系統(tǒng)仿真　控制系統(tǒng)仿真

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1、系統(tǒng)仿真(控制系統(tǒng)仿真)SystemSimulation聯(lián)系方法王雷電二樓215實驗室3603245wangl@ustc.edu.cn信箱：系樓二樓課程簡介系統(tǒng)仿真技術(shù)涉及到建模理論、計算機軟件、數(shù)值方法、嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、工程設(shè)計等方面的知識，是學(xué)科交叉發(fā)展的結(jié)果。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握仿真工程的相關(guān)內(nèi)容，包括建模技術(shù)、仿真算法與仿真結(jié)果分析方法等。本課程還將介紹最新的仿真技術(shù)及其應(yīng)用。本課程有何用處？科研：控制：機器人、月球車、預(yù)測控制網(wǎng)絡(luò)：用戶行為研究、P2P網(wǎng)絡(luò)研究、服務(wù)器集群性能研究仿真技術(shù)幾乎應(yīng)用于所有的研究與技術(shù)領(lǐng)域，它可以縮短研發(fā)周期、

2、改進生產(chǎn)過程、降低成本以及輔助決策主要內(nèi)容系統(tǒng)仿真概論仿真模型與建模方法論連續(xù)系統(tǒng)仿真方法學(xué)離散事件系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)離散事件系統(tǒng)仿真方法學(xué)仿真結(jié)果分析先進仿真技術(shù)與應(yīng)用參考書系統(tǒng)仿真導(dǎo)論，肖田元等，清華大學(xué)出版社，2000建模與仿真，王紅衛(wèi)，科學(xué)出版社，2002仿真工程，(美)JimLedin，機械工業(yè)出版社，2003第一章系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真是建立在控制理論、相似理論、信息處理技術(shù)和計算技術(shù)等理論基礎(chǔ)之上的，以計算機和其它專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對真實或假想的系統(tǒng)進行試驗，并借助于專家經(jīng)驗知識、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和信息資料對試驗結(jié)果進行分析研究，進而做出決策的

3、一門綜合性的和試驗性的學(xué)科本章主要內(nèi)容系統(tǒng)系統(tǒng)模型系統(tǒng)仿真仿真的發(fā)展一、系統(tǒng)定義：相互聯(lián)系且相互作用的對象的有機組合（本課程的研究對象）系統(tǒng)特征均由一些相關(guān)的實體組合而成實體具有自身的特征：屬性系統(tǒng)通常是動態(tài)的，其變化過程稱為活動按物理特征分類工程系統(tǒng)：電氣、機械、化工、水利等非工程系統(tǒng)：經(jīng)濟、交通、管理、生態(tài)等按狀態(tài)變化方式分類連續(xù)系統(tǒng)系統(tǒng)狀態(tài)量隨時間連續(xù)變化離散事件系統(tǒng)系統(tǒng)狀態(tài)只在一些時間點上由于某種隨機事件的驅(qū)動而發(fā)生變化按復(fù)雜程度分類單變量系統(tǒng)多變量系統(tǒng)其它分類特征確定系統(tǒng)隨機系統(tǒng)系統(tǒng)輸入和輸出變量間有完全確定的函數(shù)關(guān)系系統(tǒng)內(nèi)部或環(huán)境存在不確定因素并影

4、響輸出變量自治系統(tǒng)(autonomous)非自治系統(tǒng)系統(tǒng)無輸入變量系統(tǒng)有輸入變量閉系統(tǒng)開系統(tǒng)系統(tǒng)無輸入、輸出變量系統(tǒng)有輸入、輸出變量無記憶系統(tǒng)有記憶系統(tǒng)系統(tǒng)無狀態(tài)變量系統(tǒng)有狀態(tài)變量線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)系統(tǒng)的輸入輸出滿足齊次性和疊加性系統(tǒng)的輸入輸出不滿足齊次性和疊加性二、系統(tǒng)模型研究系統(tǒng)的目的了解系統(tǒng)各組成部分間的關(guān)系（內(nèi)部特性）預(yù)測系統(tǒng)在一種新的工作策略下的執(zhí)行情況（外部行為）有時不能直接把系統(tǒng)作為試驗對象不具有可行性：系統(tǒng)未建成、行為預(yù)測代價昂貴：生產(chǎn)過程、大型系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)不安全：核試驗、碰撞試驗、軍事演習(xí)其它包括涉及到主觀因素影響或者不能復(fù)原的試驗等等即從

5、可行性、經(jīng)濟性以及安全性等角度考慮，需要在能模擬實際系統(tǒng)或待設(shè)計系統(tǒng)的系統(tǒng)模型上進行研究模型分類（按表示方式）物理模型：實體模型。實際系統(tǒng)尺寸上縮小或放大后的相似體。描述的逼真感強，但建模費用大，不易試驗，修改參數(shù)或結(jié)構(gòu)困難數(shù)學(xué)模型：用數(shù)學(xué)形式描述實際系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能，可以描述系統(tǒng)的靜態(tài)或動態(tài)特性。建模費用低，可反復(fù)試驗復(fù)雜系統(tǒng)仿真時往往兩者相結(jié)合三、系統(tǒng)仿真仿真的定義變遷1961年，G.W.Morgenthater首次定義仿真：在實際系統(tǒng)尚不存在的情況下對于系統(tǒng)或活動本質(zhì)的實現(xiàn)1978年，Korn的著作《連續(xù)系統(tǒng)仿真》定義：用能代表所研究的系統(tǒng)的模型作實驗1

6、982年，Spriet擴充定義：所有支持模型建立與模型分析的活動即為仿真活動1984年，Oren提出：仿真是一種基于模型的活動系統(tǒng)仿真與計算機仿真系統(tǒng)仿真的概念計算機仿真是一種非實物仿真方法，是用計算機對一個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為進行動態(tài)演示,以評價或預(yù)測一個系統(tǒng)的行為效果,為決策提供信息的一種方法.它是解決較復(fù)雜的實際問題的一條有效途徑。現(xiàn)在一般認為系統(tǒng)仿真等同于計算機仿真為什么要進行計算機仿真便于重復(fù)進行試驗，便于控制參數(shù)，時間短，代價小?？梢栽谡鎸嵪到y(tǒng)建立起來之前，預(yù)測其行為效果，從而可以從不同結(jié)構(gòu)或不同參數(shù)的模型的結(jié)果比較之中，選擇最佳模型。對于缺少解析表示

7、的系統(tǒng)，或雖有解析表示但無法精確求解的系統(tǒng)，可以通過仿真獲得系統(tǒng)運行的數(shù)值結(jié)果。對于隨機性系統(tǒng)，可以通過大量的重復(fù)試驗，獲得其平均意義上的特性指標(biāo)。適合計算機仿真的問題難以用數(shù)學(xué)公式表示的系統(tǒng)，或者沒有建立和求解數(shù)學(xué)模型的有效方法．雖然可以用解析的方法解決問題，但數(shù)學(xué)的分析與計算過于復(fù)雜，這時計算機仿真可能提供簡單可行的求解方法．希望能在較短的時間內(nèi)觀察到系統(tǒng)發(fā)展的全過程，以估計某些參數(shù)對系統(tǒng)行為的影響．難以在實際環(huán)境中進行實驗和觀察時，計算機仿真是唯一可行的方法，例如太空飛行的研究．需要對系統(tǒng)或過程進行長期運行比較，從大量方案中尋找最優(yōu)方案．計算機仿真的應(yīng)用

8、三峽水庫總庫容393億立方米，總裝機容