系统的模型、仿真与优化三者之间的关系
(完整版)控制系统数字仿真题库
控制系统数字仿真题库一、填空题1. 定义一个系统时，首先要确定系统的边界；边界确定了系统的范围，边界以外对系统的作用称为系统的输入，系统对边界以为环境的作用称为系统的输出。
2．系统的三大要素为：实体、属性和活动。
3．人们描述系统的常见术语为：实体、属性、事件和活动。
4．人们经常把系统分成四类，它们分别为：连续系统、离散系统、采样数据系统和离散-连续系统。
5、根据系统的属性可以将系统分成两大类：工程系统和非工程系统。
6．根据描述方法不同，离散系统可以分为：离散时间系统和离散事件系统。
7. 系统是指相互联系又相互作用的实体的有机组合。
8．根据模型的表达形式，模型可以分为物理模型和数学模型二大类，其中数学模型根据数学表达形式的不同可分为二种，分别为：静态模型和动态模型。
9、采用一定比例按照真实系统的样子制作的模型称为物理模型，用数学表达式来描述系统内在规律的模型称为数学模型。
10．静态模型的数学表达形式一般是代数方程和逻辑关系表达式等，而动态模型的数学表达形式一般是微分方程和差分方程。
11．系统模型根据描述变量的函数关系可以分类为线性模型和非线性模型。
12 仿真模型的校核是指检验数字仿真模型和数学模型是否一致。
13．仿真模型的验证是指检验数字仿真模型和实际系统是否一致。
14．计算机仿真的三个要素为：系统、模型与计算机。
15．系统仿真的三个基本活动是系统建模、仿真建模和仿真试验。
16．系统仿真根据模型种类的不同可分为：物理仿真、数学仿真和数学-物理混合仿真。
17．根据仿真应用目的的不同，人们经常把计算机仿真应用分为四类，分别为：系统分析、系统设计、理论验证和人员训练。
18．计算机仿真是指将模型在计算机上进行实验的过程。
19. 仿真依据的基本原则是:相似原理。
20. 连续系统仿真中常见的一对矛盾为计算速度和计算精度。
21．保持器是一种将离散时间信号恢复成连续信号的装置。
22．零阶保持器能较好地再现阶跃信号。
系统模型仿真之间的关系
系统模型仿真之间的关系好吧，让我们来聊聊系统模型和仿真之间的关系，真是个有趣的话题。
你想想，系统模型就像是个精心设计的蓝图，仿真呢，就是把这个蓝图拿来“实际操作”的过程。
就像你建房子，先有设计图，再去现场搭建。
没图的话，真的是“瞎子摸鱼”，不知道该怎么下手。
想象一下，一个复杂的系统，比如交通系统。
你要是光说有多少车、多少人，这都没什么用。
我们需要的是一个模型，能告诉我们在不同情况下，车流量会不会像流水一样顺畅，或者会不会在某个路口堵成“停车场”。
这时候，系统模型就派上用场了。
它把所有因素都考虑进去，像是给你画出了一幅清晰的图景，仿佛能看到未来的交通状况。
仿真就像是在这个模型上进行一次“演习”。
把模型里的数据输入到仿真软件里，就能模拟出各种情况。
你可以让车流量猛增，看看会不会“爆炸”；或者让人流密集，看看有没有可能发生踩踏。
就像是把这个交通系统放进了一个大显微镜下，随便捏一下，就能看到各种反应，真的是神奇。
仿真还可以让我们在“假想敌”面前提前演练，避免在真实情况下手忙脚乱。
想想如果没有仿真，我们可能就得在实际中去体验那些“惨痛”的教训。
你说多亏了这些技术，咱们才能在关键时刻不至于抓瞎。
仿真就像是给你提供了一双透视眼，让你能提前看到可能出现的问题。
你要知道，仿真并不是“纸上谈兵”。
它把理论变成了实际，帮我们验证模型的正确性。
比如在飞机设计中，工程师们需要知道飞机在不同飞行条件下的表现。
通过仿真，他们可以避免在真实飞行中遭遇“惊吓”。
一旦发现问题，及时调整模型，就能避免以后的风险。
再说，咱们可不想看到飞机一上天就出问题，那就真是“闹心”了。
说到这里，系统模型和仿真的关系就像是鱼和水，密不可分。
没有模型，仿真就像无源之水，缺少了基础；没有仿真，模型又变得毫无意义，光说不练，终究无法见效。
