生产系统建模与仿真试卷

上海海洋大学试卷姓名：学号：专业班名：一．简述题（共40分）1.什么是事件在单通道排队系统中，哪两个典型事件影响系统的状态这两个典型事件分别发生时，可能会改变系统哪些状态（5分）事件是指引起系统状态发生变化的行为或者事情在单通道派对系统中的典型事件是：顾客到达和服务结束顾客到达发生，系统可能会由闲开始变为忙，可能引起队长发生变化服务结束，系统的状态可能有忙变为闲，可能引起队长发生变化2. 分析FMS（柔性制造系统）中的实体、状态、事件和活动。

要求每一项写出2个。

（8分）实体：机床、工件状态：空闲、加工事件：工件到达、加工结束活动：工件到达与工件加工开始这之间的一段事件是一个活动3．在排队模型中，假定用链表来存放排队等待服务的顾客。

链表中只有“到达时间”这样的单属性，当前CLOCK ＝10，已用空间表和可用空间表的情形见下图1，并且任何时候队列中的顾客数不会超过4位。

若已知排队系统中依次发生的事件如下表1。

请根据表1中列出的事件画出CLOCK ＝15，CLOCK ＝20，CLOCK ＝25时的已用空间表和可用空间表的情形（注意：画出的图形中必须标上行号）。

（8分）4．库存系统仿真中有哪4种类型的事件当这4种事件同时发生时，系统如何处理4种事件（4分）1 货物到达2 顾客需求3 仿真结束4 月初清库5．请问输入数据分析的基本步骤有哪些，并简述各个步骤的基本内容（6分）输入数据收集分布的识别参数估计拟合度检验6．在稳态仿真中，哪两种方法能够提高仿真结果的精度（4分）重复运行次数和增加运行长度二．计算题 （共60分）1.指数分布的概率密度函数是()⎩⎨⎧≤>=-0,00,x x e x f x λλ 试用反函数法求服从指数分布的随机数。

（10分）10分2.设a=5，c=3，M=8，取X 0=1。

（10分）（1）用混合同余法产生（0, 1）均匀分布的随机数（要求产生一个周期的随机数）。

（2）用这种方法产生的随机数要进行检验，请问一般需要对产生的随机数进行哪几种检验3．假定顾客随机地分别以1～8分钟（整数分钟）的间隔到达，到达间隔时间是1～8分钟，共计8个可能值，各个值出现的概率相等。

《生产物流系统建模与仿真》自测题如下内容一、单项选择题(每题.5分,共32题)1、一零部件nut在机器加工完成后变成红色动态显示图标，所用到的系统属性是（）。

----序号273A、penB、DescC、typeD、icon2、在程序执行时，根据不同的条件，选择执行不同的程序语句，用来解决有选择、有转移的诸多问题的结构是.（）。

----序号187A、顺序结构B、循环结构C、分支结构D、模块结构3、车辆Vehicle所走的路径是由一系列轨道Track组成的，每条轨道都是：（）。

----序号302A、单向B、双向C、直行D、都可以4、点击下列哪个按钮可以复制选定元素的可视化（Display）设置项目（）。

----序号313A、B、C、D、5、服务系统中顾客到达系统的时间间隔一般服从（）分布。

----序号79A、正态分布B、负指数分布C、均匀分布D、三角分布6、下列哪个图标表示缓冲区或仓库Buffer元素（）。

----序号146A、B、C、D、7、在某种情况下，当机器元素不需要劳动者时，我们可以在劳动者规则中使用（）规则。

----序号271A、WAITB、EXCEPTC、MATCHD、NONE8、在witness中，计算“min(3.7,4.5,4,5)的结果是（）。

----序号360A、3.7B、4.5C、4D、39、在witness中，计算“max(4.5,8.7,6,3)”的结果是（）。

----序号359A、4.5B、8.7C、8D、9310、对路径（path）元素中，如果需要对经过其路径的终点元素进行设置时，在path详细设计对话框中的（）进行设置。

----序号265A、path traverseB、path update intervalC、sourceelement D、destination element11、对时间序列（timeseries）元素的坐标轴进行可视化设计时需要对其（）属性进行设置。

电子信息科学与技术11级系统建模与仿真期末考试试卷(2014年12月)院系： 年级： 班级： 学号： 姓名：小题的题号；作答要给出程序代码、仿真结果；为了节约纸张环保，请缩小贴图、合理排版、双面打印。

1. （30分）已知系统的传递函数模型为：4)3)(s s 2)s 2)(+++=（（s G （1）利用zp2ss()函数将该传递函数模型转化为状态空间模型；（5分）（2） 假设系统的输入为t e -：①利用状态空间模型，假设状态的初始条件为[1 ;2]，t=0:0.1:4，求在 t e -输入下的状态响应、输出响应（利用subplot()函数将仿真曲线作在同一个窗口中）。

