下载文档原格式
系统建模与仿真全要点复习一、概念系统建模是指使用适当的抽象方法，将真实世界的系统抽象为一组数学模型和图形模型，以便进行问题分析和求解的过程。
仿真是对系统模型进行实验和模拟，以获取对系统行为和性能的认识。
二、目的和方法1.目的：系统建模与仿真的主要目的是帮助我们理解和分析复杂系统，在实际应用中可以用来优化系统设计、评估系统性能、指导决策等。
2.方法：系统建模与仿真的方法包括系统抽象、建立数学模型、选择合适的仿真工具、进行仿真实验和结果分析等。
三、建模语言和工具1. 建模语言：建模语言是描述系统模型的形式语言，常用的建模语言有UML（统一建模语言）、SysML（系统建模语言）等。
2. 建模工具：建模工具是用来支持系统建模与仿真的软件工具，常用的建模工具有MATLAB/Simulink、Arena、AnyLogic等。
四、建模过程1.定义问题：明确系统建模与仿真的目的，并明确需要解决的问题或疑问。
2.收集数据：收集与系统有关的数据，包括系统的输入、输出和相关参数等。
3.建立模型：根据收集到的数据，选择适当的建模语言和工具，建立系统的数学模型和图形模型。
4.进行仿真实验：使用建立的模型进行仿真实验，在仿真中可以设置不同的参数和条件，观察系统的行为和性能。
5.分析结果：根据仿真实验的结果，分析系统的行为和性能，解决问题或寻找优化方案。
五、常用的系统建模方法1. 离散事件仿真（Discrete Event Simulation，DES）：用事件驱动的方法对系统进行建模和仿真，适用于描述复杂系统的动态行为。
2. 连续系统仿真（Continuous System Simulation，CSS）：用微分方程或差分方程描述系统的动态行为，适用于描述连续系统。
3. 混合仿真（Mixed Simulation）：将离散事件仿真与连续系统仿真相结合，适用于描述既有离散事件又有连续行为的系统。
六、系统建模与仿真应用领域七、系统建模与仿真的优势1.易于理解和分析：通过系统建模和仿真可以将复杂系统的行为和性能可视化，帮助人们更容易理解和分析系统。
共10题 每题10分1、什么是数学建模形式化的表示？试列举一例说明形式化表示与非形式化表示的区别；模型的非形式描述是说明实际系统的本质，但不是详尽描述。
是对模型进行深入研究的基础。
主要由模型的实体、包括参变量的描述变量、实体间的相互关系及有必要阐述的假设组成。
模型的非形式描述主要说明实体、描述变量、实体间的相互关系及假设等。
例子：环形罗宾服务模型的非形式描述：实体CPU ，USR1，…，USR5描述变量CPU:Who,Now(现在是谁)----范围{1,2,…,5}; Who.Now=i 表示USRi 由CPU 服务。
USR ：Completion.State （完成情况）----范围[0，1]；它表示USR 完成整个程序任务的比例。
参变量i X -----范围[0，1]；它表示USRi 每次完成程序的比率。
实体相互关系（1）CPU 以固定速度依次为用户服务，即Who.Now 为1，2，3，4，5，1，2…..循环运行。
（2）当Who.Now=I,CPU 完成USRi 余下的i X 工作。
假设：CPU 对USR 的服务时间固定，不依赖于USR 的程序；USRi 的进程是由各自的参变量i X 决定。
2、模型描述变量化简的四种方法比较；建模过程中，在能满足建模的前提下，系统的描述变量应是愈简单愈好。
模型描述变量一般有以下四种方法：（1）、淘汰一个或多个实体、描述变量或相互关系规则；建模者决定淘汰那些次要因素，只要忽略的因素不会显著地改变整个模型行为，相反却使不必要的复杂了。
淘汰一个实体可能要淘汰或修改其他实体：淘汰一个实体，需要淘汰所有涉及这个实体的描述变量；淘汰一个描述变量，需要淘汰或修改涉及该变量的相互关系。
（2）、随机变量取代确定性变量；在一个确定性模型中，相互关系的规则控制着整个描述变量的值。
有些随机值也是由相互关系的规则确定，为了使模型相对简化，可利用概率原理，用随机变量来取代某些变量的相互关系规则，从而将影响变量转换成随机变量。
系统建模和计算机仿真课程总结第一章1.系统：按照某些规律结合起来，互相作用、互相依存的所有实体的集合或总和。
模型：真实对象、对象间关系的特性抽象，描述某些系统本质。
仿真：通过对模型的实验以达到研究系统这个目的。
2.同态：系统与模型在行为级上等价。
同构：系统与模型在结构级上等价。
黑箱：可观测输入、输出值，但不知内部结构的系统（通过输入和输出推断其内部结构）白箱：已知内部结构的系统(灰箱：介于黑箱和白箱之间)3.演绎：应用先验理论，补充假设和推理，通过数学逻辑演绎建模，是一个从一般（抽象）到特殊（具体）的过程。
归纳：从系统的行为级开始，逐步获得系统结构级的描述。
是一个从特殊（具体）到一般（抽象）的过程。
推理结果往往不是唯一解。
4.面向对象仿真：从人类认识世界模式出发，使问题空间和求解空间一致，提供更自然直观、可维护、可重用的系统仿真框架。
定性仿真：力求非数字化，以非数字手段处理信息输入、建模、行为分析和结构输出，通过定性模型推导系统定性行为描述。
智能仿真：力求非数字化，以非数字手段处理信息输入、建模、行为分析和结构输出，通过定性模型推导系统定性行为描述。
可视化仿真：用于为仿真过程及结果增加文本提示、图形、图像、动画表现，使仿真过程更加直观，并能验证仿真过程是否正确。
