系统工程-状态空间模型

第一批次[多选题]贝塔朗菲认为系统技术包括两个方面，它们分别是：A：硬件B：软件C：固件D：中间件参考答案：AB[多选题]系统工程的理论基础包括：A：大系统理论B：信息论C：控制论D：运筹学参考答案：ABCD[多选题]从系统观点出发，全部环境因素应划分为：A：自然环境B：人的因素C：科学技术环境D：社会经济环境参考答案：ABCD[多选题]通常情况下，模型可分为A：形象模型B：概念模型C：模拟模型D：抽象模型参考答案：AD[多选题]抽象模型是指A：形象模型C：数学模型D：模拟模型参考答案：BCD[多选题]构造模型的一般原则是A：现实性原则B：简化性原则C：适应性原则D：借鉴性原则参考答案：ABCD[多选题]在随机网络中，输入侧的逻辑关系分别有A：与型B：或型C：非型D：异或型参考答案：ABD[多选题]在随机网络中，输出侧的逻辑关系分别有A：随机型B：确定型C：网络型D：概率型参考答案：BD[多选题]按系统性质进行的系统仿真分为A：离散型仿真B：确定型仿真C：连续型仿真参考答案：AC[多选题]动态规划法的基本原理是A：相变原理B：耗散结构理论C：突变原理D：最优化原理参考答案：AD[多选题]管理系统一般由以下子系统构成A：计划决策子系统B：控制协调子系统C：执行子系统D：信息子系统参考答案：ABCD[多选题]（）研究的是系统从原始均匀的无序状态发展成为有序状态，或从一种有序结构转变为另一种有序结构，以及系统从有序到无序的演化过程。

A：相变理论B：耗散结构理论C：协同学理论D：突变理论参考答案：AC[多选题]（）是物质系统内部结构和物理性质上的突变。

A：突变B：涨落C：混沌D：相变参考答案：AD[多选题]本世纪60年代，经过对非平衡态和不可逆过程进行的深入研究，提出了A：耗散结构理论B：相变理论C：突变理论D：超循环理论参考答案：AD[多选题]相变理论主要研究A：非平衡相变B：平衡相变C：铁磁相变D：超导相变参考答案：AB第二批次[论述题]名词解释:大系统：大系统理论：信息论：控制论：运筹学：状态变量：仿真：系统模型：系统控制：系统环境：多阶段决策过程：反馈：参考答案：大系统：一般是指规模庞大、结构复杂、环节数量大或层次较多，其相互间关次错综复杂，影响因素众多，并常带有随机性质的系统。

线性系统的叠加原理 线性系统在多个输入的作用下，其总输出等于各个输入单 独作用而产生的输出之和。 齐次性
可加性
非线性方程的线性化
线性化的条件： 1. 非线性函数是连续函数(即不是本质非线性)。 2. 系统在预定工作点附近作小偏差运动 线性化的方法： 1. 确定预定工作点。 2. 在工作点附近将非线性方程展开成Taylor级数形式。 3. 忽略高阶小项。 4. 表示成增量化方程的形式。
基尔霍夫电流定律
若电路有分支路，它就有节点，则会聚到某节点的所
有电流之代数和应等于0（即所有流出节点的电流之
和等于所有流进节点的电流之和）， 如右图所示，
A
i(t ) 0
2
i1 i2
A i3
i(t ) i i
1 A
i3 0
基尔霍夫电压定律 网络的闭合回路中电势的代数和等于沿回路的电压降 的代数和 。即 E iR
x o ( t )、x i ( t ) 分别为系统输出和输入;
b j ( j 0,1,2,..., m ) 为微分方程系数
a i ( i 0,1,2,..., n)、
若所有系数都不是输入、输出及其各阶导数的函数，则微 分方程表示的系统为线性系统；否则，系统为非线性系统。 对线性系统，若系数为常数则为线性定常系统。
质量 阻尼
F
v2
m
k v
v
1
dv21 dx(t )'' F m m dt dt
F
v2
v2
b v
F
1
F bv21
弹簧
1
转动 元素：转动惯量J、扭转弹簧kJ、回转粘性阻尼器cJ (t ) ，J—转动惯量 惯量元件： J T J 回转弹性元件： k J 回转阻尼元件： cJ

