系统建模与仿真
系统建模与仿真全要点复习
系统建模与仿真全要点复习一、概念系统建模是指使用适当的抽象方法，将真实世界的系统抽象为一组数学模型和图形模型，以便进行问题分析和求解的过程。
仿真是对系统模型进行实验和模拟，以获取对系统行为和性能的认识。
二、目的和方法1.目的：系统建模与仿真的主要目的是帮助我们理解和分析复杂系统，在实际应用中可以用来优化系统设计、评估系统性能、指导决策等。
2.方法：系统建模与仿真的方法包括系统抽象、建立数学模型、选择合适的仿真工具、进行仿真实验和结果分析等。
三、建模语言和工具1. 建模语言：建模语言是描述系统模型的形式语言，常用的建模语言有UML（统一建模语言）、SysML（系统建模语言）等。
2. 建模工具：建模工具是用来支持系统建模与仿真的软件工具，常用的建模工具有MATLAB/Simulink、Arena、AnyLogic等。
四、建模过程1.定义问题：明确系统建模与仿真的目的，并明确需要解决的问题或疑问。
2.收集数据：收集与系统有关的数据，包括系统的输入、输出和相关参数等。
3.建立模型：根据收集到的数据，选择适当的建模语言和工具，建立系统的数学模型和图形模型。
4.进行仿真实验：使用建立的模型进行仿真实验，在仿真中可以设置不同的参数和条件，观察系统的行为和性能。
5.分析结果：根据仿真实验的结果，分析系统的行为和性能，解决问题或寻找优化方案。
五、常用的系统建模方法1. 离散事件仿真（Discrete Event Simulation，DES）：用事件驱动的方法对系统进行建模和仿真，适用于描述复杂系统的动态行为。
2. 连续系统仿真（Continuous System Simulation，CSS）：用微分方程或差分方程描述系统的动态行为，适用于描述连续系统。
3. 混合仿真（Mixed Simulation）：将离散事件仿真与连续系统仿真相结合，适用于描述既有离散事件又有连续行为的系统。
六、系统建模与仿真应用领域七、系统建模与仿真的优势1.易于理解和分析：通过系统建模和仿真可以将复杂系统的行为和性能可视化，帮助人们更容易理解和分析系统。
系统建模与仿真教学设计
系统建模与仿真教学设计系统建模与仿真是现代工程领域中应用广泛的技术方法。
本文将探讨如何进行系统建模与仿真教学设计，从而帮助学生在学习的过程中更好地掌握这一领域的知识和技能。
一、教学目标本课程的教学目标主要包括以下几点：1.了解系统建模与仿真的基本理论及其在工程领域中的应用；2.掌握基于MATLAB/Simulink平台进行系统建模与仿真的基本方法与技巧；3.能够利用系统建模技术解决工程领域中的实际问题。
二、教学内容和流程1. 教学内容本课程的教学内容主要包括以下几方面：1.系统建模与仿真的基本理论；2.基于MATLAB/Simulink实现系统建模与仿真的基本方法和流程；3.工程领域中的实际问题案例分析。
2. 教学流程本课程的教学流程可以分为以下几个环节：1.理论讲解：讲解系统建模与仿真的基本理论和方法；2.示例演示：通过几个简单的示例演示如何基于MATLAB/Simulink进行系统建模与仿真；3.案例分析：分析几个实际工程领域中的案例，通过实例帮助学生理解和掌握系统建模与仿真的应用。
三、教学方法本课程的教学方法主要采用以下几种：1. 讲授式教学讲授式教学是本课程的主要教学方法，通过教师的讲解帮助学生建立系统建模与仿真的基本概念和理论。
2. 实践式教学实践式教学是帮助学生掌握系统建模与仿真的重要途径。
通过实操，学生能够更深入地理解学过的理论知识，从而更好地掌握和应用系统建模与仿真的方法和技术。
3. 交互式教学交互式教学是本课程教学中的重要手段之一，可以有效提高学生的学习积极性和主动性。
通过与教师互动和讨论，学生可以更好地理解和掌握系统建模与仿真的知识。
四、教学评估为了更好地评估学生在系统建模与仿真课程中的学习情况，本课程将采用以下评估方式：1.期末考试：期末考试主要考察学生对系统建模与仿真的基本理论和方法的掌握程度；2.课程作业：布置一些系统建模与仿真方面的作业，以帮助学生巩固所学知识；3.实验报告：学生进行一些实验，编写实验报告，以检验学生能否运用所学知识解决实际问题。
系统建模与仿真