两者相辅相成，一个缺了另一个，事情就难以圆满。
再聊聊日常生活中的例子，假设你在计划一次旅行。
你得先制定个计划，选好目的地、交通工具、住宿等等，这就像是在构建一个模型。
管理系统工程之模拟、仿真、优化、控制
——模拟、仿真、优化、控制
主讲人：姚飞
模
定义：
拟
用数学符号的形式来代替真实世界，并利用 计算机等辅助手段来实现。 数据、模型、算法
必备要素：
模
模型分类：
拟
黑箱模型（经验模型） 纯经验模型 统计模型 神经元 白箱模型（机理模型） 代数方程 常微分方程 偏微分方程 灰箱模型（半机理半经验模型） 准数模型 理想修正模型
仿Hale Waihona Puke 真 分类：根据用途不同可分为研究用和培训
用 仿真应用于培训领域的优势：
可做现实中很难或无法做的实验，例如事故性 实验 可以强化效果，培养系统的、整体的能力 可加快或放慢时间，提高培训效率
优
定义：
化
（数学概念）求目标函数的极值问题 （工程概念）将目标函数值逐步朝希望解靠 拢，并与模拟相结合，从模拟的数值中找到 最满意解，一般是求极小值。
仿
真
定义：
也可以称为是“专业电子游戏”，是模拟的一种，但 是具备三个重要的特征，以区别于模拟。
重要特征：
系统性：与模拟相比更为复杂，是对整体过程的模拟 实现。涉及到与目标有关的所有内容，并且需要各个 专业知识都较为熟悉的人从事。 动态实时性：模拟的模型是静态的，而仿真所用的模 型是动态的，是一个过程，需要有立即做出响应的能 力。 逼真性：主要是指可以直接感受的外表象。
目标函数、变量选择、模型算法
控
制
控制所要解决的问题：
动态的 存在于实际应用中的 双向调节的
在一定时间内，消除现有的与目标值的差距
[转载]系统、模型和仿真
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[转载]系统、模型和仿真⼈类在认识世界与改造世界的活动中所⾯对的对象便可称为系统。
为了了解现实世界的系统或设想的未来系统随着时间变化的⾏为，先开发⼀个模型，等模型通过有效性验证后，以该模型来代替该系统，就可以⽤于解答现实世界系统各种各样的“如果······就会······”的问题了，这就是系统建模与仿真。
为此，下⾯先对系统、模型与仿真这三个基本概念加以说明。
1.系统是⼀些实体按照某些规律结合起来，互相作⽤、互相依存的集合。
举个例⼦，可以把餐馆定义为⼀个系统，该系统有服务员和顾客。
顾客按照某种规律到达，服务员根据顾客的要求按⼀定的程度为其服务，服务完毕后顾客离去。
在该系统中，顾客和服务员互相作⽤，顾客到达模式影响着服务员的⼯作忙闲状态和餐馆预定状态，服务员的多少服务效率⾼低也影响着顾客接受服务的质量。
在定义⼀个系统时，⾸先要确定系统的边界。
尽管世界上的事物是互相联系的，但当我们研究某⼀对象时，总是要将该对象与环境区别开来。
边界确定了系统的范围，边界以外对系统的作⽤称为系统的输⼊，系统对边界以外的环境的作⽤称为系统的输出。
尽管世界上的系统千差万别，但⼈们总结出了描述系统的“三要素”，即实体、属性、活动。
实体确定了系统的构成，也就确定了系统的边界；属性也称描述变量，描述了每⼀实体的特征，其中系统的状态对实体描述来说是必需的；活动定义了系统内部实体之间的互相作⽤，从⽽确定了系统内部发⽣变化的过程。
系统可以被划分为离散的和连续的两类。
“连续系统”是指状态变量随时间连续改变的系统，“离散系统”是指状态变量只在某个离散时间点集合上发⽣变化的系统。
实际上很少有系统是完全离散的或者完全连续的，但对于⼤多数系统来说，由于某⼀类型的变化占据主导地位，因此会有可能将系统划分为离散的或连续的。
2.模型在⼀般意义上，模型是⼀种替代，⽤于代表原对象以便得到更好的定义，从应⽤的⾓度，模型不是原对象的复制，⽽是根据不同的使⽤⽬的，选取原对象的若⼲⽅⾯进⾏抽象和简化。