虚拟现实仿真：由计算机全部或部分生成的多维感觉环境，给参与者产生各种感官信号，若视觉、听觉、触觉等，使参与者身临其境。
第二章1.系统建模原则：（1）可分离原则：系统中的实体不同程度上均相互关联，结合建模目标合理忽略某些关联。
依赖于系统环境的界定、系统因素的提炼即约束条件与外部条件的设定。
（2）合理假设原则：任何模型的建立均应基于某些合理的假设，以简化模型，有利于仿真的实现。
（3）因果性原则：系统的输入和输出满足函数映射关系。
（4）可测量、选择原则：输入量和输出量可量化。
2.系统模型分类：（1）根据模型的时间集合连续时间模型：时间用实数表示，系统的状态可以在任意时刻点获得。
复习资料系统建模与仿真引言在现代教育中，复习资料的准备对学生的学习效果有着重要的影响。
随着技术的不断发展，系统建模与仿真的应用在教育领域也日益普及。
本文将探讨复习资料系统建模与仿真的概念、方法和应用，并分析其对学生学习效果的影响。
一、概述1.1 复习资料系统建模的定义复习资料系统建模是指利用计算机技术和系统理论，对复习资料进行分析、设计和建模，以提高学生的复习效果。
1.2 复习资料仿真的定义复习资料仿真是指通过模拟和模仿复习情境，帮助学生进行真实的复习体验，以提高他们的自主学习能力和复习效果。
二、复习资料系统建模的方法2.1 数据收集与分析在进行复习资料系统建模之前，需要对学生的学习需求和现有的复习资料进行详细的调查和分析。
通过收集和分析相关数据，可以确定系统中需要考虑的因素和功能。
2.2 系统设计与建模根据前期的数据分析结果，设计和建模一个符合学生需求的复习资料系统。
系统的设计应包括功能模块的划分、界面设计、数据结构等方面。
2.3 系统测试与优化系统设计完成后，需要进行系统测试和优化，以确保系统的稳定性和可用性。
在测试过程中，可以通过收集用户反馈和系统性能指标来指导系统的优化工作。
三、复习资料仿真的应用3.1 虚拟实验室通过建模和仿真技术，可以将实验室的环境和实验过程模拟到计算机中，使学生可以在虚拟实验室中进行实验操作和观察。
这种方法可以帮助学生更好地理解实验原理和提高实验技能。
3.2 虚拟课堂利用建模和仿真技术，可以搭建一个虚拟的课堂环境，学生可以在其中进行在线讨论、参与小组活动等。
这种虚拟课堂的模式可以增加学生的参与度和互动性，提高学习效果。
3.3 个性化学习通过建模和仿真技术，可以为每个学生根据其学习能力和需求定制个性化的复习资料和学习计划。
这种个性化学习的模式可以更好地满足学生的学习需求，提高学生的自主学习能力。
四、复习资料系统建模与仿真对学习效果的影响复习资料系统建模与仿真可以提供更丰富、更灵活的学习环境，对学生学习效果有以下几个方面的影响：4.1 提高学习动机通过建模和仿真技术，可以创造出一种真实的学习情境，激发学生的学习兴趣，增强学生的主动性和积极性。
1、系统“三要素”：实体、属性、活动①实体：确定了系统的构成，也就确定了系统的边界；②属性：也称为描述变量，描述每一实体的特征；③活动：定义了系统内部实体之间的相互作用，从而确定了系统内部发生变化的过程。
2、系统的分类（1）静态系统 &动态系统一一时域状态（按系统状态是否变化）确定系统&随机系统——存在随机变量（按有无随机过程）单变量系统&多变量系统--------- 自由度数量连续系统&离散随机事件系统——按系统状态的变化与时间的关系（2）根据系统状态是否随时间连续变化，可以将系统分为:连续系统、离散事件系统①连续系统是指系统状态随时间发生连续性变化的系统。
②离散事件系统是指只有当在某个时间点上有事件发生时，系统状态才会发生改变的系统。
由于事件的发生具有随机性，使得离散事件系统的状态具有随机和动态特征，此类系统也常被称为离散事件动态系统（DED0。
3、机械制造系统是复杂的离散事件动态系统，它的输入为各种制造资源（如毛坯、半产品、能源、人力等），输出为零件、部件或产品。
机械制造系统的运行过程始终伴随着物料流、能量流和信息流,也称为“三流合一”。
4、系统模型分类①物理模型：采用特定的材料和工艺，根据相似性准则按一定比例制作的系统模型，以便通过试验对系统的某些方面性能作出评估。
②数学模型：采用符号、数学方程、数学函数或数据表格等方法定义系统各元素之间的关系和内在规律，再利用对数学模型的试验以获得现实系统的性能特征和规律。
③物理-数学模型（也称为半物理模型）:一种混合模型，结合了物理模型和数学模型的优点。
5、系统、模型与仿真的关系：系统、模型与仿真三者之间有着密切的联系。
其中，系统是要研究的对象，模型是系统在某种程度和层次上的抽象，而仿真是通过对模型的试验以便分析、评价和优化系统。
系统建模/? 仿真试验-------------旦_仿真建模--------- --------------系统模型：物理、数｛―\仿真模型，物理样机、学或物理一数学模型1一"/仿真程序或仿真器等系统、模型与仿真三者之间的关系6、仿真时钟的推进机制：固定步长时间推进机制、下次事件时间推进机制、混合时间推进机制注：仿真时钟是指所模拟的实际系统运行所需的时间，而不是指计算机执行仿真程序所需的时间。
1、什么是仿真？什么是离散系统的仿真？仿真（Simulation），即使用项目模型将特定于某一具体层次的不确定性转化为它们对目标的影响，该影响是在项目仿真项目整体的层次上表示的。
