第2章 系统建模与仿真的基本原理
系统建模与仿真PPT课件
内涵分类方法
同构模型 同态模型
形象模型
模拟模型
符号模型
数学模型
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➢除此之外，还有不少对系统模型的分类方法。 ➢例如：
➢ (1)按变量性质可将数学模型分为确定性模型与 随机模型；
➢ (2)按变量间的关系可将模型分为线性模型与非 线性模型；
➢ (3)按时间因素可有动态模型与静态模型； ➢ (4)按是否间断可有连续模型与离散模型； ➢ (5)按学科性质，可有运筹学模型、计量经济学
用户订货
生产管理部门
原料 采购部 制造车
门
间
装配车 装运部 成品
间
门
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？模型的构建原则
2）考虑信息相关性
例如：在工业管理中，研究工艺流程对生 产的效率的影响时，就不需要考虑工人的 工资。如果将工人工资信息包括在模型中 不会有什么害处，但它会增加模型的复杂 性。
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？模型化的地位
它不能代替对客观系统内容的研究，只有在和对 客观系统内容研究相配合时，模型的作用才能充 分发挥。
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实际系 统
模型化
模型Biblioteka 比较现实意 义解释
实验、分析 结论
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二、模型的分类
1.模型的分类
形式分类方法
物理模型 数学模型 概念模型
第6讲 系统建模与仿真
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第2章 系统仿真的基本知识
2.离散事件系统的基本要素：实体、属性、事件、活动、 进程。
• 实体：系统中我们感兴趣的对象。
• 属性：实体的属性或性质。 • 活动: 具有一定时间长度的任务或工作
• 事件: 导致系统状态改变的瞬间行为。
• 进程：在一些更确切的术语中，进程是事件、活动和延迟按时间 顺序排列的表，这个表定义了一个实体经过系统时的生命周期。 • 延迟：与活动相比，延迟的持续时间不由建模者事先指定，而是 由系统条件决定的。 • 状态：变量集，它们包含描述系统在任何时间所必需的所有信息。 • 注：分析系统必须要首先明确仿真目的迟 开始服务 活动 结束服务事件 时间
以排队系统和库存系统为例。 在仓储系统中，货物是临时实体；货位、搬运机 器是永久实体。属性：货物的几何物理特性、到 达时间间隔、到达批量。事件：货物入库，物品 出库。活动：存储。 在银行排队系统中，顾客和服务员是实体，顾客 到达时间间隔、服务时间是属性，事件：顾客到 达和顾客离去。状态变量：队列长度和服务员忙 闲程度。 思考：2.6 请在下列系统中命名一些实体、属性、 事件、活动和进程：零售商店，汽车总装线，医 院手术室，银行储蓄所。
仿真钟：
• 定义：仿真模型中用来记录仿真当前时刻的变 量。 • 仿真钟的推进有两种经典方法：固定步长推进 法和变步长推进法。
• 举例
3.离散事件系统仿真步骤：
• 确定仿真目标----建模的依据 • 进行系统调研---了解系统运行状况和采集系统数据资 料。 • 建立系统模型----模型和模型参数 • 确定仿真算法----是控制仿真钟推进的方法，是系统仿 真的核心。 • 建立仿真模型----二次建模 • 验证与确认模型 • 运行仿真模型 • 分析仿真结果 • 输出仿真结果
系统的建模与仿真
系统的建模与仿真摘要：系统的建模与仿真是一种现代的工程手段，可以帮助工程师在设计和测试新系统之前进行可靠的探索和预测。
本文将介绍系统建模和仿真的基本概念、实现方法以及其在各个领域的应用。
关键词：系统建模；仿真；探索；预测；应用一、引言系统的建模与仿真是一种现代的工程手段，可以帮助工程师在设计和测试新系统之前进行可靠的探索和预测。
