系统建模与仿真第1章概论

第一章引言本章将介绍AMESim 家族产品和AMESim 4.2的新特征。

AMESim是什么? AMESim 怎么用? 如何使用文件组？在线帮助的组织结构。

AMESim 4 软件包。

AMESim 4.2的新特征1.1 AMESim是什么?AMESim表示项目系统仿真高级建模环境<A dvanced M odeling E nvironment for performing Sim ulations of engineering systems）.基于直接图形接口，在整个仿真过程中系统可以显示在环境中。

AMESim 使用图标符号代表各种系统的元件，这些图标符号要么是国际标准组织如项目领域的ISO为液压元部件确定的标准符号，或为控制系统确定的方块图符号，或者当不存在这样的标准符号时可以为该系统给出一个容易接受的非标准图形特征。

.Figure 1.1: AMESim中使用符号Figure 1.1 所示为使用标准液压，机械和控制符号表达的一个项目系统。

Figure 1.2所示为使用了非标准图形特征的汽车制动系统。

Figure 1.2: 汽车制动系统的符号1.2 如何使用AMESim?使用AMESim你可以通过在绘图区添加符号或图标搭建项目系统草图，搭建完草图后，可按如步骤进行系统仿真：•图标元件的数学描述• 设定元件的特征• 初始化仿真运行• 绘图显示系统运行状况Figure 1.3 所示为从HCD符号构建的一个三柱塞径向液压泵详细模型。

箭头用来表示液流方向。

Figure 1.3: 从HCD符号构建的一个三柱塞径向液压泵大多数自动化系统都可按上述步骤执行，在每一步都可以看到系统草图。

接口现在的联系是为了提供软件间的接口使它们能够联合工作，以便你能够获得每个软件的最佳特征。

标准AMESim软件包提供了与MATLAB.的接口。

这使你有权使用控制器设计，优化工具和功率谱分析等。

还有其它一些接口可用，AMESim最新接口信息请参见1.6.6节接口。

系统建模与仿真-齐欢xx年xx月xx日contents •引言•系统建模•仿真实验•系统优化•系统建模与仿真应用•总结与展望目录01引言系统建模与仿真是一门研究系统建模、仿真技术及其应用的学科。

课程从数学模型、仿真技术、计算机系统等方面系统地介绍系统建模与仿真的基本概念、原理和方法。

课程简介教学目的理解并掌握常见的系统建模方法、仿真算法和工具。

掌握系统建模与仿真的基本概念、原理和方法。

能够应用所学知识解决实际系统建模与仿真问题。

课程大纲•第一部分：系统建模基础•第1章：系统与模型概述•第2章：数学模型基础•第3章：系统建模的原则和方法•第二部分：系统仿真技术•第4章：仿真技术概述•第5章：数值仿真方法•第6章：仿真实验设计及其实践•第三部分：现代系统建模与仿真•第7章：现代系统建模与仿真概述•第8章：基于Agent的系统建模与仿真•第9章：基于流程的系统建模与仿真•第四部分：应用与实践•第10章：系统建模与仿真的应用•第11章：系统建模与仿真实验02系统建模建模方法与技巧适合描述在离散时间点上系统状态的变化，通常用流程图和状态图表示。

离散事件建模系统动力学建模连续系统建模混合建模用反馈机制描述系统内部各要素之间的相互作用和影响，从而预测系统的长期行为。

使用微分方程、传递函数等连续模型描述系统的动态行为。

结合离散事件和连续事件进行建模。

离散事件建模Petri网一种形式化的离散事件模型，适用于描述并行、异步、分布式系统中的事件序列。

进程代数一种代数结构，用于描述并发系统中的交互和同步。

时序逻辑用于描述系统在时间上的行为顺序。

系统动力学建模系统动力学方程描述系统内部各要素之间的因果关系和反馈机制，从而预测系统的长期行为。

流图描述系统中物质、能量、信息等资源的流动路径和转化过程。

参数估计与校准根据历史数据和经验，确定模型中的参数，使模型符合实际情况。

010203仿真模型的评估与验证模型性能评估通过对比仿真结果与实际数据，评估模型的准确性和鲁棒性。

系统建模与仿真概述System Modeling and Simulation第一章系统建模与仿真概述主要内容•系统与模型-系统建模-系统仿真•系统建模与仿真技术14系统与模型1.1.1系统1.系统的广义定义：x由相互联系、相互制约、相互依存的若干组成部分（要素）结合起来在一起形成的具有特定功能和运动规律的有机整体。

举例：宇宙世界，原子分子，电炉温度调节系统, 商品销售系统，等等。

例一：电炉温度调节系统例二：商品销售系统经理部［市场部I I采购部仓储部销售部I14系统与模型2系统的特性：1）系统是实体的集合+实体是指组成系统的具体对象例如：电炉调节系统中的比校器、调节器、电炉、温度计。