项目仿真利用计算机模型和某一具体层次的风险估计，一般采用蒙特卡洛法进行仿真。
系统的状态只在离散时间点上发生变化，而离散时间点一般是不确定的、随机的。
对这种系统的仿真就是离散系统的仿真。
2、为什么需要做仿真？人们对复杂事物和复杂系统建立数学模型并进行求解的能力有限。
计算机仿真技术可以可以预演或再现系统的运动规律或运动过程，利用它可以对无法直接进行实验的系统进行仿真试验研究，从而节省大量的能源和费用。
3、仿真要做那些准备工作？1．阻抗控制2．分配器件模型系统的输入：边界以外对系统的作用系统的输出：系统对边界以外的环境的作用。
系统“三要素”：实体Entity：组成系统的具体对象。
确定系统的构成；属性property （描述变量）：描述每一实体的特征，指实体所具有的每一项有效特性。
活动Activity：指随着时间的推移，在系统内部由于各种原因而发生的变化过程。
试验的方法：真实系统法－构造模型法（物理－沙盘模型、数学模型）为什么采用构造模型法：真实系统尚未建立。
破坏和故障、风险。
试验条件的同一性。
时间和费用问题。
模型是系统的代表，同时也是对系统的简化。
系统模型的性质：相似性、简单性、多面性建立模型的原则：清晰性、相关性、准确性、可辨识性、集合性仿真基于模型系统、模型与仿真三者之间的关系：系统是研究对象。
模型是系统特性的描述。
仿真则包含建立模型及对模型进行试验两个过程。
仿真的要素和活动：仿真的依据：相似原理、系统仿真系统仿真：以计算机和其它专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助于专家经验知识、统计数据和信息资料对试验结果进行分析研究，进而做出决策的一门综合性和试验性学科。
仿真的分类：【物理仿真、数学仿真/计算机仿真、物理－数学仿真（半实物仿真）】或【实时仿真、亚实时仿真、超实时仿真】或【连续系统仿真、离散事件系统仿真】系统仿真的步骤：系统建模与形式化仿真建模程序设计仿真输出分析概率论（Probability Theory）概率与统计（Probability and Statistics）频率（frequency）确定事件(certain event)随机事件(stochastic event)随机变量(random variable)概率（Probability）离散型随机变量(discrete random variable)连续型随机变量(continuous random variable)数学期望Expected value方差：Variance泊松分布（Poisson distribution）均匀分布（Uniform）指数分布(exponential)正态分布(Normal)标准正态分布(standard normal distribution)贝塔分布（Beta）三角分布（triangular）爱尔朗分布（Erlang）离散型随机变量、连续型随机变量分布假设检验：第一类错误（弃真）、第二类错误（存伪）离散事件系统仿真随机数的特性：均匀性、独立性伪随机数：运用某种算法产生的随机数可能会破坏随机的基本性质。
物流系统建模与仿真考前复习题1、名词解释（5*4分）（1）系统：系统是由若干可以相互区别、相互联系而又相互作用的要素所组成，在一定的阶层结构形成中分布，在给定的环境约束下，为达到整体的目的而存在的有机集合体。
（2）物流系统模型：物流系统模型是对物流系统特征要素、有关信息和变化规律的一种抽象表达，描述了系统各要素之间的相互关系、系统与环境之间的相互作用，以反映系统的某些本质。
（3）系统仿真：应用数学模型、相应的实用模型的装置、计算机系统、部分实物的仿真系统，对某一给定系统进行数学模拟、半实物模拟、实物模拟，以便分析、设计、研究这种给定系统；或者利用这种仿真训练给定系统的专业人员。
（4）离散事件系统：指系统状态在某些随机时间点上发生离散变化的系统。
离散事件动态系统，本质上属于人造系统（4）实体：实体是描述系统的三个基本要素(实体、属性、活动)之一。
在离散事件系统中的实体可分为两大类：临时实体及永久实体。
在系统中只存在一段时间的实体叫临时实体。
这类实体由系统外部到达系统，通过系统，最终离开系统。
临时实体按一定规律不断地到达(产生)，在永久实体作用下通过系统，最后离开系统，整个系统呈现出动态过程。
（5）事件：事件就是引起系统状态发生变化的行为。
从某种意义上说，这类系统是由事件来驱动的。
在一个系统中，往往有许多类事件，而事件的发生一般与某一类实体相联系，某一类事件的发生还可能会引起别的事件发生，或者是另一类事件发生的条件等，为了实现对系统中的事件进行管理，仿真模型中必须建立事件表，表中记录每一发生了的或将要发生的事件类型和发生时问，以及与该事件相联的实体的有关属性等。
（6）仿真时钟：仿真钟用于表示仿真时间的变化。
离散事件动态系统的状态是在离散时间点上发生变化的，并且由于引起状态变化的事件发生时间的随机性，仿真钟的推进步长是随机的。
如果两个相邻发生的事件之间系统状态不发生任何变化，则仿真钟可以跨过这些“不活动”周期。
物流系统建模与仿真考前复习题1、名词解释（5*4分）（1）系统：系统是由若干可以相互区别、相互联系而又相互作用的要素所组成，在一定的阶层结构形成中分布，在给定的环境约束下，为达到整体的目的而存在的有机集合体。