系统建模是将现实中复杂的系统抽象为可以用计算机程序进行描述、分析和预测的数学模型；仿真是在计算机上通过运行建立的数学模型来模拟真实系统的行为。
系统建模与仿真的应用涉及到各个领域，例如，航空航天、汽车工业、制药业等。
本文将介绍系统建模和仿真的基本概念、实现方法以及其在各个领域的应用。
二、系统建模系统建模是将现实中复杂的系统抽象为可以用计算机程序进行描述、分析和预测的数学模型。
系统建模的目的是帮助工程师理解系统的行为，探索设计方案和调试错误。
系统建模的基本步骤包括：（1）确定系统的物理对象和变量系统的物理对象是指在系统中具有实际物理意义的元素，例如，机器上的零部件、航空器的传感器等；系统的变量是指描述系统中特定元素状态、性能或行为的测量值或变量。
（2）选择适当的数学模型根据所要研究的系统属性，选择适当的数学模型。
模型可以是基于物理学、数学、统计学或概率论等方面的。
相应的模型纲要应明确表明模型的输入和输出变量。
（3）根据模型的纲要建立模型使用适当的数学软件或编程语言来建立模型。
模型描述了系统元素之间的关系和动力学行为，并且可以为各种输入变量的不同值生成预测结果。
（4）验证模型准确度将模型与现实系统的行为进行比较，以评估模型的准确性。
三、仿真仿真是在计算机上通过运行建立的数学模型来模拟真实系统的行为。
根据仿真所关心的问题，可以将仿真分为过程仿真（process simulation）、物理仿真（physical simulation）和Agent仿真。
过程仿真是对系统过程活动的建模仿真；在物理仿真中，计算机正在模拟真实物体的运动和行为；代理仿真是指以一种状态轮廓来表示代理，仿真管理代理之间的相互作用和机械造作。
(完整)系统建模与仿真习题答案(forstudents)
第一章习题1-1什么是仿真？它所遵循的基本原则是什么？答：仿真是建立在控制理论，相似理论，信息处理技术和计算技术等理论基础之上的,以计算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助专家经验知识，统计数据和信息资料对试验结果进行分析和研究，进而做出决策的一门综合性的试验性科学。
它所遵循的基本原则是相似原理。
1-2在系统分析与设计中仿真法与解析法有何区别?各有什么特点?答：解析法就是运用已掌握的理论知识对控制系统进行理论上的分析，计算。
它是一种纯物理意义上的实验分析方法,在对系统的认识过程中具有普遍意义。
由于受到理论的不完善性以及对事物认识的不全面性等因素的影响，其应用往往有很大局限性.仿真法基于相似原理，是在模型上所进行的系统性能分析与研究的实验方法.1-3数字仿真包括那几个要素？其关系如何？答: 通常情况下，数字仿真实验包括三个基本要素，即实际系统，数学模型与计算机。
由图可见，将实际系统抽象为数学模型，称之为一次模型化，它还涉及到系统辨识技术问题,统称为建模问题；将数学模型转化为可在计算机上运行的仿真模型，称之为二次模型化，这涉及到仿真技术问题，统称为仿真实验.1—4为什么说模拟仿真较数字仿真精度低？其优点如何?.答：由于受到电路元件精度的制约和容易受到外界的干扰,模拟仿真较数字仿真精度低但模拟仿真具有如下优点：（1）描述连续的物理系统的动态过程比较自然和逼真。
（2）仿真速度极快，失真小，结果可信度高。
（3）能快速求解微分方程.模拟计算机运行时各运算器是并行工作的，模拟机的解题速度与原系统的复杂程度无关.（4）可以灵活设置仿真试验的时间标尺，既可以进行实时仿真，也可以进行非实时仿真.（5）易于和实物相连。
1-5什么是CAD技术？控制系统CAD可解决那些问题？答：CAD技术，即计算机辅助设计（Computer Aided Design)，是将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与设计者的综合分析，逻辑判断以及创造性思维结合起来，用以加快设计进程，缩短设计周期，提高设计质量的技术.控制系统CAD可以解决以频域法为主要内容的经典控制理论和以时域法为主要内容的现代控制理论。
系统建模与仿真Extendsim2.