工程仿真与优化设计
工程仿真与优化设计工程仿真与优化设计是一种应用计算机技术和数学方法来模拟、分析和优化工程系统的方法。
它通过建立数学模型，使用仿真软件进行模拟和计算，根据分析结果，优化设计方案，以提高工程系统的性能和效率。
一、工程仿真工程仿真是指利用计算机技术和数学方法，对工程系统进行虚拟建模和模拟计算的过程。
它可以模拟和重现真实工程系统的运行状态，通过对各种因素的分析，得到系统性能的评估结果。
1. 数学建模在进行工程仿真之前，首先需要建立数学模型。
数学模型是对工程系统各种因素和关系的数学描述，它可以定量地表达系统的运行规律和性能指标。
根据工程系统的不同特点和需求，可以选择不同的数学模型，如线性模型、非线性模型、动态模型等。
2. 仿真计算建立好数学模型后，利用仿真软件进行计算。
仿真软件可以根据数学模型进行模拟计算，得到系统在不同条件下的运行结果。
通过对不同参数和方案的设定，可以模拟分析不同情况下系统的性能表现。
3. 结果分析仿真计算完成后，需要对计算结果进行分析。
可以通过对系统各个变量和指标的分析，评估系统在不同条件下的性能和优缺点。
根据分析结果，可以对系统进行改进和优化。
二、优化设计优化设计是指在工程系统设计过程中，通过建立数学模型和优化算法，找到最优设计方案的过程。
它旨在提高工程系统的性能、效率和可靠性。
1. 设计参数的确定在进行优化设计之前，首先需要确定设计参数。
设计参数是指在设计过程中可以调整的各种因素，如材料选择、结构形式、尺寸参数等。
通过合理地选择设计参数的范围和步长，可以确保优化设计的准确性和有效性。
2. 数学优化模型在进行优化设计时，需要建立合适的数学优化模型。
数学优化模型是对设计目标和约束条件的数学描述，可以根据设计需求选择不同的优化模型，如线性规划、非线性规划、多目标优化等。
3. 优化算法通过选择合适的优化算法，可以对数学优化模型进行求解。
常用的优化算法包括遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。
物流系统建模与仿真-考前复习题资料
物流系统建模与仿真考前复习题1、名词解释（5*4分）（1）系统：系统是由若干可以相互区别、相互联系而又相互作用的要素所组成，在一定的阶层结构形成中分布，在给定的环境约束下，为达到整体的目的而存在的有机集合体。
（2）物流系统模型：物流系统模型是对物流系统特征要素、有关信息和变化规律的一种抽象表达，描述了系统各要素之间的相互关系、系统与环境之间的相互作用，以反映系统的某些本质。
（3）系统仿真：应用数学模型、相应的实用模型的装置、计算机系统、部分实物的仿真系统，对某一给定系统进行数学模拟、半实物模拟、实物模拟，以便分析、设计、研究这种给定系统；或者利用这种仿真训练给定系统的专业人员。
（4）离散事件系统：指系统状态在某些随机时间点上发生离散变化的系统。
离散事件动态系统，本质上属于人造系统（4）实体：实体是描述系统的三个基本要素(实体、属性、活动)之一。
在离散事件系统中的实体可分为两大类：临时实体及永久实体。
在系统中只存在一段时间的实体叫临时实体。
这类实体由系统外部到达系统，通过系统，最终离开系统。
临时实体按一定规律不断地到达(产生)，在永久实体作用下通过系统，最后离开系统，整个系统呈现出动态过程。
（5）事件：事件就是引起系统状态发生变化的行为。
从某种意义上说，这类系统是由事件来驱动的。
在一个系统中，往往有许多类事件，而事件的发生一般与某一类实体相联系，某一类事件的发生还可能会引起别的事件发生，或者是另一类事件发生的条件等，为了实现对系统中的事件进行管理，仿真模型中必须建立事件表，表中记录每一发生了的或将要发生的事件类型和发生时问，以及与该事件相联的实体的有关属性等。
（6）仿真时钟：仿真钟用于表示仿真时间的变化。