（2）物流系统模型：物流系统模型是对物流系统特征要素、有关信息和变化规律的一种抽象表达，描述了系统各要素之间的相互关系、系统与环境之间的相互作用，以反映系统的某些本质。
（3）系统仿真：应用数学模型、相应的实用模型的装置、计算机系统、部分实物的仿真系统，对某一给定系统进行数学模拟、半实物模拟、实物模拟，以便分析、设计、研究这种给定系统；或者利用这种仿真训练给定系统的专业人员。
（4）离散事件系统：指系统状态在某些随机时间点上发生离散变化的系统。
离散事件动态系统，本质上属于人造系统（4）实体：实体是描述系统的三个基本要素(实体、属性、活动)之一。
在离散事件系统中的实体可分为两大类：临时实体及永久实体。
在系统中只存在一段时间的实体叫临时实体。
这类实体由系统外部到达系统，通过系统，最终离开系统。
临时实体按一定规律不断地到达(产生)，在永久实体作用下通过系统，最后离开系统，整个系统呈现出动态过程。
（5）事件：事件就是引起系统状态发生变化的行为。
从某种意义上说，这类系统是由事件来驱动的。
在一个系统中，往往有许多类事件，而事件的发生一般与某一类实体相联系，某一类事件的发生还可能会引起别的事件发生，或者是另一类事件发生的条件等，为了实现对系统中的事件进行管理，仿真模型中必须建立事件表，表中记录每一发生了的或将要发生的事件类型和发生时问，以及与该事件相联的实体的有关属性等。
（6）仿真时钟：仿真钟用于表示仿真时间的变化。
离散事件动态系统的状态是在离散时间点上发生变化的，并且由于引起状态变化的事件发生时间的随机性，仿真钟的推进步长是随机的。
如果两个相邻发生的事件之间系统状态不发生任何变化，则仿真钟可以跨过这些“不活动”周期。
《系统建模与仿真》复习题样例一、单项选择题(每题0.5分,共32题)1、WITNESS建模过程中，需要修改布局窗口的名称和背景颜色，可以通过下列哪个菜单操作完成（）。
----序号473A、VIEW->Screen EditorB、Window->Interact BoxC、Window->ControlD、Window->Designer Elements2、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237A、顺序结构B、循环结构C、分支结构D、模块结构3、零件（part）到达系统的时间间隔规律在零件详细设计对话框的（）中进行设置。
----序号148A、typeB、first arrivalC、inter arrivalD、to4、机器（machine）元素的静态显示图标是由（）显示项目确定的----序号99A、nameB、iconC、styleD、text5、图标代表的是那种类型的元素（）。
----序号461A、FluidB、PipeC、ProcessorD、Tank6、在Index型输送链中对其长度进行设置需要在conveyor详细设计对话框中的（）进行设置。
----序号168A、length in partsB、index timeC、actions on finishD、from7、如果要对容器的轮廓进行可视化设计以便能看到流体经过该容器，我们需要对容器的（）属性进行设置。
----序号309A、tankB、contentsC、mixD、laborqueue8、一系统中有一流体（fluid）元素oil，系统运行100min后检查该流体在某一处理器Processor 中的在制品库存，所用到的函数是（）。
----序号301A、VcontsB、VwipC、VinD、Vout9、下列哪个图标表示作业员Labor元素（）。
《系统建模与仿真》复习题样例江苏大学《系统建模与仿真》复习题样例：考试内容主要但不限于如下内容一、单项选择题(每题.5分,共32题)1、下列哪个图标表示输送链Conveyor元素（C）。
----序号17A、 B、 C、 D、2、某条生产线生产产品A，生产速率为1件/3分钟，生产的产品将送入仓库Buf 存储起来，假设生产线产出的第一件A在仿真时刻3，则运行至仿真时刻60，统计进入Buf的零件A的数量可以使用下面的函数(B)。
----序号507A、NPARTS(Buf)B、NPARTS(A)C、NPARTS2(Buf,A,1)D、APARTS(Buf)3、一次能处理多个部件，即n个部件输入n个部件输出的是：（B ）。
----序号218A、单处理机B、批处理机C、装配机D、生产机4、在模型中有一属性元素process_time，表示不同的零件在某一机器上所需要的加工时间，那么，在机器详细设计中，对机器的加工时间cycle time栏中应输入（）----序号144A、process_timeB、process_time（）C、matchD、cycle time5、对缓冲器（buffer）中几个缓冲区用矩形框框起来的可视化设计，其所需要使用的可视化属性是（B ）。
----序号134A、nameB、rectangleC、patchD、part queue6、零件（part）到达系统的时间间隔规律在零件详细设计对话框的（ C）中进行设置。
----序号148A、typeB、first arrivalC、inter arrivalD、to7、有3个零件nut一次性进入系统缓冲区buf1中等待机器加工，机器加工该零部件的时间为3分钟，则计算Bmaxtime（buf1）的结果是（）。