2013－2014学年第二学期《系统建模与仿真理论与实验报告》班级学号姓名成绩系统建模与仿真理论与实验报告一、认识仿真1、什么是仿真定义一：从仿真对象牛津辞典：仿真是一种通过相似模型或者装置来模拟某种情形或者系统行为方式的技术，用来更便捷地获取信息或者用来训练人员。
定义二：从技术本身着眼计算机仿真是指在计算机上设计，并生成拥有许多变量的替代模型，模型中的这些变量与现实世界或者设计中的系统中的变量具有相同的动态运行法则。
”定义三：从仿真的作用和功效着眼仿真是一个将对现实复杂系统的运作规律利用计算机方式有选择地，有针对性地在计算机内表达出来，并通过有目的的实验改善外部世界的有效手段。
它是一个融合多种学科知识，又服务于多种学科的复合型应用，它是一个可以研究因果关系、预测未来发展的有效工具之一。
2、仿真的本质对有限资源分配、占用、释放方式进行研究的试验工具资源包括：时间资源、设备资源、人力资源、空间资源…从理解到改善快速实验，测试多种建议想法；低成本，无风险，不需要中断正常运作；图形动画界面，有效的沟通工具3、管理离散系统特点(1描述了大部分现实系统随时间变化的演变(2仿真的运行是由在不确定时间点上发生的事件驱动(3仿真时间是跳跃的，间隔不一定相等，有时是不确定的(4因为是模拟随时间变化的演变，因此需要包含延迟模块，包括作业、运输，或者广义的活动4、随机性在计算机虚拟中如何实现随机性在计算机虚拟中通过随机变量来实现的，随机变量又可分为离散型随机变量和连续型随机变量。
（1）离散事件仿真：①描述了大部分现实系统随时间变化的演变②仿真的运行是由在不确定时间点上发生的事件驱动③仿真时间是跳跃的，间隔不一定相等，有时是不确定的④因为是模拟随时间变化的演变，因此需要包含延迟模块，包括作业、运输，或者广义的活动⑤在ExtendSim 中，主要由Item 模块库中的模块搭建而成，如果仿真中需要传递数据或信息，还可能包含Value 模块库中的模块。
系统仿真技术第二章资料
a1 x X xn
X AX Bu
0 0 A 0 an
1 0 0 an 1
0 1 0 an 2
0 0 , 1 a1
0 0 B 1
实际上从微分方程组可以直接求得系统的解(解析解)
1 2 h H gt 2
而从另一方面来讲，如果考虑物体下落时空气的阻力 D ， 和不同高度时重力加速度 g (h)是高度的 h 函数，则物体的运动方 程有写为 2
例2.1：连铸结晶器漏钢预报系统研究中，对结晶器上埋设的热 电偶温度变化特征进行数学描述和检测，从而准确地判断结晶 器内铸坯表面，或结晶器内凝固坯壳是否与结晶器铜板发生黏 结。在对热电偶温度进行模型计算和特征判断时，人们所研究 的实体脱离了实际监视的物理设备，即研究者没有真实地了解 结晶器内板坯表面与结晶器铜板间发生的情况，而只是通过热 电偶表现出来的温度变化情况估计和判断其间是否发生黏结， 因此这种方式就是利用了系统的输入输出动态特征研究内部状 态转化的实例。 例2.2：同样，高炉炼铁过程中的炉体侵蚀情况判断也是通过计 算外部温度变化特征进行的估算。一般情况下，冶炼过程中的 状态判断和趋势预报都属于这种系统，因为这种情况下实际系 统的环境不适于直接观察和测量，而且不能够对其中的状态变 化进行准确的数学演绎，所以不能推导出准确的数学模型。
a0 s nY ( s) a1s n1Y ( s) ... an1sY (s) anY ( s) C0 s n 1U ( s) C1s n 2U (s) ... Cn1U ( s)
即
C0 s n 1 C1s n 2 ... Cn 1 Y ( s) G( s) n n 1 U ( s) a0 s a1s ... an 1s an
【系统】生产系统建模与仿真
