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(shí)驗(yàn)室3603245wangl@ustc.edu.cn信箱：系樓二樓課程簡(jiǎn)介系統(tǒng)仿真技術(shù)涉及到建模理論、計(jì)算機(jī)軟件、數(shù)值方法、嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、工程設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)，是學(xué)科交叉發(fā)展的結(jié)果。通過(guò)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(jī)器人、月球車、預(yù)測(cè)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(jìn)生產(chǎn)過(guò)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(jìn)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(jī)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(jì)算技術(shù)等理論基礎(chǔ)之上的，以計(jì)算機(jī)和其它專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)真實(shí)或假想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，并借助于專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和信息資料對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析研究，進(jìn)而做出決策的

3、一門綜合性的和試驗(yàn)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(duì)象的有機(jī)組合（本課程的研究對(duì)象）系統(tǒng)特征均由一些相關(guān)的實(shí)體組合而成實(shí)體具有自身的特征：屬性系統(tǒng)通常是動(dòng)態(tài)的，其變化過(guò)程稱為活動(dòng)按物理特征分類工程系統(tǒng)：電氣、機(jī)械、化工、水利等非工程系統(tǒng)：經(jīng)濟(jì)、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(shí)間連續(xù)變化離散事件系統(tǒng)系統(tǒng)狀態(tài)只在一些時(shí)間點(diǎn)上由于某種隨機(jī)事件的驅(qū)動(dòng)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(jī)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(wú)輸入變量系統(tǒng)有輸入變量閉系統(tǒng)開(kāi)系統(tǒng)系統(tǒng)無(wú)輸入、輸出變量系統(tǒng)有輸入、輸出變量無(wú)記憶系統(tǒng)有記憶系統(tǒng)系統(tǒng)無(wú)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(cè)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(shí)不能直接把系統(tǒng)作為試驗(yàn)對(duì)象不具有可行性：系統(tǒng)未建成、行為預(yù)測(cè)代價(jià)昂貴：生產(chǎn)過(guò)程、大型系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)不安全：核試驗(yàn)、碰撞試驗(yàn)、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(yàn)等等即從

5、可行性、經(jīng)濟(jì)性以及安全性等角度考慮，需要在能模擬實(shí)際系統(tǒng)或待設(shè)計(jì)系統(tǒng)的系統(tǒng)模型上進(jìn)行研究模型分類（按表示方式）物理模型：實(shí)體模型。實(shí)際系統(tǒng)尺寸上縮小或放大后的相似體。描述的逼真感強(qiáng)，但建模費(fèi)用大，不易試驗(yàn)，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(shí)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(dòng)態(tài)特性。建模費(fèi)用低，可反復(fù)試驗(yàn)復(fù)雜系統(tǒng)仿真時(shí)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(shí)際系統(tǒng)尚不存在的情況下對(duì)于系統(tǒng)或活動(dòng)本質(zhì)的實(shí)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(shí)驗(yàn)1

6、982年，Spriet擴(kuò)充定義：所有支持模型建立與模型分析的活動(dòng)即為仿真活動(dòng)1984年，Oren提出：仿真是一種基于模型的活動(dòng)系統(tǒng)仿真與計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)仿真的概念計(jì)算機(jī)仿真是一種非實(shí)物仿真方法，是用計(jì)算機(jī)對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示,以評(píng)價(jià)或預(yù)測(cè)一個(gè)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(shí)際問(wèn)題的一條有效途徑?，F(xiàn)在一般認(rèn)為系統(tǒng)仿真等同于計(jì)算機(jī)仿真為什么要進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真便于重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，便于控制參數(shù)，時(shí)間短，代價(jià)小?？梢栽谡鎸?shí)系統(tǒng)建立起來(lái)之前，預(yù)測(cè)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(duì)于缺少解析表示

7、的系統(tǒng)，或雖有解析表示但無(wú)法精確求解的系統(tǒng)，可以通過(guò)仿真獲得系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)值結(jié)果。對(duì)于隨機(jī)性系統(tǒng)，可以通過(guò)大量的重復(fù)試驗(yàn)，獲得其平均意義上的特性指標(biāo)。適合計(jì)算機(jī)仿真的問(wèn)題難以用數(shù)學(xué)公式表示的系統(tǒng)，或者沒(méi)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(wèn)題，但數(shù)學(xué)的分析與計(jì)算過(guò)于復(fù)雜，這時(shí)計(jì)算機(jī)仿真可能提供簡(jiǎn)單可行的求解方法．希望能在較短的時(shí)間內(nèi)觀察到系統(tǒng)發(fā)展的全過(guò)程，以估計(jì)某些參數(shù)對(duì)系統(tǒng)行為的影響．難以在實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和觀察時(shí)，計(jì)算機(jī)仿真是唯一可行的方法，例如太空飛行的研究．需要對(duì)系統(tǒng)或過(guò)程進(jìn)行長(zhǎng)期運(yùn)行比較，從大量方案中尋找最優(yōu)方案．計(jì)算機(jī)仿真的應(yīng)用

8、三峽水庫(kù)總庫(kù)容393億立方米，總裝機(jī)容