一、基本概念1、数字正弦载波调制在通信中不少信道不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使得载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓数字正弦载波调制。
2、数字正弦载波调制的分类。
在二进制时, 数字正弦载波调制可以分为振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和移相键控（PSK）三种基本信号形式。
如黑板所示。
2、高斯白噪声信道二、实验原理1、实验系统组成2、实验系统结构框图图 1 2FSK信号在高斯白噪声信道中传输模拟框图各个模块介绍p123、仿真程序x=0:15;% x表示信噪比y=x;% y表示信号的误比特率，它的长度与x相同FrequencySeparation=24000;% BFSK调制的频率间隔等于24KHz BitRate=10000;% 信源产生信号的bit率等于10kbit/s SimulationTime=10;% 仿真时间设置为10秒SamplesPerSymbol=2;% BFSK调制信号每个符号的抽样数等于2 for i=1:length(x)% 循环执行仿真程序SNR=x(i);% 信道的信噪比依次取中的元素sim('project_1');% 运行仿真程序得到的误比特率保存在工作区变量BitErrorRate中y(i)=mean(BitErrorRate);endhold off% 准备一个空白的图semilogy(x,y);%绘制的关系曲线图，纵坐标采用对数坐标三、实验结论图 4 2FSK信号误比特率与信噪比的关系曲线图系统建模与仿真（二）——BFSK在多径瑞利衰落信道中的传输性能一、基本概念多径瑞利衰落信道二、实验原理1、实验系统组成2、实验系统结构框图图 1 2FSK信号在多径瑞力衰落信道中传输模拟框图3、仿真程序x=0:15;% x表示信噪比y=x;% y表示信号的误比特率，它的长度与x相同FrequencySeparation=24000;% BFSK调制的频率间隔等于24KHz BitRate=10000;% 信源产生信号的bit率等于10kbit/s SimulationTime=10;% 仿真时间设置为10秒SamplesPerSymbol=2;% BFSK调制信号每个符号的抽样数等于2 Velocity=40;% 发送端和接收端相对运动速度（单位是公里/小时）LightSpeed=3*10^8;%光速（单位是米/秒）Frequency=825*10^6;%载波频率（单位：H）WaveLength=LightSpeed/Frequency;%计算载波的波长Fd=Velocity*10^3/3600/WaveLength;%根据运动速度和和波长计算多普勒频移hold off;%准备一个空白的图project_1main;%执行实验一的仿真程序，得到相应的曲线。
系统建模与仿真技术在制造工程中的应用
系统建模与仿真技术在制造工程中的应用随着科技的不断进步，制造工程领域也在不断发展和创新。
其中，系统建模与仿真技术的应用越来越受到关注。
系统建模与仿真技术是一种通过建立数学模型和运用计算机仿真方法来模拟和分析系统行为的方法。
它可以帮助制造工程师更好地理解和优化制造系统，提高生产效率和质量。
首先，系统建模与仿真技术可以帮助制造工程师对制造过程进行全面的分析和优化。
通过建立系统模型，可以清晰地描述制造系统的各个组成部分以及它们之间的相互关系。
制造工程师可以通过仿真模拟不同的运作方式和参数设置，以寻找最优解决方案。
例如，在汽车制造过程中，制造工程师可以建立一个系统模型，包括生产线、机器人、传送带等各个环节，并通过仿真模拟不同的生产速度、工艺参数等来优化生产效率和产品质量。
其次，系统建模与仿真技术可以帮助制造工程师预测和解决潜在的问题。
在制造过程中，可能会出现各种各样的问题，例如设备故障、物料短缺等。
通过建立系统模型，并模拟不同的情景，制造工程师可以提前预测到潜在的问题，并制定相应的解决方案。
这样可以大大减少生产中的意外情况，提高生产的稳定性和可靠性。
例如，在食品加工过程中，通过建立一个系统模型，并模拟不同的温度、湿度等环境参数，可以预测到可能出现的细菌滋生情况，并采取相应的措施来保证产品的安全性。