【关键字】系统《建模与仿真》课程教学大纲(Modeling and Simulation)课程编码：学分：2.5总学时：40适用专业：工业工程先修课程：生产计划与控制、工程统计学、工程数学、运筹学、计算机编程技术一、课程的性质、目的和任务《建模与仿真》是面向工程实际的应用型课程，是工业工程系的主导课程之一。
学生通过本课程的学习能够初步运用仿真技术来发现生产系统中的关键问题，并通过改进措施的实现，提高生产能力和生产效率。
本课程的目的是要求学生通过学习、课堂教育和上机训练，能了解如何运用计算机仿真技术模拟生产系统的布置和调度管理。
并熟悉和掌握计算机仿真软件的基本操作和能够实现的功能。
使学生了解计算机仿真的基本步骤。
结合本课程的特点，使学生掌握或提高系统化分析问题和解决问题的能力,为系统化管理生产打下根底。
二、教学基本要求具体在教学过程中要求学生应该达到：1.全面了解本课程的性质与任务、框架内容以及理论和方法；2.掌握仿真的概率统计根底知识。
3.掌握供理论模型建模方法。
4.掌握仿真模型的设计与实现方法。
5.熟练应用建模理论,对排队系统、库存系统、加工制造系统进行建模仿真。
三、教学内容与学时分配离散事件系统仿真是仿真技术的重要领域，在规划论证、方案评估、计划调度、加工制造、产品试验、生产培训、训练模拟、管理决策等方面得到广泛应用。
本课程深入地介绍了离散事件系统建模仿真的理论、方法和技术，突出对理论建模方法和计算机实现技术的讲解，对离散事件系统建模仿真的发展和应用情况做了比较详尽的介绍。
具体教学内容如下：第一章绪论 4学时本章分析了系统和制造系统定义、组成与特点，介绍了系统建模与仿真的基本概念和使用步骤，并给出应用案例。
本章教学目标：本章教学基本要求：了解常用术语及常用的仿真软件，了解仿真技术的的发展状况及应用。
理解系统与制造系统的定义及系统建模与仿真的概念及系统、模型与仿真之间的关系。
掌握制造系统建模与仿真的基本概念及基本步骤。
第2章 离散事件系统仿真
Modeling and Simulation of Production System
第2章 离散事件系统仿真基础
第2章 离散事件系统仿真基础
§2.1 基本概念
§2.2 蒙特卡洛方法 §2.3 离散事件系统仿真的基本原理 §2.4 离散事件系统仿真的一般步骤
基本要求
离散事件系统仿真的基本原理
仿真时钟的推进方式 仿真时钟表示了仿真运行的系统时间，是离 散事件系统仿真中的基本组成部分之一。
（1）面向事件的仿真时钟推进方式 （2）面向时间间隔的仿真时钟推进方式
离散事件系统仿真的基本原理
（1）面向事件的仿真时钟推进方式 仿真时钟是按照下一个离散事件预计要发 生的时刻, 以不同时间间隔向前推进的。其 实现，是对各离散事件按发生时间的先后 次序进行排列，然后仿真时钟则按照这些 事件顺序发生的时刻向前推进。
离散事件系统仿真的基本原理
（1）面向事件的仿真时钟推进方式 实例分析
离散事件系统仿真的基本原理
（1）面向事件的仿真时钟推进方式 实例分析
离散事件系统仿真的基本原理
（1）面向事件的仿真时钟推进方式 实例分析
离散事件系统仿真的基本原理
（1）面向事件的仿真时钟推进方式 实例分析2
离散事件系统仿真的基本原理
离散事件系统仿真的基本要素
进程(Process) 进程(Process)描述了它所包括的事件及活 动之间的逻辑关系和时序关系，一个进程 由与某类实体相关的若干有序事件及活动 组成。 例如：把一个零件到达系统、等待加工(排 队)、开始加工、加工结束离开系统的过程 看做是一个进程。事件、活动和进程之间 的关系
由于离散事件系统固有的随机性 ,对这类系统的研 究往往十分困难。经典的概率及数理统计理论和 随机过程理论虽然为之提供了理论基础,并 能对一 些简单系统提供解析解,但对于实际工程中的大量 系统 ,唯有依靠计算机仿真技术才能提供较为完整 的结果。