真软件
2019/3/10
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系统仿真概论
系统仿真是新发展起来的一门新兴技术学科。
当由于安全上、经济上、技术上或者是时间上的
原因对实施系统进行真实的物理实验很困难,有时甚
至是不可能的,系统仿真技术就成了十分重要,必不 可少的工具。
系统仿真的分类
实现仿真
根据人和设备的真实程度
虚构仿真 构造仿真 物理仿真
按手段及模型种类
数学仿真
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系统仿真的分类
连/离散混合系统仿真
定性系统仿真
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连续系统仿真
系统中状态变量随时间连续地变化的系统,其 系统模型通常由微分方程组成,当系统引入比较 复杂的非线性因素后,微分方程很难求解,需要 采用仿真方法求解。
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连续系统仿真
基本思想:将用微分方程所描述的系统转变成 能在计算机上运行的模型,然后进行编程、运 行或其他处理,以得到连续系统的仿真结果。 方法——
模拟仿真法 数字仿真法 混合仿真法
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离散事件系统仿真
状态变量只是一些离散的时间点上发生变化,输 入变量为随机变量,输出也为随机变量
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电子计算机是系统仿真的主要工具。
系统仿真的作用
仿真的过程也是试验的过程
对复杂的问题处理起来更加有效
通过仿真可以简化对系统的描述
可以帮助人们更清楚的弄清问题的实质
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系统仿真介绍及应用

系统仿真介绍及应用

系统仿真介绍及应用
01.系统仿真整体介绍
1.1 定义 1.2 如何实施 1.3 应用场景和领域 1.4 重要性
01.系统仿真整体介绍
“系统仿真” 定义
系统仿真(system simulation)就是根据系统分析的目的,在分析系统各要素性质 及其相互关系的基础上,建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一定逻辑关系 或数量关系的仿真模型,据此进行试验或定量分析,以获得正确决策所需的各种信 息
EMULATION
02.在水运行业的应用
码头生产
滚装码头作业仿真截图
集装箱码头仿真截图 散货码头作业、堆场管理仿真截图
散货码头皮带机系统仿真截图
02.在水运行业的应用
港区及园区交通
建立港区和物流园区集疏运车流仿真模型,重点对 各种规划道路的交通流进行仿真,得出各种车流评 价指标,辅助优化道路设计以及立交桥设置的必要 性等问题。
SIMULATION
用于运营阶段
可以推演码头从当前开始运行数小时(或数分钟)后的 状态,实现对同码头生产作业决策的评价,最终为码头 生产提供决策的依据。 此外,码头的仿真推演可以与人工智能技术相结合,实 时分析某一决策下的仿真推演的结果与码头生产实际情 况,进而不断改善和提升仿真结果的准确性和可靠性。
03.在其他相关领域的应用
微观道路交通仿真
案例2:建立了考虑红绿灯的交叉口交通仿真模型。以车辆在系统内的滞留时间 作为评价指标,对不同的红绿灯灯时设置方案进行比选。
03.在其他相关领域的应用
行人流仿真
案例:建立了铁路站台的行人流仿真模型,模拟地铁进出站以及站台上行人进出闸口、上下楼梯、上下车的 过程,并以密度图的形式动态显示站台上的行人密度。
系统仿真介绍及应用

系统工程之系统仿真

系统工程之系统仿真

存货
1、存货状态 影响
多种因素
3、需求
•连续需求 •间断需求 •确定性需求 •随机需求
戈鹏 @ 四川大学工商管理学院
Business School of Sichuan University
System Engineering
4、存储系统
4.1 存货状态
存储随着时间的推移而发生的盘点数量的变化
存货状态
事件的时间顺序
事件1 事件2
: 事件i
: 事件n
时间控制模块 (仿真钟)
事件表
•类型 •时间
事件1 处理程

事件2 处理程

事件n 处理程序Βιβλιοθήκη 戈鹏 @ 四川大学工商管理学院
Business School of Sichuan University
System Engineering
2.3、排队系统的建模仿真
Business School of Sichuan University
System Engineering
3、用 Promodel 仿真
工业工程IE
21 Industrial Engineering
戈鹏 @ 四川大学工商管理学院
Business School of Sichuan University
Business School of Sichuan University
System Engineering
2、排队系统
2.2 排队系统的性能
顾客总体
工业工程IE
13 Industrial Engineering
排队队列
服务台
离开
•平均等待时间 •平均逗留时间
•平均队长 •平均顾客数