离散事件动态系统的状态是在离散时间点上发生变化的，并且由于引起状态变化的事件发生时间的随机性，仿真钟的推进步长是随机的。
如果两个相邻发生的事件之间系统状态不发生任何变化，则仿真钟可以跨过这些“不活动”周期。
网络系统仿真设计中的模型构建与参数优化
网络系统仿真设计中的模型构建与参数优化在网络系统的仿真设计中，模型构建与参数优化是非常重要的环节。
通过合理构建网络系统的模型，并进行参数的优化调整，可以使仿真结果更加准确和可靠。
本文将探讨网络系统仿真设计中的模型构建和参数优化的相关内容。
一、模型构建1.1 确定网络系统的目标在进行模型构建之前，我们需要明确网络系统的目标。
例如，对于一个通信网络系统，我们可以关注传输速率、带宽利用率等指标。
确切的目标有助于我们设计合理的模型。
1.2 收集数据在模型构建时，我们需要收集一些关键数据，用于分析和建模。
例如，对于通信网络系统，我们需要收集节点和链接的拓扑结构、数据传输量、链路的延迟等信息。
数据的准确性和全面性对于模型构建的有效性至关重要。
1.3 选择合适的模型根据网络系统的特点和目标，我们可以选择不同的模型进行构建。
常用的网络系统模型包括图模型、排队论模型、时延模型等。
在选择模型时，需要考虑模型是否能够准确地描述网络系统的行为和特性。
1.4 规划仿真实验在模型构建之前，需要规划好仿真实验的设计。
确定仿真实验的起止时间、仿真时钟周期、仿真的事件驱动机制等。
合理的实验设计可以提高仿真的有效性和可靠性。
二、参数优化2.1 确定优化目标参数优化的目标是在满足网络系统的要求下，使系统达到最佳性能。
优化目标可以是最大化传输速率、最小化时延、最大化带宽利用率等。
不同的网络系统可能有不同的优化目标。
2.2 确定优化变量网络系统中存在许多影响性能的参数，这些参数被称为优化变量。
例如，在通信网络系统中，传输速率、拓扑结构、链路带宽等都可以作为优化变量。
确定合适的优化变量是参数优化的前提。
2.3 确定优化策略参数优化可以采用多种策略，如遗传算法、粒子群优化算法等。
根据具体情况选择合适的优化策略，并结合网络系统模型进行参数的优化调整。
2.4 进行参数优化根据网络系统的模型和优化策略，进行参数的优化。
通过多次仿真实验和优化迭代，逐步调整优化变量的取值，最终达到系统性能的最佳状态。
物流系统建模与仿真-考前复习题
物流系统建模与仿真考前复习题1、名词解释（5*4分）（1）系统：系统是由若干可以相互区别、相互联系而又相互作用的要素所组成，在一定的阶层结构形成中分布，在给定的环境约束下，为达到整体的目的而存在的有机集合体。
（2）物流系统模型：物流系统模型是对物流系统特征要素、有关信息和变化规律的一种抽象表达，描述了系统各要素之间的相互关系、系统与环境之间的相互作用，以反映系统的某些本质。
（3）系统仿真：应用数学模型、相应的实用模型的装置、计算机系统、部分实物的仿真系统，对某一给定系统进行数学模拟、半实物模拟、实物模拟，以便分析、设计、研究这种给定系统；或者利用这种仿真训练给定系统的专业人员。
（4）离散事件系统：指系统状态在某些随机时间点上发生离散变化的系统。
离散事件动态系统，本质上属于人造系统（4）实体：实体是描述系统的三个基本要素(实体、属性、活动)之一。
在离散事件系统中的实体可分为两大类：临时实体及永久实体。
在系统中只存在一段时间的实体叫临时实体。
这类实体由系统外部到达系统，通过系统，最终离开系统。
临时实体按一定规律不断地到达(产生)，在永久实体作用下通过系统，最后离开系统，整个系统呈现出动态过程。
（5）事件：事件就是引起系统状态发生变化的行为。
从某种意义上说，这类系统是由事件来驱动的。
在一个系统中，往往有许多类事件，而事件的发生一般与某一类实体相联系，某一类事件的发生还可能会引起别的事件发生，或者是另一类事件发生的条件等，为了实现对系统中的事件进行管理，仿真模型中必须建立事件表，表中记录每一发生了的或将要发生的事件类型和发生时问，以及与该事件相联的实体的有关属性等。
