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。
6、什么是数值积分方法的截断误差、舍入误差及稳定性?
数值解法是一种近似的解法,由差商近似替代微商产生的误差,称为截断误差。计算机采用的字长有限,在计算机中由数值舍入引起的误差称为舍入误差。必须考虑最初产生的误差在以后的计算中是否会被无限扩大,这种问题称为数值解法的稳定性。
7、简述离散事件系统的基本要素有哪些?
(1)系统状态:描述系统所用的变量集合。
(2)实体:构成系统的基本元素。可分为永久实体和临时实体。
(3)属性:是指某一实体的特性。
(4)事件:使系统状态发生变化的、实体的瞬间行为。
(5)活动:实体在两个事件之间保持某一状态的持续过程称为活动。
(6)进程:由若干个有序事件及活动组成。一个进程描述了它所包括的事
件及活动间的相互逻辑关系及时序关系。
8、请画图示意系统仿真的基本步骤。
9、请画图示意系统建模的基本步骤。
10、试建立人口Logistic(逻辑)模型,并说明模型中何参数为自然增长率,为什么?
解:人口净增长率与人口极限以及目前人口均相关。人口量的极限为M ,当前人口数量为N (t ),r 为比例系数。建立模型:
)())
(1()(t N M
t N r dt t dN ?-?= 00|N N t == 4分
求解得到
rt
m m
e N N
N t N --+=
)1(1)(0
6分
注意到当M t N →)(时,r M
t N r →-
?))
(1(并说明r 即为自然增长率。 8分
11、假设某个银行只有一个营业窗口开放,顾客随机性的进入银行,然后按照先后次序排队等候服务。营业员服务顾客的时间也是一个随机变量,假定顾客到达的时间和每位顾客接受服务的时间都已给出,并且已填写在下面的表格中,采用“手工”的方式模拟这个系统。直到第10位顾客服务完成后离开系统。 根据仿真结果回答下列问题:
(1) 顾客在系统中的平均滞留时间(从进入到离开的时间) (2) 顾客的平均排队等待时间 (3) 营业员处于空闲状态的百分比
(1) 顾客在系统中的平均滞留时间(从进入到离开的时间):7.2,
(2)顾客的平均排队等待时间:3.3,
(3)营业员处于空闲状态的百分比:7.14%。
系统建模与仿真习题二 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)(+=,2 1)(+=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 s s 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。 2. 假定系统为: )(0001)(111000100001024269)(t u t x t x ????? ???????+????????????----= [])(2110)(t x t y = 请检查该系统是否为最小实现,如果不是最小实现,请从传递函数的角度解释该模型为何不是最小实现,并求其最小实现。 3. 双输入双输出系统的状态方程:
)(20201000)()(20224264)(75.025.075.125 .1125.15.025.025.025.125.425.25.025.1525.2)(t x t y t u t x t x ??????=????? ???????+????????????------------= (1)试将该模型输入到MATLAB 空间,并求出该模型相应的传递函数矩阵。 (2)将该状态空间模型转化为零极点增益模型,确定该系统是否为最小实现模型。如果不是,请将该模型的传递函数实现最小实现。 (3)若选择采样周期为s T 1.0=,求出离散后的状态方程模型和传递函数模型。 (4)对离散的状态空间模型进行连续变化,测试一下能否变回到原来的系统。 4. 假设系统的传递函数模型为: 222 )(2+++=s s s s G 系统状态的初始值为?? ????-21,假设系统的输入为t e t u 2)(-=。 (1)将该传递函数模型转化为状态空间模型。 (2)利用公式 ?--+=t t t A t t A d Bu e t x e t x 0 0)()()()(0)(τττ求解],0[t 的状态以及系统输出的解析解。 (3)根据上述的解析解作出s ]10,0[时间区间的状态以及系统输出曲线。 (4)采用lsim 函数方法直接作出s ]10,0[时间区间的状态以及系统输出曲线,并与(3)的结果作比较。 5. 已知矩阵 ???? ??????----=212332110A (1)取1:1.0:0=t ,利用expm(At)函数绘制求A 的状态转移矩阵,看运行的速度如何? (2)采用以下程序绘制A 的状态转移矩阵的曲线,看运行的速度如何? clc;clear; A=[0 1 -1;-2 -3 3;2 1 -2]; t=0:0.1:2; Nt=length(t);