----序号261 A、3 B、6 C、8 D、98、可以用于机器（machine）输入（from）规则的是（ A）。
----序号80A、pullB、pushC、sendD、take9、下列哪个图标表示时间序列曲线Timeseries元素（A ）。
《系统建模与仿真》考试试卷班级姓名学号一、模型分析（15分）模型是系统本质的抽象与简化，模型分为两大类：物理模型和数学模型，图1中a/b两图表达了两个不同的物理系统，其中图1-a为一机械系统，图1-b为一电系统，请从数学模型的角度分析这两个系统具有相似性。
（提示：假设Xi、Xo、y 分别为从它们各自稳态位置出发进行测量的位移量，ei、eo分别为输入和输出电压，可从传递函数角度进行分析）a b图1二、系统建模（15分）图2所示为一种简化的汽车悬架系统模型，其中k1为轮胎的弹性系数，m1为车轮质量，k2为悬架的弹性系数，C为悬架阻尼系数，m2为车体质量，忽略其它参数。
当车辆沿着道路行驶时，由道路凹凸引起的垂直位移作为系统的输入激励u，由此传递到车体，引起车体的垂直位移为y。
(1)试求系统的传递函数Y(S)/U(S);(2)在作用于轮胎上的激励u一定情况下，试分析减小车体响应y的措施（可通过仿真分析）。
图2三、 仿真工具Matlab 应用（20分）（1）设一个双输入双输出系统的状态空间表达式为试用MATLAB 控制系统工具箱提供的相关转换函数，求解上述系统的传递函数。
（2）已知某系统的传递函数为试用MATLAB 控制系统工具箱提供的相关转换函数，求解上述系统的状态空间表达式。
（3）已知某系统的传递函数为试用MATLAB 控制系统工具箱提供的相关转换函数，求解上述系统的零点和极点。
（4）已知某系统的传递函数为试用MATLAB 控制系统工具箱提供的相关函数，绘制上述系统的单位阶跃响应曲线。
四、 建模与仿真分析（50分）倒立摆实际上是一个空间起飞助推器的姿态控制模型，图3所示为一倒立摆简化模型：质量为M 的小车在驱动力u 的作用下可以沿x 轴做直线运动，其位置为x ，摆杆长度为l ，下端通过无摩擦的铰链固定于小车的P 点，摆杆上端固连一个集中质量m ，摆杆质量不计。
摆杆l 和m 可以绕P 点铰链只能在x-y 平面内自由旋转，其u x t x ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=202264510623421)( x y ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=02010016332)(232+++++=s s s s s s G 13316)(232++++=s s s s s G 15.01)(2++=s s s G它方向受机械约束。
1、名词解释：（1）系统：按照某种规律组合起来，互相作用、互相依存的所有实体的集合或总和。
（2）连续系统：系统状态量随时间连续变化，可以通过微分方程或者偏微分方程来描述。
（3）离散事件系统：系统状态是在离散的随机时点上发生变化，且状态在一段时间内保持不变。
（4）系统仿真过程：建立模型并通过模型在计算机上的运行对模型进行检验、修正和分析的过程。
2、什么是系统建模与仿真技术？系统建模与仿真技术是以相似原理、模型理论、系统技术、信息技术以及建模与仿真应用领域的有关专业技术为基础，以计算机系统、与应用相关的设备及仿真器为工具，利用模型参与已有或设想的系统进行研究、分析、设计、加工、生产、试验、运行、评估、维护和报废（全生命周期）活动的一门多学科的综合技术。
3、画图说明计算机仿真的三要素及三个基本活动。
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仿真三要素：系统、模型、计算机（包括硬件和软件）。
它们关系如图所示。
4、什么是数学模型的有效性？解释复制有效、预测有效和结构有效的含义。
数学模型所产生的行为数据与实际过程系统数据源的相似程度称为模型的有效性。
通常数学模型的有效性按复制有效、预测有效和结构有效分为三级，后面的相似程度高于前面的相似程度。
（1）若数学模型产生的数据与过程系统数据源相匹配，称为复制有效。
（2）在过程系统数据源取得之前，可以得到数学模型产生的数据与过程系统数据源的匹配情况，称为预测有效。
（3）数学模型不仅具有预测有效特性，而且可以反映出产生这些行为数据的内在原因，称为结构有效。
5、动态数学模型求解的实时性要求是什么？常用哪些方法提高实时性？动态数学模型运行特点是按选定的积分时间步长，每跨进一个步长，需将全部数据模型求解一遍，一直运行到收到停止命令。
经验证明：积分步长选1s可以达到实时要求。
提高模型实时性常用的方法有：（1）通过预先试算找出规律，尽量避开非线性代数方程组的迭代计算；（2）使用回归或者辨识的方法获取简化降阶模型；（3）使用欧拉法求解高阶微分方程；（4）偏微分方程简化为常微分方程；（5）采用稳态加动态补偿方法获取动态响应。
1、系统（system）：是一组对象的集合或总称；由诸多相互作用、相互依存的要素按照一定规律构成的集合体，它们共同组成具有特定结构和功能的整体。
它具有以下特点：①由两个或两个以上要素组成。
②构成系统的要素之间具有一定的联系，并在系统内部形成特定的结构。
③具有边界。
④系统具有特定的功能，具有存在的价值和作用，并且系统功能受到系统结构和环境的影响。