（5分）②利用laplace()函数求t e -的拉普拉斯变换；（5分）③利用拉普拉斯反变换函数ilaplace()求系统输出的解析解，并根据此解析解仿真t=0:0.1:6系统输出响应；（5分）④利用lsim()函数仿真t=0:0.1:6系统输出响应。

（5分）⑤假设系统的脉冲响应为 ，利用 仿真t=0:0.1:6系统输出响应。

（5分）解：(1):[A,B,C,D]=zp2ss(-2,[-3,-4],2)A =-7.0000 -3.46413.4641 0B =1C =2.0000 1.1547D =(2):)(t h )(*)()(t u t h t y =①:clc,clear;[A,B,C,D]=zp2ss(-2,[-3,-4],2); G=ss(A,B,C,D);t=0:0.1:4;u=exp(-t);[y,x]=lsim(G,u,t,[1:2]); subplot(2,1,1);plot(x,t);subplot(2,1,2);plot(y,t);②clc,clear;syms t;f=exp(-t);F=laplace(f);pretty(simple(F))1-----s + 1③clc,clear;syms s;f=exp(-s);F=laplace(f);H=2*(s+2)/((s+3)*(s+4));pretty(simple(ilaplace(F*H)))2 4-------- - --------exp(3 t) exp(4 t)- -------------------t + 1clc,clear;t=0:0.1:6;y=-((2./exp(3.*t)-4./exp(4.*t)))./(t+1); plot(t,y);④clc,clear;[A,B,C,D]=zp2ss(-2,[-3,-4],2);G=ss(A,B,C,D);t=0:0.1:6;u=exp(-t);lsim(G,u,t);⑤2. （30分）假设系统的框图为：其中k 为系统的增益，用状态空间表示的系统G1、G2分别为：（1）求系统的开环传递函数；（5分）（2）绘制开环传递函数的根轨迹，并利用根轨迹确定闭环系统稳定的k 的范围 ;（5分）（3）假设系统G1、G2的初始值均为0，分别取k=0.3、k=0.4，在t=0时刻加上阶跃为1的输入，利用simulink 仿真系统的输出响应(t=0-100)；（10分）(4) 假设系统G1、G2的初始值均为0，分别取k=0.3、k=0.4，在t=0时刻加上阶跃为1的输入，利用step( )仿真系统的输出响应(t=0-100)。

1、生产线流程建模与仿真(共26页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--流水线生产系统WITNESS建模与仿真（一）1. 模型描述某企业在一条流水线上加工一种产品，该产品所需的零部件（Widget）经过称重（Weigh）、冲洗（Wash）、加工（Produce）和检测（Inspect）四个工序的操作后，形成产品离开系统，生产线布置如下图所示。

生产线上每道工序只有一台设备，零部件在每台设备上加工完毕后，由同其连接的输送链运输至下一设备，最后经过检测后被送出系统。

已知该流水线中各个工序的加工时间分别为：称重（weigh）5分钟、冲洗（wash）4分钟、加工（produce）3分钟、检测（inspect）3分钟。

每条输送链上有20个零件位，输送链上零件移动节拍为。

零部件的供应是源源不断的，不存在缺货现象。

使用WITNESS建立该系统的仿真模型界面如下图所示。

流水线生产系统WITNESS仿真模型界面2. 系统分析元素说明该流水线系统的组成元素主要为被加工的零部件、四台设备和三条输送线，因此该系统仿真模型的元素如下表所示：被加工的零部件由widget表示，4道工序分别由四台机器表示，C1、C2、C3表示输送链，而最后的实际产量由变量output统计和可视化显示。

表1 模型元素介绍系统运行时间仿真运行终止时间为：一天8小时=8*60=480min。

3. 模型建立使用WINTESS建立仿真模型的过程一般分为如下三步：Step1：定义元素Step2：元素细节设计Step3：仿真实验和数据分析下面描述如何通过这三步建立流水线生产系统的仿真模型。

定义元素WITNESS中可以通过四种方式定义元素：（1）通过系统布局区（layout window）定义元素：在系统布局区点击鼠标右键，在弹出菜单中选择Define菜单项，将弹出新建元素对话框，然后进行元素定义。

（2）通过元素选择窗口（elements）定义元素：选择元素选择窗口中的simulation项，单击鼠标右键，在弹出菜单中选择Define菜单项，将弹出新建元素对话框，然后进行元素定义。