Flexsim应用案例示例 示例一港口集装箱物流系统仿真 (根据:肖锋,基于Flexsim集装箱码头仿真平台关键技术研究,武汉:武汉理工大学硕士学位论文,2006改编) 1、港口集装箱物流系统概述与仿真目的 1.1港口集装箱物流系统概述 1.2港口集装箱物流系统仿真的目的 2、港口集装箱物流系统的作业流程 2.1港口集装箱物流系统描述 2.2港口集装箱物流系统作业流程 2.3港口集装箱物流系统离散模型分析 3、港口集装箱物流系统仿真模型 3.1港口集装箱物流系统布局模型设计 3.2港口集装箱物流系统设备建模 3.3港口集装箱物流系统仿真 4、仿真运行及数据分析 4.1仿真运行及数据处理 4.2仿真数据的结果分析 小结与讨论 示例二物流配送中心仿真 (根据:XXX改编) 1、物流配送中心概述与仿真目的 1.1物流配送中心简介 1.2仿真目的 2、配送中心的作业流程描述 2.1配送中心的功能 2.2配送中心的系统流程
3、配送中心的仿真模型 3.1配送中心的仿真布局模型设计 3.2配送中心的设备建模 3.3配送中心的仿真 4、仿真运行及数据分析 4.1仿真运行及数据处理 4.2仿真数据结果分析 4.3系统优化 小结与讨论 “我也来编书”示例 示例一第X章排队系统建模与仿真学习要点 1、排队系统概述 2、排队系统问题描述 3、排队系统建模 4、排队系统仿真 5、模型运行与结果分析 小结 思考题与习题(3-5题) 参考文献 1、李文锋,袁兵,张煜.2010.物流系统建模与仿真(第6章) 北京:科学出版社 2、王红卫,谢勇,王小平,祁超.2009.物流系统仿真(第6章) 北京:清华大学出版社 3、马向国,刘同娟.2012.现代物流系统建模、仿真及应用案例(第5章)
动画建模与仿真技术(541032)教学大纲 01.教学单位:软件学院 02.课程编号:541032 03.课程名称:动画建模与仿真技术 04.课程英文名称:Technology of animation modeling and simulation 05.课程学时: 32学时,其中含实验0学时 06.课程学分: 2学分 07.课程类别:专业教育课 08.课程性质:选修 09.开课学期:第6学期 10.面向专业:软件工程 11.选用教材 1、侯鹏志等,《3ds Max 2010中文版从入门到精通》,电子工业出版社,2010年 2、杨丽等,《城市仿真建模工具:Creator软件教程》,同济大学出版社,2007年 3、王孝平等,《Vega Prime实时三维虚拟现实开发技术》,西南交通大学出版社,2012年 12.主要参考书 1、鲍虎军等,《计算机动画的算法基础》,浙江大学出版社,2000年。 2、Robert Bridson,《Fluid Simulation for Computer Graphics》,A K Peters,2007. 13.课程教学目的与任务 课程目的:主要讲授利用三维建模软件3ds Max 2010和Multigen Creator 3.0进行三维物体和场景建模的基本方法,利用实时视景仿真软件Multigen Vega Prime提供的Lynx Prime软件和Vega API进行视景仿真的基本方法。 课程任务:一、掌握利用3ds Max创建三维模型的方法 二、掌握利用Multigen Creator 创建三维模型及生成地形的方法 三、掌握利用Multigen Vega Prime进行实时视景仿真的方法。
1.信息时代认识世界(科学研究)的三种方法是:理论研究、(_实验研究_)、(__ 仿真___)。 2.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__)。 3.系统仿真中的三个基本概念是系统、(__模型_)、仿真。 4.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。一般指活动的开始和结束。事件可分为必 然事件(主要)、条件事件(次要)、系统事件。其中(______)一般不出现在将来事件表中(FEL)。 14.活动是具有指定长度的持续时间,其开始时间是确定。排队系统主要活动有 (_______)和服务活动。 ?阶段性知识测试 15.仿真时钟表示仿真时间的变量。Witness仿真系统中仿真钟用系统变量(TIME)表 示。 仿真策略,也称仿真算法。离散事件系统适用的仿真策略有(_事件调度法_)、活动扫描法、进程交互法、三阶段法等。 16.建立输入数据模型需要4个步骤:(1)从现实系统收集数据;(2)(_确定输入数据