三要素：(1) 实体：组成系统的元素、对象。
(2) 属性：实体的特征。
(3) 活动：系统由一个状态到另一个状态的变化过程。
理解：组成系统的实体之间相互作用而引起的实体属性的变化，通常用状态变量来描述。
研究系统主要研究系统的动态变化。
除了研究系统的实体属性活动外，还需要研究影响系统活动的外部条件，这些外部条件称之为环境。
系统分类：1）连续系统是指系统状态随时间发生连续性变化的系统（电力生产、供电网络、石油炼制、自来水生产、电路系统等）。
2）离散事件系统是指只有当在某个时间点上有事件（event）发生时，系统状态才会发生改变的系统。
系统状态的变化只发生在离散的时间点上，且状态通常会保持一段时间。
此外，系统状态的变化也会引发新的事件。
（毛坯到达、加工开始、加工完成、设备故障等；服务系统中的顾客到达、接受服务等）2、计算机仿真（系统仿真）概念：针对真实系统建立模型,然后在模型上进行试验,用模型代替真实系统,从而研究系统性能的方法称为系统仿真。
研究对象可以是实际的系统，也可以是设想中的系统。
1）包含了系统建模、仿真建模和仿真实验三个基本活动。
联系这三个活动的是系统仿真的三要素：系统、模型、计算机（硬件和软件）。
2）系统、模型与仿真三者之间有着密切联系。
其中，系统是要研究的对象，模型是系统在某种程度和层次上的抽象，而仿真是通过对模型的试验以便分析、评价和优化系统。
3、仿真技术的主要用途：(1) 优化系统设计。
(2) 系统故障再现，发现故障原因。
(3) 验证系统设计的正确性。
1、系统“三要素”：实体、属性、活动①实体：确定了系统的构成，也就确定了系统的边界；②属性：也称为描述变量，描述每一实体的特征；③活动：定义了系统内部实体之间的相互作用，从而确定了系统内部发生变化的过程。
2、系统的分类（1）静态系统& 动态系统——时域状态（按系统状态是否变化）确定系统& 随机系统——存在随机变量（按有无随机过程）单变量系统& 多变量系统——自由度数量连续系统& 离散随机事件系统——按系统状态的变化与时间的关系（2）根据系统状态是否随时间连续变化，可以将系统分为：连续系统、离散事件系统①连续系统是指系统状态随时间发生连续性变化的系统。
②离散事件系统是指只有当在某个时间点上有事件发生时，系统状态才会发生改变的系统。
由于事件的发生具有随机性，使得离散事件系统的状态具有随机和动态特征，此类系统也常被称为离散事件动态系统（DEDS）。
3、机械制造系统是复杂的离散事件动态系统，它的输入为各种制造资源（如毛坯、半产品、能源、人力等），输出为零件、部件或产品。
机械制造系统的运行过程始终伴随着物料流、能量流和信息流，也称为“三流合一”。
4、系统模型分类①物理模型：采用特定的材料和工艺，根据相似性准则按一定比例制作的系统模型，以便通过试验对系统的某些方面性能作出评估。
②数学模型：采用符号、数学方程、数学函数或数据表格等方法定义系统各元素之间的关系和内在规律，再利用对数学模型的试验以获得现实系统的性能特征和规律。
③物理-数学模型（也称为半物理模型）：一种混合模型，结合了物理模型和数学模型的优点。
5、系统、模型与仿真的关系：系统、模型与仿真三者之间有着密切的联系。
其中，系统是要研究的对象，模型是系统在某种程度和层次上的抽象，而仿真是通过对模型的试验以便分析、评价和优化系统。
6、仿真时钟的推进机制：固定步长时间推进机制、下次事件时间推进机制、混合时间推进机制注：仿真时钟是指所模拟的实际系统运行所需的时间，而不是指计算机执行仿真程序所需的时间。
《系统建模与仿真》复习题样例一、单项选择题(每题0.5分,共32题) 1、WITNESS 建模过程中，需要修改布局窗口的名称和背景颜色，可以通过下列哪个菜单操作完成（操作完成（）。
----序号473 A 、VIEW->Screen EditorB 、Window->Interact BoxC 、Window->ControlD 、Window->Designer Elements 2、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237 A 、顺序结构、顺序结构 B 、循环结构、循环结构 C 、分支结构、分支结构 D 、模块结构、模块结构3、零件（part ）到达系统的时间间隔规律在零件详细设计对话框的（）到达系统的时间间隔规律在零件详细设计对话框的（）中进行设置。
----序号148A 、typeB 、first arrivalC 、inter arrivalD 、to4、机器（machine ）元素的静态显示图标是由（）元素的静态显示图标是由（）显示项目确定的----序号99 A 、name B 、icon C 、style D 、text5、图标代表的是那种类型的元素（代表的是那种类型的元素（）。
----序号461 A 、Fluid B 、Pipe C 、Processor D 、Tank6、在Index 型输送链中对其长度进行设置需要在conveyor 详细设计对话框中的（ ）进行设置。
----序号168A 、length in partsB 、index timeC 、actions on finishD 、from7、如果要对容器的轮廓进行可视化设计以便能看到流体经过该容器，我们需要对容器的（ ）属性进行设置。