系统分析-系统仿真

系统分析-系统仿真

差分方程模型 c(k n) a1c(k n 1) an1c(k 1) anc(k ) b0r(k m) b1r(k m 1) bm1r(k 1) bmr(k )
传递函数模型
G(s)
C(s) R(s)

b0s m b1s m1 a0s n a1s n1
③蒙特卡罗仿真
蒙特卡罗(Monte-CarIo)仿真是一种充分利用计算机计算能力的随机实验方
b
法。用一个简单的离散、随机性仿真模型求解 a f (x)dx 的值。
因 f(x)≥0,令 c 为 f(x)之上限,则函数 f(x)所表示的曲线将包含在边长为 c 和(b-a)
的矩形之内。若在(a,b)和(0,c)区间中分别产生两个均匀分布的随机数 xi 和 yi,由 此构成的坐标点 Pi(xi,yi)必定在矩形 abde 内。为计算该积分的值,规定以下准则:
第七章 系统仿真
1. 系统仿真概论 2. 连续系统仿真 3. 离散事件系统仿真 4. 系统动力学
Stiftungslehrstuhl ThyssenKrupp, CDHK Tongji Uni. 同济大学中德学院 蒂森·克虏伯基金教研室
1 系统仿真概论
① 系统仿真概念 ② 系统仿真分类 ③ 蒙特卡罗仿真 ④ 系统仿真的基本步骤
F(t1)
F(t2)
泊松到达 x件/时 正态分布 t1
Stiftungslehrstuhl ThyssenKrupp, CDHK Tongji Uni. 同济大学中德学院 蒂森·克虏伯基金教研室
①系统仿真概念-应用领域
系统仿真是近30年来发展起来的一门新兴技术学科。仿真 (Simulation)就是利用模型对实际系统进行实验研究的过程。 当由于安全上、经济上、技术上或者是时间上的原因,对 实际系统进行真实的物理实验很困难,有时甚至是不可能 时,系统仿真技术就成了十分重要、甚至是必不可少的工 具。特别是随着计算机技术的发展,仿真技术日益受到人 们的重视,其应用领域也愈来愈广泛。在我国,仿真技术 最初是用于航空、航天、核反应堆等少数领域,后来,逐 步发展到电力、冶金、机械、电子、通信网络等十些主要 工业部门。

系统仿真技术3篇

系统仿真技术3篇

系统仿真技术系统仿真技术是一种基于计算机模拟的技术,在工程领域中广泛应用。

它可以用于进行设计、测试、优化等工作,其主要目的是提高效率和降低成本,同时也能减少生产和测试过程中的不确定性。

系统仿真技术的应用范围很广,包括航空、航天、汽车、电力、电子、计算机等众多领域。

这种技术可以模拟实际系统的行为,以便更好地理解和分析各种数据,从而预测系统在各种情况下的响应和行为。

本文将会介绍系统仿真的基本概念、主要步骤、应用领域和技术发展等方面的内容。

一、系统仿真技术的基本概念系统仿真是利用计算机模拟实现对具体系统的分析、优化或者结构设计的过程。

该种技术是运用计算机的处理能力,把对象系统的各种现象、规律以及运用要求放到模拟应用系统中加以模拟和研究,从而研究和改进所要模拟的系统。

而系统仿真的基本概念包括以下几个方面:1. 系统:指被仿真的对象,可以是物理系统、经济系统、管理系统等等。

2. 模型:指对系统中关键部分的描述,可以是数学模型、物理模型、仿真软件等等。

3. 数据:指用来反映系统行为情况的信息,可以是温度、速度、功率等等。

4. 仿真:指基于模型来对系统进行模拟和分析,以寻找出最优解或者做出最优决策的过程。

二、系统仿真技术的主要步骤系统仿真的具体操作过程可以划分为以下四个步骤:1. 问题定义:在解决实际问题的过程中,首先需要明确问题的范围和涵义,确立系统仿真的具体目标。