（6）仿真时钟：仿真钟用于表示仿真时间的变化。
离散事件动态系统的状态是在离散时间点上发生变化的，并且由于引起状态变化的事件发生时间的随机性，仿真钟的推进步长是随机的。
如果两个相邻发生的事件之间系统状态不发生任何变化，则仿真钟可以跨过这些“不活动”周期。
控制系统数字仿真试题库完整
控制系统数字仿真题库填空题1.定义一个系统时.首先要确定系统的；边界确定了系统的范围.边界以外对系统的作用称为系统的 .系统对边界以外环境的作用称为系统的。
1.定义一个系统时.首先要确定系统的边界；边界确定了系统的范围.边界以外对系统的作用称为系统的输入.系统对边界以外环境的作用称为系统的输出。
2．系统的三大要素为：、和。
2．系统的三大要素为：实体、属性和活动。
3．人们描述系统的常见术语为：、、和3．人们描述系统的常见术语为：实体、属性、事件和活动。
4．人们经常把系统分成四类.分别为：、、和4．人们经常把系统分成四类.它们分别为：连续系统、离散系统、采样数据系统和离散-连续系统。
5、根据系统的属性可以将系统分成两大类：和。
5、根据系统的属性可以将系统分成两大类：工程系统和非工程系统。
6．根据描述方法不同.离散系统可以分为：和。
6．根据描述方法不同.离散系统可以分为：离散时间系统和离散事件系统。
7. 系统是指相互联系又相互作用的的有机组合。
7. 系统是指相互联系又相互作用的实体的有机组合。
8．根据模型的表达形式.模型可以分为和数学模型二大类.期中数学模型根据数学表达形式的不同可分为二种.分别为：和。
8．根据模型的表达形式.模型可以分为物理模型和数学模型二大类.期中数学模型根据数学表达形式的不同可分为二种.分别为：静态模型和动态模型。
9．连续时间集中参数模型的常见形式为有三种.分别为：、和。
9．连续时间集中参数模型的常见形式为有三种.分别为：微分方程、状态方程和传递函数。
10、采用一定比例按照真实系统的样子制作的模型称为 .用数学表达式来描述系统内在规律的模型称为。
10、采用一定比例按照真实系统的样子制作的模型称为物理模型.用数学表达式来描述系统内在规律的模型称为数学模型。
11．静态模型的数学表达形式一般是方程和逻辑关系表达式等.而动态模型的数学表达形式一般是方程和方程。
11．静态模型的数学表达形式一般是代数方程和逻辑关系表达式等.而动态模型的数学表达形式一般是微分方程和差分方程。
CAD设计中的模型优化与仿真
CAD设计中的模型优化与仿真CAD（Computer-Aided Design，计算机辅助设计）是一种使用计算机技术辅助进行设计的工具，近年来在工业领域得到了广泛应用。
在CAD设计中，模型的优化与仿真是十分重要的环节，它们可以帮助设计师提高设计效率、减少成本，并确保产品的质量和性能。
本文将探讨CAD设计中的模型优化与仿真的方法和意义。
一、模型优化在CAD设计中，模型优化是指通过优化设计参数，改进产品的性能和效率。
模型优化可以通过以下几个方面进行：1. 材料优化：选择合适的材料对产品的性能起着至关重要的作用。
在模型优化中，设计师可以使用CAD软件模拟不同材料在产品上的应力分布和变形情况，以帮助选择最合适的材料。
2. 结构优化：通过优化产品的结构，可以降低产品的重量、提高产品的强度和刚度，并减少材料的使用。
优化结构可以通过调整产品的形状、增加或减少零部件等方式实现，CAD软件可以帮助设计师进行结构分析和优化。
3. 流体优化：对于一些需要处理流体的产品，如管道、飞行器等，流体优化则是十分重要的。
通过CAD软件模拟流体的流动情况，可以优化产品的流体动力学性能，提高产品的效率和稳定性。
二、仿真分析在CAD设计中，仿真分析是通过模拟产品在实际工作环境中的受力情况和性能表现，评估产品的可行性和可靠性。