----序号309A 、tankB 、contentsC 、mixD 、laborqueue8、一系统中有一流体（fluid ）元素oil ，系统运行100min 后检查该流体在某一处理器Processor 中的在制品库存，所用到的函数是（中的在制品库存，所用到的函数是（）。
概念-10填空-20数学运算-30绘图--20论述-20系统建模与仿真基本概念描述系统“三要素”：实体、属性、活动――实体确定了系统的构成，也就确定了系统的边界；――属性也称为描述变量，描述每一实体的特征；――活动定义了系统内部实体之间的相互作用，从而确定了系统内部发生变化的过程。
按照系统的时间特性对系统的分类连续系统：系统的状态是随时间连续变化的。
可以使用微分方程或一组状态方程来描述。
有时，在连续系统中可能要使用一些离散的数据，这时也可以用差分方程或一组离散状态方程来描述。
离散系统：系统的状态变化只在系统离散的时刻发生，而且往往又是随机的。
是人造系统中比较常见的一种系统形式。
如：管理系统、计算机系统、软件系统、交通系统等混合系统：系统中既有连续成份又有离散成分。
一般为人造系统与自然系统相互作用而生成的新系统。
如：连续过程的生产系统、流体机械等。
建立系统模型的原因：1-复杂系统设计。
如：软件设计2-更新或优化设计。
如：高效低噪声的风扇的设计3-情势推演或者游戏。
如：兵棋推演4-低成本预测。
如：设计效果预测5-在线设计。
如：单片机仿真系统系统仿真的基本步骤系统的定义：为了达到某种目的的一组具有特定的功能、彼此互相联系的若干要素的有机整体。
系统的两种分类方法：系统分类之1——按照系统的生成方式：自然系统、人造系统系统分类方法之2——按系统中起主导作用的变化是否连续：连续系统、离散系统系统的特点：第1——系统的整体性。
系统由许多要素组成的，各部分是不可分割的。
（最小原则）第2——系统的相关性。
系统内部的各个要素之间互相以一定的规律联系着，它们之间的特定关系就形成了特定定能的系统（依赖原则）系统模型：是为了研究系统的一种表示，是系统的内在规律及它与外界的相互作用关系的描述。
模型的分类及其描述：物理模型、数学模型物理模型：又称实体模型，是实际系统在尺寸上的缩小或放大后的相似体数学模型：用数学方程（常用代数方程和微分方程的组合）或其它图形与符号手段来描述实际系统的结构和性能的方法。
与时间有关称为动态模型，与时间无关则称为静态模型。
数学模型的特点“数学模型”是人们对自然世界的一种抽象理解，它与自然世界/现象/问题具有“性能相似”的特点，人们可利用“数学模型”来研究/分析自然世界的问题与现象，以达到认识世界与改造世界的目的。
模型验证在仿真实验过程中，其结果的有效性取决于“系统模型”的可靠性；因此，模型验证是一项十分重要的工作，它应该贯穿于“系统建模—仿真实验”这一过程中，直到仿真实验取得满意的结果。
模型验证的内容验证“系统模型”能否准确地描述实际系统的性能与行为；检验基于“系统模型”的仿真实验结果与实际系统的近似程度；数学运算1使用不同的两种方法建立0-7数字组成的一维1*8矩阵方法1：M=[0 1 2 3 4 5 6 7 ]方法2：M=0:7方法3：x=0;for y=1:7x=[x y]end2建立一个随机数字的4*4矩阵A答案：A=rand(4)3 用直接输入建立一个二维数组。
例如：>>a=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]4. 用直接输入建立字符串数组（例3-1）5 利用structure函数建立结构数组（例3-9）6 系数矢量直接输入法创建多项式（例4-1、例4-2）7 多项式求值（例4-5）求多项式x5+2x4-7x2+5x-2在x=2和在x=7处的值答案：p=[1 2 0 -7 5 -2]polyval(p,[2 7])8 多项式求根（例4-7）求解方程：6x2+7x-25=0答案：p=[6 7 -25] roots(p)9 多项式乘法和除法（例4-8、4-9）10 多项式微分和积分（例4-10）求f(x)=x4+5x3-7x2+12的导数方法1：syms xp=1*x^4+5*x^3-7*x^2+12 dpdx=diff(p)方法2：p=[1 5 -7 0 12] y=polyder(p)10 建立符号表达式（例5-5、5-6） 11 多项式展开（例5-7）12 符号极限（例5-19、5-20、5-） 13 符号微分（例5-22） 14符号积分（例5-25、5-27）绘图1画出如下函数图形, 并在图形中标出函数。
y=x 3 x ∈[0,2]，步长为0.1 (红色*线型绘图)x=0:0.1:2 y=x.^3plot(x,y,'r*')2画出如下函数图形, 并在图形中标出函数。
y=4cosxx ∈[0,2π]，步长为0.1π (黄色*线型绘图)x=0:pi/10:2*pi y=4*cos(x)plot(x,y,'y*')3画出如下函数图形, 并在图形中标出函数。
y=sinx x ∈[0,2π]，步长为0.1π (红色+线型绘图)x=0:pi/10:2*pi y=sin(x)plot(x,y,'r+')4画出如下函数图形, 并在图形中标出函数。