2. 模型建立:建立好仿真模型是开展仿真工作的重要步骤。

建立好的模型可用于了解系统的各个方面,进而进行解决问题的分析和优化。

3. 数据收集:数据收集是系统仿真的关键环节。

只有收集到有意义的数据,才能对模型进行实验验证、分析和优化。

4. 分析与验证:运行仿真模型并收集数据后,需要进行分析、验证和总结,以确定优化方案,实现仿真目标。

三、系统仿真技术的应用领域1. 航空航天领域:仿真技术可以用来预测飞行器在各种气象条件下的空气动力学和控制性能,为飞行员培训提供训练环境。

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利用计算机科学和技术的成果建立被仿真的系统的模 型,并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合 性技术。它具有高效、安全、受环境条件的约束较少、可 改变时间比例尺等优点,已成为分析、设计、运行、评价、 培训系统(尤其是复杂系统)的重要工具。
仿真 仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿。 人们利用这样的模型进行试验,从中得到所需的信息,然 后帮助人们对现实世界的某一层次的问题做出决策。仿真 是一个相对概念,任何逼真的仿真都只能是对真实系统某 些属性的逼近。仿真是有层次的,既要针对所欲处理的客 观系统的问题,又要针对提出处理者的需求层次,否则很 难评价一个仿真系统的优劣。
系统数学定义的一般集合结构




S=(T, X, Ω Q, Y, δ, λ ) 其中, T :时间基,描述系统变化的时间 坐标, T 为整数称为离散时间系统, T 为 实数称为连续时间系统; X :输入量, X 代表外部环境对系统的作 用,通常X 被定义为Rn,其中n∈I+,即X 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 模式,是(X , T )的一个子集
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模型描述的详细度



行为水平:输入输出水平,将系统视为 “黑盒”,只测系统的输入和输出; 分解结构水平:将系统视为若干个“黑盒” 连接起来,定义每个黑盒的输入和输出以 及他们之间的连接关系; 状态结构水平:不仅定义了系统的输入和 输出,还定义了系统内部的状态集及状态 转移函数。
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Oren的模型分类
模型描述变量 模型的时间集 模型形式 的轨迹 合 空间(不)连续 变化模型 离散(变化)模 型 连续时间模型 偏微分方程 常微分方程 离散时间模型 差分方程 有限状态机 马尔可夫链 连续时间模型 活动扫描 事件调度
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变量范围 连续 ● ● ● ● ● ● ● ● ●
测 量

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负荷
输入 变量 (给定规律) 输出变量 (被调量)
+ _
误差
调节器 (控 制 器)
控制量
被控对象
前向通道
反馈通道
图2.18 反馈调节(控制)系统 稳定判据加上公元1922年N.米诺尔斯基《关于船舶自动 操舵的稳定性》和1934年美国H.L.黑曾(Hazen)发表的 《关于伺服机构理论》的论文标志着经典控制理论的诞生。

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一、计算机仿真的基本概念
仿真
仿真就是将所研究的对象 用其它手段加以模仿的一 种活动。
如曹冲称象、军事演习、 飞行器风洞试验、核爆炸 试验等,属于实物仿真的 例子。
{ 非实物仿真
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实物仿真
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1.计算机仿真的基本概念
计算机仿真
计算机仿真是一种非实物仿真方法,是用计
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现代控制理论的迅速发展
现代控制理论的迅速发展,形成了多个重要分支:
(1) 系统辩识、建模与仿真 (2) 自适应控制和自校正控制器 (3) 遥测、遥控和遥感 (4) 综合自动化 (5) 大系统理论的诞生 (6) 模式识别和人工智能 (7) 智能控制的诞生

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根据仿真计算机分


模拟计算机仿真:本质上是一种通用电气 设备,并行仿真; 数字计算机仿真:计算机程序,串行仿真; 数字模拟混合仿真: 现在基本都是数字仿真
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根据仿真时钟与实际时钟的比例关系分



实时仿真:仿真时钟与实际时钟完全一致, 即速度相同,即在线仿真,如训练仿真器; 亚实时仿真:仿真时钟慢于实际时钟,即 仿真速度慢一些,离线仿真; 超实时仿真:仿真时钟快于实际时钟,即 仿真速度快,如大气环流的仿真。
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Q:内部状态,系统内部结构建模的核心 δ:状态转移函数,定义系统内部状态时 如何变化的,是一个映射:δ:Q× Ω→Q; Y:输出集,系统通过它作用于环境; λ:输出函数,映射:λ:Q × X × T →Y, 输出函数给出了一个输出段集。
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• • •
几何相似 环境相似 性能相似。
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模型分类