中国矿业大学银川学院期末考试试卷（A ）
2010至2011学年第 2 学期
考试科目 生产系统建模与仿真 学分 系 机电工程 年级 2008 任课教师 汤全武 试题来源 教师命题
一、简答题(每题8分，共40分)
1．什么是系统仿真？
2. 数字仿真包括哪几个要素？其关系如何？
3. 虚拟现实系统是如何组成的？其特征是什么
4. 什么是离散系统？
姓名 学号 班级 专业
5.什么是虚拟样机技术？它的关键技术有哪些？
二、编程题(每题10分，共20分)
6. 已知系统的状态方程，用MATLAB
分分式形式的模型参数。

2.255 1.250.542.25 4.25 1.250.2520.250.5 1.25121.25 1.750.250.750x
x u ---⎡⎤⎡⎤
⎢⎥⎢⎥
---⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥---⎢⎥⎢⎥--⎣⎦⎣⎦
，[]0202y x =
7．某控制系统如图1所示 ，写出该系统的连接矩阵W 和0W ，并写出连接矩阵非零元素阵ij W 。

图1
三、画图题(每题10分，共20分)
8. 画出单输入单输出闭环（反馈）控制结构图。

9. 饱和非线性环节如图2所示，写出其数学模型。

图2
10．如图3所示是基于双闭环PID控制的一阶倒立摆控制系统的仿真模型，试说明（1）一阶倒立摆系统位置伺服控制的核心是什么？（2）q调节器是什么意思？内环的对象是什么？采用了什么方法？（3）X调节器是什么意思？外环采用了什么方法？
图3。

《生产物流系统建模与仿真》基础部分综合练习1 生产系统简述描述某造船厂生产和销售双浮筒合金船，该船厂的车间布局如图1所示，浮筒船物料组成如表1所示，BOM结构如表图2所示，船结构实体图片如图3和图4所示，生产制造过程类似视频baidu搜索：“浮筒船体浮筒生产制造的过程”。

图1 造船厂车间布局图表1 双桶合金船物料表A(1)B(1)C(1)P(1)D(2)E(2)F(8)G(1)Q(1)图2 浮筒BOM结构图Q(2)H(12)R(1)J(1)K(1)L(2)M(1)ShipI(24)N(1)O(1)图3 浮筒船BOM结构图图4 浮筒船浮筒结构图图5 合金船实体图2 生产过程流程和数据（1）圆筒：合金板从“板材下料存放区”由两个工人抬至“卷板机1”（耗时5分钟）→“卷板机1”卷板连同上下件时间20分钟，两个工人协助→两工人将卷曲的合金抬至“焊接机1”焊接，搬运时间3分钟，焊接耗时40分钟，两工人协助→两工人将焊接后的圆筒搬至“浮筒焊接平台1”或“浮筒焊接平台2”，搬运时间为5分钟→两工人在焊接平台对其进行焊渣清除处理，耗时8分钟→等待同浮筒头焊接；（2）浮筒头：合金板从“板材下料存放区”由一个工人搬至“卷板机2”（耗时4分钟）→“卷板机2”卷板连同上下件时间25分钟，一个工人协助→该工人将卷曲的合金抬至“焊接机2”进行手工焊接和清渣处理，搬运时间3分钟，焊接清渣耗时50分钟→该工人将焊接后的浮筒头搬至已经放置了清渣完毕后圆筒的“浮筒焊接平台1”或“浮筒焊接平台2”，搬运时间为3分钟→一名工人对浮筒头与浮筒焊接，焊接耗时25分钟；（3）浮筒尾部封闭圆板：封闭圆板从“板材下料存放区”由一个工人搬至放置了清渣完毕后圆筒的“浮筒焊接平台1”或“浮筒焊接平台2”，搬运时间为2分钟→该工人对将封闭圆板同浮筒焊接，焊接耗时20分钟；（4） D、E、F：这三种零件从“板材下料存放区”由两名工人搬运到放置有焊接成型的浮筒的“浮筒焊接平台1”或“浮筒焊接平台2”，搬运时间10分钟（注：两名工人各自搬运自己焊接零件所需的时间），焊接所需时间为60分钟（注：两名工人各自的焊接时间）；（5） G、H：存放在“库存1”，然后由焊接工人（同D、E、F件焊接的工人）搬运至焊接平台进行装配，搬运时间工为10分钟，其中两个工人进行单个浮筒G立柱的安装时间为30分钟，两个工人安装H的时间为45分钟；（6） I、J：存放在“库存2”，然后由工人搬运至焊接平台进行装配，搬运时间工为10分钟，安装防水板耗时40分钟，安装地板耗时10分钟，工作由两名工人协助完成；（7） K：存放在“库存2”，然后由工人搬运至焊接平台进行装配，搬运时间工为10分钟，安装耗时45分钟，工作由两名工人协助完成；（8）控制台、发动机：存放在“库存2”，然后由工人搬运至焊接平台进行装配，搬运时间工为8分钟，安装耗时35分钟，工作由两名工人协助完成；（9）船头圆形挡板：挡板从“库存3”由一个工人搬至放置了“卷板机3”进行卷曲作业，搬运时间为3分钟，卷曲过程6纷争 该工人将卷曲后的挡板搬至“浮筒焊接平台1”和“浮筒焊接平台2”，进行安装，搬运耗时2分钟，安装耗时8分钟；车间正常生产过程共有四名工人。