此外，系统建模与仿真技术还可以帮助制造工程师进行产品设计和改进。
通过建立产品的系统模型，并模拟不同的设计参数和材料选择，可以评估不同设计方案的性能和可行性。
这样可以帮助制造工程师在产品设计阶段就发现潜在的问题，并进行相应的改进。
例如，在航空航天领域，制造工程师可以建立一个飞机的系统模型，并通过仿真模拟不同的机翼形状、材料等参数，以评估不同设计方案的飞行性能和燃油效率。
总之，系统建模与仿真技术在制造工程中的应用具有重要的意义。
它可以帮助制造工程师更好地理解和优化制造系统，提高生产效率和质量。
通过建立系统模型和进行仿真模拟，制造工程师可以进行全面的分析和优化，预测和解决潜在的问题，以及进行产品设计和改进。
系统建模与仿真简述
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。
生产系统建模与仿真概述
生产系统建模与仿真概述1. 引言在现代制造业中，生产系统的建模和仿真是一个重要的工具。
通过建立准确的生产系统模型和进行有效的仿真分析，可以帮助企业优化生产流程，提高生产效率，降低成本，提高产品质量。
本文将对生产系统建模和仿真的概念、方法和应用进行概述。
2. 生产系统建模的概念生产系统建模是将实际的生产系统抽象成一种可供计算机处理的模型，以实现对生产系统进行分析和优化的目的。
生产系统建模可以基于不同的层次和粒度，从整体到局部进行建模，从宏观到微观进行分析。
生产系统建模的主要目标包括：•分析生产系统的结构和运行特性•预测生产系统的性能指标•评估生产系统的灵活性和鲁棒性•优化生产系统的配置和资源分配•支持决策和规划过程3. 生产系统建模方法生产系统建模的方法包括基于统计学的方法、基于物理建模的方法和基于仿真的方法。
下面分别对这些方法进行介绍。
3.1 基于统计学的方法基于统计学的方法是通过统计数据和概率模型来描述和分析生产系统的行为。
这种方法适用于大规模复杂的生产系统，在建模过程中需要考虑到各种不确定性因素。
常用的统计分析方法包括排队论、蒙特卡洛模拟和回归分析等。
3.2 基于物理建模的方法基于物理建模的方法是通过建立物理模型来描述生产系统的结构和运行机理。
这种方法适用于对生产系统的细节进行建模和分析，可以更加真实地模拟系统的行为。
常用的建模方法包括Petri网、离散事件系统和系统动力学等。
3.3 基于仿真的方法基于仿真的方法是通过建立仿真模型来模拟生产系统的运行过程。
仿真模型可以在计算机上进行运行，模拟真实的生产系统在不同条件下的表现和性能。
基于仿真的方法可以提供对生产系统的详细和动态的分析。
常用的仿真软件包括Arena、AnyLogic和FlexSim等。
4. 生产系统仿真的应用生产系统仿真广泛应用于制造业的各个领域和环节，包括生产计划与调度、供应链管理、物流和运输等。
以下列举几个常见的应用场景。
4.1 生产计划与调度生产计划与调度是生产系统管理的核心环节，通过仿真模型可以评估不同的排程策略和调度算法，并选择最优的方案。
系统建模与仿真课程设计
系统建模与仿真课程设计一、课程目标系统建模与仿真课程设计旨在让学生掌握以下知识目标：1. 理解系统建模与仿真的基本概念、原理和方法；2. 学会运用数学和计算机工具进行系统建模与仿真；3. 掌握分析、评估和优化系统模型的能力。
技能目标：1. 能够运用所学知识对实际系统进行建模；2. 独立完成仿真实验，并对结果进行分析；3. 能够针对具体问题提出合理的建模与仿真方案。
情感态度价值观目标：1. 培养学生的团队合作意识，提高沟通与协作能力；2. 激发学生对科学研究的兴趣，培养创新精神和实践能力；3. 增强学生的社会责任感，使其认识到系统建模与仿真在解决实际问题中的价值。
本课程针对高中年级学生，结合学科特点和教学要求，将目标分解为以下具体学习成果：1. 掌握系统建模与仿真的基本概念和原理，能够解释现实生活中的系统现象；2. 学会使用数学和计算机工具进行系统建模与仿真，完成课程项目；3. 能够针对实际问题，运用所学知识进行分析、评估和优化，提出解决方案；4. 培养团队协作能力，提高沟通表达和问题解决能力；5. 增强对科学研究的好奇心和热情，树立正确的价值观。