商品销售系统中的经理、部门、商品、货币、仓库等。

+实体具有一定的相对独立性，又相互联系构成一个整体，即系统。

14系统与模型2）组成系统的实体具有一定的属性属性是指实体所具有的全部有效性，例如状态、参数等。

在电炉温度调芒系统中，温度、温度偏差. 电压等都是属性。

在商品销售系统中，部门的属性有人员的数董、职能范围，商品的属性有生产日期、进货价格.销售日期.售价等等。

X系统处于活动之中+活动是指实体随时间的推移而发生属性变化。

例如: 电炉温度调节系统中的主要活动是控制电压的变化, 而商品销售系统中的主要活动有库存商品数量的变化、零售商品价格的增长等。

14系统当摆型X系统三要素：实体、属性与活动。

系统是在不断地运动、发展、变化的；系统不是孤立存在的；系统边界的划分在很大程度上取决于系统研究的目的。

系统研究：系统分析、系统综合和系统预测O 系统描述：同态、同构+同态：系统与模型之间行为的相似（低级阶段）同构：系统与模型之间结构的相似（高级阶段）同态与同构建模+同构系统：对外部激励具有同样反应的系统十同态系统：两个系统只有少数具有代表性的输入输出相対应14系统与模型——3.系统的分类X按照系统特性分类：+工程系统（物理系统）：为了满足某种需要或实现某个预定的功能，采用某种手段构造而成的系统，如机械系统、电气系统等。

第一章建模与仿真基本概念§1.1 前言1、课程的主要目标本课程的主要内容是介绍建模与仿真的框架工作。

使这些概念在它们之中能以明显的抽象的形式描述出来。

（1）介绍这一领域普遍使用的，而不是某一学科中的具体方法。

（2）为什么要建模与仿真，它能做什么，不能够完成什么。

（3）了解建模与仿真学科最新发展趋势2、课程的主要内容第一章建模与仿真基本概念1.1引言1.2 建模与仿真的基本概念§1.3 模型的非形式描述1.4 建模与仿真的组成要素1.5 仿真的基本概念框架1.6 仿真的发展趋势第二章建模方法论§ 2.1 数学模型§2.2 建模方法学2.3基于计算机的建模方法学2.4 解释结构建模第三章模型的简化§3.1 模型描述变量的简化§3.2 动态系统的模型简化—集结法§3.3 动态系统的模型简化—摄动法第四章系统规范的分层描述和同态关系§41 时基、轨迹和分段§2 I/O关系的观测§3 I/O函数的观测§4 I/O系统§5 从结构到行为§6时不变系统§7 I/O关系观测同态§8 I/O函数观测的同态§9 I/O系统同态§10 结构同态与行为同态第五章随机数的产生§5.1 [0，1]均匀分布随机数的产生§5.2 [0，1]均匀分布随机数的统计检验§5.3 产生各种概率分布的随机数第六章离散时间和连续时间模型的仿真§6.1 状态变量§6.2离散时间模型仿真§6.3 连续时间模型仿真§6.4离散时间和连续时间仿真模型的描述第七章离散事件模型及其仿真策略§7.1离散事件模型§7.2基于事件调度的离散事件模型§7.3基于活动扫描的离散事件模型§7.4杂货店模型的建模与仿真过程分析第八章系统仿真结果分析§8.1终态仿真的结果分析8.2稳态仿真的结果分析§8.3 系统性能测度的估计方法§8.4 方差减小技术第九章基于Agent的建模方法及Swarm仿真§9.1 Agent的基本概念§9.2 基于Agent的建模方法§9.3 Swarm简介§9.4 Swarm应用实例第十章离散事件系统的建模工具—Petri网§10.1 Petri网的基本概念§10.2 着色Petri网§10.3 层次Petri网§10.4 混凝土施工系统的仿真第十一章分布建模与仿真§11.1分布式系统11.2 分布式仿真技术11.3 分布对象计算技术§11.4 分布式交互仿真技术(DIS)3、参考文献1）B．P齐格勒制模与仿真理论，机械工业出版社，1984；2）J．A斯普里特等，计算机辅助建模与仿真，科学出版社，1991 3）冯允成等，离散系统仿真，机械工业出版社，19984）王维平等，离散事件系统建模与仿真，国防科技大学出版社，1997 5）达庆利，大系统理论与方法，东南大学出版社，19896）Hamilton等，Distributed simulation, CRC Press, 19977）许国志等编系统科学上海科技教育出版社，20008）詹姆希迪，大系统建模与控制，科学出版社，19869）宋承龄，王章德，系统仿真，国防工业出版社，198910）王正中，系统仿真技术，科学出版社，198611）袁崇义，佩特里网，东南大学出版社12）王众托，系统工程引论，电子工业版社13）G eoffrion, An introduction to structured modelling, Management Science V ol. 33: 547-589, 198714）P eterson, Petri Mets theory and the modeling of systems, prentice-trall,1981Murata, petri Nets: properties, analysis and application, proceedings of IEEE, V ol. 77: 545-589, 1989§1.2 建模与仿真的基本概念1、建模与仿真的作用和历史发展在计算机出现之前，科学研究中的绝大部分工作是利用数学手段或其它方法对事物或真实世界的描述，也就是建模活动。