1.根据系统状态随时间变化是连续性还是间断性的，可将系统划分为（_连续系统_）、（__离散系统__）。

2.系统仿真中的三个基本概念是系统、（__模型_）、仿真。

3.拟对某系统进行研究，首先要对系统作出明确的描述，即确定系统各个要素：实体、属性、活动、（ __状态_）、（_事件___）。

•阶段性知识测试5.系统仿真有三个基本的活动，即系统建模、仿真建模和（__仿真实验__），联系这三个活动的是系统仿真的三要素，即系统、模型和计算机（硬件和软件）。

6.系统仿真的一般步骤是：（1）调研系统，明确问题、（2）（___设立目标，收集数据__）、（3）建立仿真模型、（4）编制程序、（5）运行模型，计算结果、（6）（_统计分析，进行决策__）•阶段性知识测试7.仿真软件发展经历了四个阶段（1）高级程序语言阶段；（2）仿真程序包、初级仿真语言阶段；（3）商业化仿真语言阶段；(4) （_一体化建模与仿真环境_）阶段。

8.常用的仿真软件有Arena、Automod、MATLAB、Promodel、（__WITNESS______）、（______FLEXSIM___）。

9.求解简单系统问题的“原始”方法是（___解析解决____），借助（___实验__）可大大提高该方法的效率和精度。

•阶段性知识测试10.排队系统可简化表示为A/B/C/D/E。

其中A为到达模式；B为（服务模式）、C为服务台数量、D为系统容量；E为排队规则。

11.常见的排队规则有：先到先服务、后到后服务、优先级服务、最短处理时间优先服务、随机服务等。

请以连线方式将下列排队规则名称的中英文对照起来。

先进先出 FIFO后进先出 LIFO随机服务 SIRO最短处理时间优先 SPT优先级服务 PR•阶段性知识测试12.模型中，习惯称实体为成分。

成分可分为主动成分和被动成分。

请问排队系统中的随机到达的顾客属于（主动）成分（主动/被动）。

13.事件是改变系统状态的瞬间变化的事情。

系统建模与仿真习题二及答案1. 考虑如图所示的典型反馈控制系统框图(1)假设各个子传递函数模型为66.031.05.02)(232++-+=s s s s s G ，s s s G c 610)(+=，21)(+=s s H 分别用feedback （）函数以及G*Gc/(1+G*Gc*H)（要最小实现）方法求该系统的传递函数模型。

(2) 假设系统的受控对象模型为s e s s s G 23)1(12)(-+=，控制器模型为 ss s G c 32)(+=，并假设系统是单位负反馈，分别用feedback （）函数以及G*Gc/(1+G*Gc*H)（要最小实现）方法能求出该系统的传递函数模型？如果不能，请近似该模型。

解：（1）clc;clear;G=tf([2 0 0.5],[1 -0.1 3 0.66]);Gc=tf([10 6],[1 0]);H=tf(1,[1 2]);G1=feedback(G*Gc,H)G2=G*Gc/(1+G*Gc*H)Gmin=minreal(G2)结果：Transfer function:20 s^4 + 52 s^3 + 29 s^2 + 13 s + 6s^5 + 1.9 s^4 + 22.8 s^3 + 18.66 s^2 + 6.32 s + 3Transfer function:20 s^8 + 50 s^7 + 83.8 s^6 + 179.3 s^5 + 126 s^4 + 57.54 s^3 + 26.58 s^2 + 3.96 ss^9 + 1.8 s^8 + 25.61 s^7 + 22.74 s^6 + 74.11 s^5 + 73.4 s^4 + 30.98 s^3+ 13.17 s^2 + 1.98 s Transfer function:20 s^4 + 52 s^3 + 29 s^2 + 13 s + 6s^5 + 1.9 s^4 + 22.8 s^3 + 18.66 s^2 + 6.32 s + 3(2)由于s c e s s s s G s G 232)1(3624)(*)(-++= 方法1：将s e 2-转换为近似多项式。