二、教学内容根据课程目标，本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 系统建模与仿真基本概念：介绍系统、建模、仿真的定义及其相互关系，分析系统建模与仿真的分类和特点。
2. 建模方法与仿真技术：讲解常见的建模方法（如数学建模、物理建模等）及仿真技术（如连续仿真、离散事件仿真等），结合实例进行阐述。
3. 建模与仿真工具：介绍常用的建模与仿真软件，如MATLAB、AnyLogic 等，并指导学生如何使用这些工具进行系统建模与仿真。
4. 实践项目：设计具有实际背景的系统建模与仿真项目，要求学生分组合作，运用所学知识完成项目。
教学内容安排如下：第一周：系统建模与仿真基本概念，引导学生了解课程内容，激发学习兴趣。
第二周：建模方法与仿真技术，讲解理论知识，结合实例进行分析。
系统建模与仿真及其方法
系统建模与仿真及其方法1 什么是建模与仿真模型（model）：对系统、实体、现象、过程的数学、物理或逻辑的描述。
建模（modeling）:建立概念关系、数学或计算机模型的过程,又称模型化，就是为了理解事物而对事物做出的一种抽象，是对事物的一种描述系统的因果关系或相互关系的过程都属于建模，所以实现这一过程的手段和方法也是多种多样的。
仿真（simulation）：通过研究一个能代表所研究对象的模型来代替对实际对象的研究。
计算机仿真就是在计算机上用数字形式表达实际系统的运动规律。
2十种建模与仿真的方法：2.1智能仿真是以知识为核心和人类思维行为做背景的智能技术，引入整个建模与仿真过程，构造各处基本知识的仿真系统，即智能仿真平台。
智能仿真技术的开发途径是人工智能（如专家系统、知识工程、模式识别、神经网络等）与仿真技术（仿真模型、仿真算法、仿真软件等）的集成化。
2.2多媒体仿真[1]它是在可视化仿真的基础上再加入声音，从而得到视觉和听觉媒体组合的多媒体仿真。
多媒体仿真是对传统意义上数字仿真概念内涵的扩展，它利用系统分析的原理与信息技术，以更加接近自然的多媒体形式建立描述系统内在变化规律的模型，并在计算机上以多媒体的形式再现系统动态演变过程，从而获得有关系统的感性和理性认识。
2.3频域建模方法频域建模方法就是从s域的传递函数G(s)，根据相似原理得到与它匹配的z域传递函数G(z)，从而导出其差分模型。
2.4模糊仿真方法[2]基于模糊数学，在建立模型框架的基础上，对于观测数据的不确定性，采用模糊数学的方法进行处理。
2.5蒙特卡罗仿真方法当系统中各个单元的可靠性特征量已知，但系统的可靠性过于复杂，难以建立可靠性预计的精确数学模型，或者模型太复杂而不便应用则可用随机模拟法近似计算出出系统可靠性的预计值。
基本思想：当所求解问题是某种随机事件出现的概率，或者是某个随机变量的期望值时，通过某种“实验”的方法，以这种事件出现的频率估计这一随机事件的概率，或者得到这个随机变量的某些数字特征，并将其作为问题的解。
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系统建模仿真技术的历史现状和发展趋势分析
工程133 胡浩3130212026
【摘要】：经过半个多世纪的发展,仿真技术已经成为对人类社会发展进步具有重要影响的一门综合性技术学科。
本文对建模与仿真技术发展趋势作了较全面分析。
仿真建模方法更加丰富,更加需要仿真模型具有互操作性和可重用性,仿真建模VVA与可信度评估成为仿真建模发展的重要支柱;仿真体系结构逐渐形成标准,仿真系统层次化、网络化已成为现实,仿真网格将是下一个重要发展方向;仿真应用领域
更加丰富,向复杂系统科学领域发展,并将更加贴近人们的生活。
工程系统的仿真，起源于自动控制技术领域。
从最初的简单电子、机械系统，逐步发展到今天涵盖机、电、液、热、气、电、磁等各个专业领域，并且在控制器和执行机构两个方向上飞速发展。
控制器的仿真软件，在研究控制策略、控制算法、控制系统的品质方面提供了强大的支持。
随着执行机构技术的发展，机、电、液、热、气、磁等驱动技术的进步，以高可靠性、高精度、高反应速度和稳定性为代表的先进特征，将工程系统的执行品质提升到了前所未有的水平。