y=sinx+cosx x ∈[0,2π]，步长为0.1π (绿色*线型绘图)x=0:pi/10:2*pi y=sin(x)+cos(x)plot(x,y,'g*')5画出以下平面曲线图：y=sin4xx ∈[-2π,2π] (黄色实线型绘图)x=-2*pi:pi/100:2*pi y=sin(4*x) plot(x,y,'y')6将函数y=x 2, x ∈[-2,2], (蓝色实线型绘图)和函数y=sinx, x ∈[-2π,2 π](红色*线型绘图),在同一个坐标系内显示。
答案：x= linspace(-2*pi,2*pi,30); y= sin(x); plot(x,y, 'r*') hold on x=-2:0.1:2;y=x.^2;plot(x,y)hold off7作竖直条形图，共6个，每个宽一个长度单位，高度分别是：2/3/6/8/4/1y=[2 3 6 8 4 1]bar(x,y)8画空间螺旋线，参数方程：x = sin(t)y = cos(t)z = t其中：t的取值范围为：0~8π，步长为π/100plot3(sin(t),cos(t),t)9画空间曲面旋转抛物面，并在图中标注名称“旋转抛物面图”z=x2+y2, x和y的取值同为：-5~5，步长为0.5旋转抛物面图[x,y]=meshgrid(-5:0.5:5);z=x.^2+y.^2;surf(x,y,z);title('旋转抛物面图');shading interpaxis off10绘双曲抛物面z=xy，x和y的取值同为：-20~20，步长为0.5，并标注。
z=x.*y;surf(x,y,z);title('双曲抛物面');shading interpaxis off11 使用XLABEL命令给坐标轴加标注（见例4-6）12 图形窗口分割（例6-8、例6-9）系统建模与仿真理论系统的特征1.组成性。
系统由两个或两个以上要素组成2.层次性。
系统要素应该能够区分3.边界性。
要素的边界小于系统的边界4.相关性。
要素相互联系，要素和系统都是相对的5.目的性。
要素的结合是为了达到特定的目的6.整体性。
系统是一个整体系统论的重要观念1.系统是一个整体；2.系统有明确的目的；3.系统由两个或两个以上相互关联的要素组成，但杂乱无章、互不相干的东西放在一起也不是系统，系统要素的微观联系会涌现出系统的宏观功能;4.要素与系统所处的层次不同，因此系统和要素具有不可比性；5.要素可以以不同的方式组合在一起，形成特定的结构，这就需要对系统进行规划、组织和控制；6.一定的结构产生一定的功能，要想使系统发挥特定功能，必须使系统具备特定的结构；7.系统会表现出任何要素都不具备的特征，在条件合适的情况下，要素进行整合后可以达到“整体大于部分之和”的效果；8.封闭系统必将走向灭亡，系统一定在动态变化中发展。
系统模型水平行为水平――亦称为输入/输出水平将系统视为一个“黑盒”，在输入信号的作用下，只对系统的输出进行测量；分解结构水平将系统看成若干个黑盒连接起来，定义每个黑盒的输入与输出，以及它们相互之间的连接关系；状态结构水平不仅定义了系统的输入与输出，而且还定义了系统内部的状态集及状态转移函数。
建模三要素:目的、方法和验证目的要明确——同一个系统，不同的研究目的，所建立的模型也不同。
方法要得当——结果要验证——验证所建立的模型能够“真实反映”实际系统系统建模方法1 机理模型法采用由一般到特殊的推理演绎方法，对已知结构，参数的物理系统运用相应的物理定律或定理，经过合理分析简化而建立起来的描述系统各物理量动、静态变化性能的数学模型。
2 实验建模法采用由特殊到一般的逻辑、归纳方法，根据一定数量的在系统运行过程中实测、观察的物理数据，运用统计规律、系统辨识等理论合理估计出反应实际系统各物理量相互制约关系的数学模型。
3 综合建模法当对控制的内部结构和特性有部分了解，但又难以完全用机理模型的方法表述出来，这是需要结合一定的实验方法确定另外一部分不甚了解的结构特性，或是通过实际测定来求取模型参数。
这种方法是机理模型法和统计模型法的结合，故称为混合模型法。
模型验证的基本方法(1) 基于机理建模的必要条件法通过对实际系统所存在的各种特性/规律/现象（人通过推演/经验可认识到的系统的必要性质/条件）进行“仿真模拟/仿真实验”，通过仿真结果与“必要条件”的吻合程度来验证系统模型的可信性/有效性。
(2) 基于实验建模的数理统计法通过考察在相同输入条件下，系统模型与实际系统的输出结果在一致性/最大概率性/最小方差性等“数理统计”方面的情况来综合判断其可信性与准确性。
(3) 实物模型验证法对于“机电系统”、“化工过程系统”以及“工程力学”等一类可依据“相似原理”建立“实物模型”的仿真研究问题，应用“实物（或半实物）仿真技术”可以在可能的条件下实现最高精度的“模型验证”。
仿真技术在系统设计中的应用新系统设计：提供了强有力的工具在可行性论证阶段，进行定量比较，为系统设计打下坚实的基础在系统设计阶段，进行模型实验、模型简化并进行优化设计系统改造设计：涉及新的设备、部件或控制装置利用仿真技术进行分系统实验，即一部分采用实际部件，另一部分采用模型，避免由于新的子系统的投入可能造成对原系统的破坏或影响大大缩短开工周期，提高系统投入的一次成功率根据模型的物理属性系统仿真分类物理仿真：按照真实系统的物理性质构造系统的物理模型，并在物理模型上进行实验的过程称为物理仿真。
物理仿真的优点是：直观、形象，也称为“模拟”。
物理仿真的缺点是：模型改变困难，实验限制多，投资较大。