物理模型
• 采用一定比例尺按照真实系统的样子制作, • 如沙盘 • 飞机模型放在与气流场相似的风洞中

数学模型
• 用数学表达式的方式描述系统的内在规律,如

S=(T,X,Y,) 可以在计算机上进行仿真
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1、计算机辅助设计的概念 计算机辅助设计(CAD)技术是利用计算机高 速而精确的计算能力、大容量存储和处理数据 的能力,结合设计者的综合分析、逻辑判断及 创造性思维,用以加快设计进程、缩短设计周 期、提高设计质量的技术。 说明:计算机辅助设计从广义上来讲它包含了 计算机仿真的内容,从狭义上说它的主要工作 是利用计算机的运算能力来处理设计者手工处 理所遇到的不便与繁琐。
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2、计算机仿真的概念
仿真的定义 仿真的基本思想是利用物理的或数学的模型来 类比模仿现实过程,以寻求对真实过程的认识。 它所遵循的基本原则是相似性原理。 计算机仿真的定义 计算机仿真是基于所建立的系统仿真模型,利 用计算机对系统进行分析与研究的方法。
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0.2 系统仿真的类型


根据模型的种类分 根据仿真计算机分 根据仿真时钟与实际时钟的比例关系分 根据系统模型的特性分
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根据模型的种类分



物理仿真:在物理模型上进行实验,直观、 形象;模型改变困难,实验限制多,投资 较大; 数学仿真:对数学模型进行实验,方便、 灵活、经济;数学模型不易建立; 半实物仿真:将物理模型和数学模型联合 起来进行实验
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系统辨识 系统建模


仿真实验 仿真建模
模 型
计 算 机
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Oren的现代仿真技术概念框架
仿真问题描述 特定模型: 参数模型 参数值 实验: 实验框架 仿真运行控制 仿真实验 输出处理 仿真建模
行为产生 模型行为及其处理 模型行为(仿真数据) 轨迹行为 结构行为 行为处理:分析、显示
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根据系统模型的特性分


连续系统仿真:系统状态随时间连续变化的系 统。集中参数系统模型(常微分方程),如电 路系统,生态系统;分布参数系统(偏微分方 程),物理和工程领域的场问题。 离散事件系统仿真:系统状态在某些随即时间 点上发生离散变化的系统。状态变化发生在随 机时间点上,引起状态变化的行为称为事件, 事件驱动。如电话交换台的忙或闲状态。
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0.3 计算机仿真技术的发展概况
计算机仿真
目录


计算机仿真是什么东东?起源和研究内容 为什么要学习它?与自动化专业有什么关 系? 直观的例子是什么? 详细一点的介绍(概念、分类、发展概况、 应用、意义和发展趋势等) 该课程的简介 如何学?
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2015年3月16日星期一百科搜索结果--计算机仿真技术 computer simulation technology
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。
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长江三峡工程 计算机仿真的基本概念
三峡水库总库容393 亿立方米,总装机容量 1820万千瓦,将是世界上最大的水电站。 但是三峡的安全问题是一个很重要的问题,我 们不可能等到建好后再看它的安全性,用计算机仿 真就可以很好的解决这一问题。 2015年3月16日星期一 6
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3.适用计算机仿真解决的问题


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.
(3) 遥测、遥控和遥感
遥测就是对被测对象的某些参数进行远距离测量。遥控 就是对被控对象进行远距离控制。遥感就是利用装载在飞机 或人造卫星等运载工具上的传感器,收集由地面目标物反射 或发射出来的电磁波,再根据这些数据来获得关于目标物 (如矿藏、森林、作物产量等)的信息。 2015年3月16日星期一 15
2015年3月16日星期一 9
自动化专业培养目标和人才素质要求
自动化和自动化类专业

控制科学与工程 学科
图1.1 学科组成示意图
自动化 自动控制 控制理论 电气工程与自动化 工业自动化 机械制造自动化 电力系统自动化
对象和调节器形成调节系统
进汽阀
蒸汽源
蒸汽机 (对象)
转速 负荷
离心式 调速器 (调节器)
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离散
● ● ●
进程交互
实际系统 建模与形式化
一般骤
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