相对控制器本身的发展，凭借新的加工制造技术的支持，执行机构技术的发展更加富于创新和挑战，而对于设计、制造和维护高性能执行机构，以及构建一个包括控制器和执行机构的完整的自动化系统也提出了更高的要求。
AMESIM软件正是能够提供平台级仿真技术的工具。
从根据用户需求，提供液压、机械、气动等设计分析到复杂系统的全系统分析，
到引领协同仿真技术的发展方向，AMESIM的发展轨迹和方向代表了工程系统仿真技术的发展历程和趋势。
一、系统仿真技术发展的现状
工程系统仿真作为虚拟设计技术的一部分，与控制仿真、视景仿真、结构和流体计算仿真、多物理场以及虚拟布置和装配维修等技术一起，在贯穿产品的设计、制造和运行维护改进乃至退役的全寿命周期技术活动中，发挥着重要的作用，同时也在满足越来越高和越来越复杂的要求。
因此，工程系统仿真技术也就迅速地发展到了协同仿真阶段。
其主要特征表现为：
1、控制器和被控对象的联合仿真：MATLAB＋AMESIM，可以覆盖整个自动控制系统的全部要求。
2、被控对象的多学科、跨专业的联合仿真：AMESIM＋机构动力学＋CFD＋THERMAL＋电磁分析
3、实时仿真技术
实时仿真技术是由仿真软件与仿真机等半实物仿真系统联合实现的，通过物理系统的实时模型来测试成型或者硬件控制器。
4、集成进设计平台
现代研发制造单位，尤其是设计研发和制造一体化的大型单位，引进PDM/PLM系统已经成为信息化建设的潮流。
在复杂的数据管理流程中，系统仿真作为CAE工作的一部分，被要求嵌入流程，与上下游工具配合。
5、超越仿真技术本身工程师不必是精通数值算法和仿真技术的专家，而只需要关注自己的专业对象，其他大量的模型建立、算法选择和数据前后处理等工作都交给软件自动完成。
这一技术特点极大地提高了仿真的效率，降低了系统仿真技术的应用门槛，避免了因为不了解算法造成的仿真失败。
6、构建虚拟产品
在通过建立虚拟产品进行开发和优化过程中，关注以各种特征值为代表的系统性能，实现多方案的快速比较。
二、系统仿真技术的发展趋势
2．1、屏弃单专业的仿真
单一专业仿真将退出系统设计的领域，专注于单一专业技术的深入发展。
作为总体优化的系统级设计分析工具，必要条件之一是跨专业多学科协同仿真。
2．2、跟随计算技术的发展
随着计算技术在软硬件方面的发展，大型工程软件系统开始有减少模型的简化、减少模型解藕的趋势，力争从模型和算法上保证仿真的准确性。
更强更优化的算法，配合专业的库，将提供大型工程对象的系统整体仿真的可能性。
在高性能计算方面，将支持包括并行处理、网格计算技术和高速计算系统等技术。
2．3、平台化
要求仿真工具能够提供建模、运算、数据处理（包括二次开发后的集成和封装）、数据传递等全部仿真工作流程要求的功能，并且通过数据流集成在更大的PDM/PLM平台上。
同时，在时间尺度上支持全开发流程的仿真要求，在空间尺度上支持不同开发团队甚至是交叉型组织架构间的协同工作以及数据的管理。
2．4、整合和细分市场
整合化：将出现主流的标准工具。
其特征是功能涵盖了现代工业领域的主要系统仿真需求，并与其他主流软件工具通过接口或后台关系数据库级别的数据交互，有协同工作的能力；软件自身的技术进展迅速，具有强大的发展后劲。
专业化：随着市场需求的细分，走专业化道路，将出现极专业的工具。
这些工具将在某些具体的专业领域提供深入研究的特殊支持，如开发特殊的库或模型，专注于具有鲜明行业特征的技术，满足特殊的行业标准。
将出现整合型工具和专业化工具互补的局面。
2．5、智能化将引进更加友好的操作界面，智能化的求解器及模型管理。
不断改进GUI，让软件使用者直接体验到数值计算专家开发的后台工具提供的强大功能，同时减少软件学习和使用的困难。
提供易学易用的强大工具。
2．6、丰富的二次开发选项
提供源代码级的二次开发支持，开放的架构满足不同用户的专业开发要求。
在强大的工具平台上，根据自身的需要，进行二次开发。
这已经是目前许多研发单位开发专有技术的标准方式。
今后的系统仿真工具必须支持用户在进行二次开发的时候，从源代码级别开始的创新和工程化定制，并能够通过封装集成到原有平台中去。
这种技术将成为用户在实现知识和技术组织内共享和传承的同时，保护自身知识产权的必然选择。
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