系统仿真技术第6章 病态系统仿真
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简述系统仿真的基本步骤
系统仿真是一种通过建立模型来模拟真实系统行为的技术。
它可以用于评估系统性能、预测系统行为、优化系统设计等方面。
系统仿真的基本步骤如下:
1. 定义问题:明确系统仿真的目的和范围,确定需要模拟的系统和需要关注的指标。
2. 建立模型:根据问题定义,选择合适的建模方法,如数学模型、计算机模拟模型等,建立系统的模型。
3. 模型验证:对模型进行验证,确保模型的准确性和可靠性。
这可以通过与真实系统的实验数据进行比较来实现。
4. 参数设置:确定模型的参数,并根据问题定义设置合理的参数值。
5. 仿真运行:运行仿真模型,收集和分析仿真结果。
6. 结果分析:对仿真结果进行分析,评估系统的性能和行为,并与问题定义进行比较。
7. 优化设计:根据仿真结果,对系统设计进行优化,以提高系统性能和效率。
8. 结果验证:对优化后的系统进行再次仿真,验证优化效果。
以上是系统仿真的基本步骤,在实际应用中,可能会根据具体情况进行调整和扩展。
系统仿真需要综合运用数学、计算机科学、工程学等多学科知识,是一项复杂而重要的技术。
1.2系统仿真的方法及意义1.2.1系统仿真概述系统仿真是指使用数字计算机设备来模拟或描述一个系统或过程的行为从而解决问题的一种技术。
系统仿真是设计出系统的可以计算的模型(模拟模型),并利用它在计算机上进行试验以了解系统行为或评估系统运用的各种策略的定量分析过程或技术。
仿真技术是集控制论、系统理论、相似原理、计算机技术于一体的综合性高科技。
虽然它才仅仅出现几十年,却在社会、经济、科学、军事、教育和企业管理等各个领域得到了广泛的应用。
据估计,在日本企业,用系统工程解决的事件管理与决策的问题中,有80%以上是通过系统仿真方法解决的。
在我国,目前也正在大力推广和普及,并已在交通运输、军事训练、地区发展规划、工业工程设计、人口问题研究等方面取得了丰硕的成果。
系统仿真如此蓬勃发展,一方面由于我们面临的各种实际系统往往都是包括变量随机因素的动态的复杂系统。
对这些系统很难采用传统方法建立数学模型,分析求解。
另一方面是由于系统仿真方法具有可控性、无破坏性、安全、不受外界条件的限制等优点,它能通过建立逼真的仿真模型和在计算机上反复的仿真试验,对复杂问题进行综合分析和比较,从而为科学决策提供可靠的依据。
随着计算机的引入又发展了数值计算仿真方法,由于计算机求解复杂系统的数学模型功能强,故现代主要采用计算机仿真。
计算机仿真是先将系统模型转变为仿真模型,然后计算机运行这仿真模型,这样就仿真了待研究系统的行为和它的特性。
物理仿真、计算机仿真以及数学—物理仿真都是在系统模型上进行研究,把它们统称为系统仿真。
1.2.2系统仿真分类统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分按一定规律组合成的具有特定功能的有机整体。
一个系统是指自然界存在着的相互联系、相互作用、相互制约,并且按一定规律运动着的实体组合。
作为一个系统,它具有特定的功能和特性:(1)系统具有整体性(2)系统具有相关性。
模型就是真系统的结构和行为的一种描述形式。
凡是以某种方法从真实系统转换而来的形态,都可以称为该系统的模型。
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何为仿真?1定义仿真技术是利用计算机并通过建立模型进行科学实验的一门多学科综合性技术。
它是它具有经济、可靠、实用、安全、可多次重用的优点。
仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿。
人们利用这样的模型进行试验,从中得到所需的信息,然后帮助人们对现实世界的某一层次的问题做出决策。
仿真是一个相对概念,任何逼真的仿真都只能是对真实系统某些属性的逼近。
仿真是有层次的,既要针对所欲处理的客观系统的问题,又要针对提出处理者的需求层次,否则很难评价一个仿真系统的优劣。
传统的仿真方法是一个迭代过程,即针对实际系统某一层次的特性(过程),抽象出一个模型,然后假设态势(输入),进行试验,由试验者判读输出结果和验证模型,根据判断的情况来修改模型和有关的参数。
如此迭代地进行,直到认为这个模型已满足试验者对客观系统的某一层次的仿真目的为止。
模型对系统某一层次特性的抽象描述包括:系统的组成;各组成部分之间的静态、动态、逻辑关系;在某些输入条件下系统的输出响应等。
根据系统模型状态变量变化的特征,又可把系统模型分为:连续系统模型——状态变量是连续变化的;离散(事件)系统模型——状态变化在离散时间点(一般是不确定的)上发生变化;混合型——上述两种的混合。