模拟法——“计算机”或“实物”导向
（A3,A4,B2,C3,D1,D23）
专家法或老手法（A21,B4,C1,D22）
……
17
系统模型与模型化
第三章 系统模型与模型化
系统模型与模型化概述 系统结构模型化技术 主成分分析及聚类分析 状态空间模型 系统工程模型技术的新进展
1
2 3
4
5
18
系统模型与模型化
建立 解释 结构 模型
分析 报告
比较/ F 学习
初步分析
规范分析
综合分析
ISM实用化方法原理图
37
系统模型与模型化
ISM实用化方法举例
38
系统模型与模型化
影响部门执行力因素分析
要素关系分析图（图1） V V V
1、组织定位（使命）
第二节 系统结构模型化技术
一 系统结构模型化基础 (一）结构分析的概念和意义
结构→结构模型→结构模型化→结构分析
结构分析是一个实现系统结构模型化并加以解 释的过程。 结构分析是系统分析的重要内容，是系统优化 分析、设计与管理的基础。
19
系统模型与模型化
一 系统结构模型化基础 （二） 系统结构表达及分析方法 理解系统结构的概念（构成系统诸要素间的关 联方式或关系）可采用集合、有向图（节点与有 向弧）和矩阵（可达矩阵等）这几种常用的表达 方式。
Rb＝{(S2,S1)， (S3,S4)， (S4,S5)， (S7,S2)， (S4,S6)， (S6,S4) }
有向图表达
S1
7 6
矩阵表达
S2 S3 S4 S5 S6 S7
S1 S2
3
4
5 1 2
S3 S4 S5 S6 S7

基于Simulink状态空间建模的系统分析方法程序实现荆晓莉(陕西理工学院物电学院电子信息科学与技术1101班，陕西汉中723001)指导老师：龙姝明[摘要] 无论用何种方法求高阶连续系统解析解都是十分棘手的问题。

实际上，科学研究和工程应用中更多地需要系统的数值解。

调用Matlab的Simulink工具包，可以用模块图标方法来编程，并通过运行系统模型文件的方法直接给出连续系统的数值解，而不需要将连续系统转换为离散系统再求解。

对于复杂LTI 系统直接写出微分方程再给出状态空间矩阵很困难，我们获得系统状态空间矩阵的方法是：先将系统映射到s 域，列出解（系统输出）函数的像函数满足的代数方程组，解代数方程组给出系统函数H(s),再调用Matlab的函数[a,b,c,d]=tf2ss(num,den)就得到系统的状态空间矩阵，从而完成系统的描述，再创建系统模型文件，写入状态空间矩阵、输入信号、初值条件及运行相关参数，最后编程调用sim()函数运行模型文件给出连续系统的数值解。

[关键字]连续系统;离散化;Simulink;M文件The implementation of the system analysis method based on Simulink state space modelingJing Xiaoli(Grade11,Class1,Major Electronic Information Science and Technology Department of Physics,ShannxiUniversity of Technology,Hanzhong,723001)Tutor: Long ShumingAbstract It is a difficult problem for the higher order continuous system to solve the problem.In fact,the numerical solution of the system is more needed for scientific research and engineering application.Calling Matlab Simulink toolkit can be programmed by using the method of module icon,and the direct method of operation system model file are given continuous system of numerical solution, without the need to convert the continuous system to discrete system, to be solved. Continuous model, mapped to directly write for complex LTI system differential equations and give the state space matrix is very difficult,we obtain the system state space matrix method is: first the system's domain, a list of solutions (output) function as function satisfies the algebraic equation group, the solution of algebraic equations gives the system function H(s), and then call the Matlab function [A,B,C,D]=tf2ss(num,den) system state space matrix,thus completing the system description, and then create a system file, write the state space matrix, input signal, the initial conditions and operating parameters,programming at last call to sim run the model file is system of numerical solutions.Keywords Continuous system,Discrete,Simulink,M file目录1 状态空间分析方法的概述 (1)2 快速创建LTI连续系统状态空间模型的方法 (2)2.1 创建LTI连续系统传递函数的方法 (2)2.2 构造描述LTI连续系统的状态空间模型矩阵 (3)3 用Simulink状态空间建模求解LTI系统数值解的思路 (4)3.1 LTI连续系统的描述 (4)3.2 创建系统的Simulink状态空间模型 (4)3.3 模块内部参数设置及数据存储 (5)4 利用Simulink状态空间建模求解LTI系统的优缺点 (7)4.1 状态空间建模求解LTI系统的优点 (7)4.2 状态空间建模求解LTI系统的缺点 (7)5 连续系统Simulink状态空间建模分析方法程序设计的思路 (7)5.1 调用模型文件及编程求解系统响应 (7)5.2 分析系统的频谱与相位 (9)6 状态空间分析方法的应用实例 (9)6.1 实际连续系统的描述 (9)6.2 在程序中设置参数 (10)6.3 运行程序，求解系统 (10)结语 (11)附录 (13)最近几年科学不断发展，系统的结构也渐渐复杂。