仿真分析可以帮助设计师发现设计中的问题，并进行相应的改进。
常见的仿真分析包括：1. 结构仿真：结构仿真可以模拟产品在承受外力作用下的变形、应力和破坏情况。
通过CAD软件进行结构仿真，设计师可以评估产品的强度和刚度，确保产品在实际使用中不会出现安全问题。
2. 流体仿真：流体仿真可以模拟产品在流体环境中的流动情况，如气流、水流等。
通过CAD软件进行流体仿真，设计师可以评估产品的流体动力学性能，如阻力、流速分布等，并进行相应的优化。
3. 热仿真：热仿真可以模拟产品在热环境中的传热情况。
通过CAD软件进行热仿真，设计师可以评估产品的热性能，包括温度分布、热流等参数，以确保产品的工作稳定和安全。
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系统的模型、仿真与优化三者之间的关系宇宙间任何复杂的事物都是由系统构成的，简单的、复杂的；单一的、交织的等。
人类社会文明的进步必然要跟世间的万物发生关系，这也就表明人们会不可避免的跟万物间的系统发生干涉，包括对系统的认识、了解、改造等。
当然，想要改造系统，或者创造一个新生的系统，很多时候并不能理想的去直接与所要干涉的系统工程发生关系，因为有时候所涉及的系统往往过于复杂或者抽象。
因此，通过建立一个可以直观感知，甚至是触碰的系统模型，并在对模型的研究中得出一些对原始系统的结论似乎是一种更为行之有效的办法。
对系统改造的最终目的是为了实现系统的最优化，从而输出最优解。
由于系统的某些实际原因使得不能对系统直接进行研究，因此需要建立系统模型，并通过对模型系统的仿真，从而得出实际系统的最优解。
由此看来：建立合理的系统模型是一切系统活动的前提；对模型系统的仿真是系统研究的手段；而使系统最优化并得出系统的最优解则是这一系列系统活动的最终目的。
系统模型是指以某种确定的形式（如文字、符号、图表、实物、数学公式等），对系统某一方面本质属性的描述。
对系统模型而言：一方面，根据不同的研究目的，可对同一系统可建立不同的系统模型，另一方面，同一系统模型也可代表不同的系统。
系统模型的特征有以下三个：（1）它是现实系统的抽象或模仿；（2）它是由反映系统本质或特征的主要因素构成的；（3）它集中
体现了这些主要因素之间的关系。
因此，要想更贴近实际的对一个系统进行研究就必须建立一个合理的系统模型。
系统仿真，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。
其利用计算机来运行仿真模型，模拟系统的运行状态及其变化的过程，并通过对仿真运行过程的观察和统计，得到被仿真系统的仿真输出参数和基本特性，以此来估计和推断实际系统的真实参数和真实性能。
系统仿真的实质：(1)它是一种对系统问题求数值解的计算技术。
(2)仿真是一种人为的试验手段。
它和现实系统实验的差别在于，仿真实验不是依据实际环境，而是作为实际系统的模型进行的。
这是仿真的主要功能。
(3)仿真可以比较真实地描述系统的运行、演变及其发展过程。
因而，仿真从经济上来说节约了人力、物力、财力等，降低了风险，是一种经济可靠地必要手段。
系统优化是指系统在一定的环境条件约束及限制下，使系统过程处在最优的工作状态，或是使目标函数在约束条件下达到最优解（通常指其最大解或是最小解，根据具体问题而定）的过程。
其优化的步骤为：1、将系统目标与约束条件用数学语言表示出来，2、找到最优解。
综上所述，系统的模型、仿真与优化的相互关系如下：模型是系统优化和系统仿真的前提——通过构造系统模型可以在不在实际中
具体操作就可以了解系统模型的性能及可能的结果；仿真是手段——通过仿真可以找出问题所在，从而使系统更优化；优化是最原始也是最终的目的——所有的系统活动都是为了让系统在最有效的情况下工作，从而得出系统的最优解。