2发展历程仿真是一种特别有效的研究手段。
20世纪初仿真技术已得到应用。
例如在实验室中建立水利模型,进行水利学方面的研究。
40~50年代航空、航天和原子能技术的发展推动了仿真技术的进步。
60年代计算机技术的突飞猛进,为仿真技术提供了先进的工具,加速了仿真技术的发展。
利用计算机实现对于系统的仿真研究不仅方便、灵活,而且也是经济的。
因此计算机仿真在仿真技术中占有重要地位。
50年代初,连续系统的仿真研究绝大多数是在模拟计算机上进行的。
50年代中期,人们开始利用数字计算机实现数字仿真。
计算机仿真技术遂向模拟计算机仿真和数字计算机仿真两个方向发展。
在模拟计算机仿真中增加逻辑控制和模拟存储功能之后,又出现了混合模拟计算机仿真,以及把混合模拟计算机和数字计算机联合在一起的混合计算机仿真。
系统仿真技术系统仿真技术是一种基于计算机模拟的技术,在工程领域中广泛应用。
它可以用于进行设计、测试、优化等工作,其主要目的是提高效率和降低成本,同时也能减少生产和测试过程中的不确定性。
系统仿真技术的应用范围很广,包括航空、航天、汽车、电力、电子、计算机等众多领域。
这种技术可以模拟实际系统的行为,以便更好地理解和分析各种数据,从而预测系统在各种情况下的响应和行为。
本文将会介绍系统仿真的基本概念、主要步骤、应用领域和技术发展等方面的内容。
一、系统仿真技术的基本概念系统仿真是利用计算机模拟实现对具体系统的分析、优化或者结构设计的过程。
该种技术是运用计算机的处理能力,把对象系统的各种现象、规律以及运用要求放到模拟应用系统中加以模拟和研究,从而研究和改进所要模拟的系统。
而系统仿真的基本概念包括以下几个方面:1. 系统:指被仿真的对象,可以是物理系统、经济系统、管理系统等等。
2. 模型:指对系统中关键部分的描述,可以是数学模型、物理模型、仿真软件等等。
3. 数据:指用来反映系统行为情况的信息,可以是温度、速度、功率等等。
4. 仿真:指基于模型来对系统进行模拟和分析,以寻找出最优解或者做出最优决策的过程。
二、系统仿真技术的主要步骤系统仿真的具体操作过程可以划分为以下四个步骤:1. 问题定义:在解决实际问题的过程中,首先需要明确问题的范围和涵义,确立系统仿真的具体目标。
2. 模型建立:建立好仿真模型是开展仿真工作的重要步骤。
建立好的模型可用于了解系统的各个方面,进而进行解决问题的分析和优化。
3. 数据收集:数据收集是系统仿真的关键环节。
只有收集到有意义的数据,才能对模型进行实验验证、分析和优化。
4. 分析与验证:运行仿真模型并收集数据后,需要进行分析、验证和总结,以确定优化方案,实现仿真目标。
三、系统仿真技术的应用领域1. 航空航天领域:仿真技术可以用来预测飞行器在各种气象条件下的空气动力学和控制性能,为飞行员培训提供训练环境。
系统仿真与模拟的基本原理与应用引言系统仿真与模拟是现代科学和工程领域中一种重要的方法和技术手段,可以用来模拟和研究各种复杂的系统。
无论是在工业、金融、医疗还是军事等领域,系统仿真和模拟都扮演着至关重要的角色。
本文将探讨系统仿真与模拟的基本原理、方法和应用,帮助读者对该领域有更深入的理解。
系统仿真与模拟的定义系统仿真是指通过构建逼近真实系统行为的模型,并在计算机上运行该模型,以便模拟和研究系统的行为和性能。
而系统模拟则是指通过计算机模拟系统的行为和性能,并了解和预测系统在不同条件下的变化。
系统仿真和模拟通常用于研究复杂的系统,如交通系统、电力系统、环境系统等。
系统仿真与模拟的基本原理1. 模型构建系统仿真和模拟的第一步是构建逼近真实系统行为的模型。
模型可以基于物理原理、数学模型、经验公式或其他方法来表示系统的行为和关系。
模型的构建是系统仿真和模拟的基础,决定了对系统的理解和预测的准确度和可靠性。
2. 数据采集与处理系统仿真和模拟需要大量的数据来支持模型的构建和运行。
数据采集涉及到对系统的各种参数、变量和输入输出的收集和记录。
采集到的数据需要进行处理和分析,以便用于模型的建立和验证。
3. 系统动态模拟系统的行为和性能通常是随时间变化的,因此系统仿真和模拟需要对系统进行动态模拟。
通过在计算机上运行模型,可以模拟系统在不同条件下的行为和性能,并观察系统的动态响应。
4. 仿真结果分析仿真结果的分析是系统仿真和模拟的重要环节。
通过对仿真结果的分析,可以了解系统的行为和性能,并作出相应的决策和优化措施。
分析方法可以包括数据统计、图表分析、敏感性分析等。
系统仿真与模拟的方法系统仿真和模拟的方法和技术多种多样,根据实际情况选择合适的方法和技术非常重要。
1. 离散事件仿真离散事件仿真是一种常用的系统仿真和模拟方法,用于模拟离散事件系统,如排队系统、交通系统等。
离散事件仿真基于事件驱动的模拟,通过模拟各个事件的发生和处理过程,来模拟系统的整体行为。