第一届(2013)复杂管理系统建模与仿真国际研讨会征文通知 仿真建模、分析与优化,已经成为解决复杂管理系统的重要手段,正日益受到理论界和实践界的广泛关注。本会议的目标,旨在为国内外从事复杂管理系统建模与仿真的研究及实践人员提供一个高水平的、专业的论坛,通过思想碰撞与信息交流,探讨系统仿真领域的最新理论和实践,促进相互合作,进而推动仿真建模、分析与优化技术在复杂管理系统中的研究与应用。本会议邀请了国内外在仿真领域卓有建树的知名学者参加,如美国建模与仿真学会(SCS )主席J. Fowler 教授,美国冬季仿真会议(WSC )主任委员会委员J. Smith 教授,2012年WSC 会务主席美国亚利桑那大学Y .J. Son 教授等;以及中国系统仿真学会、广东省系统工程学会推荐的众多专家学者。会议将请各位专家学者就仿真理论、技术及其应用的最新进展做主题报告,大会还将组织针对性强的分组专题报告与研讨。第一届(2013)复杂管理系统建模与仿真国际研讨会期待您的参与和交流。 主办单位: 中国系统仿真学会离散仿真专业委员会 广东省系统工程学会 深圳大学 承办单位:深圳大学(管理学院) 赞助单位:深圳本斯集团 会议地点:中国·广东·深圳 会议网站:https://www.doczj.com/doc/dc13539989.html,/ismscs13/ 会议时间:2013年6月1日至2日 会议主席:李凤亮教授,深圳大学副校长 大会执行主席: 陈智民教授,深圳大学管理学院院长 周泓教授,北京航空航天大学 张光宇教授,广东省系统工程学会 Dr. J. Fowler ,Arizona StateUniv . (USA) Dr. J. Smith ,Auburn Univ . (USA) Dr. Y .J. Son ,Univ . of Arizona (U SA) 学术委员会主席:周泓教授,北京航空航天大学 学术委员会委员: Dr. J. Fowler ,Arizona StateUniv . (USA) Dr. J. Smith ,Auburn Univ . (USA) Dr. Y .J. Son ,Univ . of Arizona (U SA) Dr. P. Ahrweiler, Univ . of Dublin (Ireland) 范文慧教授,清华大学 何世伟教授,北京交通大学 胡斌教授,华中科技大学 隽志才教授,上海交通大学 任佩瑜教授,四川大学 卫军胡教授,西安交通大学 魏新教授,广东工业大学 徐哲教授,北京航空航天大学 徐宗昌教授,装甲兵工程学院 张光宇教授,广东工业大学 周明教授,深圳大学 朱一凡教授,国防科技大学 戈鹏副教授,四川大学 刘蕾副教授,电子科技大学 龚晓光副教授,华中科技大学 潘燕春副教授,深圳大学 赵晗萍副教授,北京师范大学 会议主题:复杂管理系统建模、仿真与分析---理论研究与应用实践。 议题范围(会议议题包括但不限于以下方面): 1. 复杂管理系统建模:基于系统科学/系统工程的方法; 2. 仿真建模与分析的理论和方法,如离散事件仿真、系 统动力学仿真、多智能体仿真、嵌入式仿真等; 3. 仿真技术与工具; 4. 基于仿真的复杂系统优化; 5. 基于仿真的风险决策与分析; 6. 面向可持续发展的绿色生产与服务:基于仿真的研 究; 7. 系统仿真与信息系统整合:决策支持与智能化管理; 8. 仿真在复杂管理系统中的应用,包括生产制造系统、 供应链与物流系统、交通运输系统、计算机/通讯网络管理系统、医疗服务管理系统、旅游与智慧景区管理系统、作战与综合保障系统,以及循环经济、项目管理、流程再造、工程或技术管理、战略管理、信息管理与电子商务等各大领域。 会议出版物:会议拟将录用的论文以光盘形式出版,并申请国际权威检索机构(EI/ISTP )审查收录。 论文投递:论文请用英文撰写,MS W ord 编辑,采用电子投稿方式,投递至大会邮箱ismscs2013@https://www.doczj.com/doc/dc13539989.html, ,论文格式规范详见会议网站https://www.doczj.com/doc/dc13539989.html,/ismscs13/。 最佳论文奖:大会将评选最佳论文奖(最多3篇),并颁发获奖证书。 重要时间:2013年3月1日,论文扩展摘要或全文(最多6页)投稿截止;2013年4月1日,论文录用与否通知;2013年5月15日,大会注册截止;2013年6月1日-2日,会议召开。 费用:版面费800元(5页内),每超一页加100元;会务费700元每位。版面费和会务费学生减半,详见会议网站。
知识点2 1. 结合具体制造系统或服务系统,分析离散事件动态系统的基本特征。 2. 什么叫“状态空间爆炸”?产生状态空间爆炸的原因是什么?它给系统性能分析带来哪些 挑战? 3. 常用的离散事件系统建模方法有哪些,它们是如何分类的? 4. 什么是马尔可夫特性?它在离散事件系统建模与分析中有什么作用? 5. 根据功能不同,仿真模型(程序)可以分为哪三个层次?分析三个层次之间的关系。 6. 分析事件调度法、活动循环法、进程交互法和消息驱动法等仿真调度方法的特点,在分 析每种调度方法基本原理的基础上,阐述几种仿真调度方法之间的区别与联系,并绘制每种仿真调度方法的流程图。 7. 结合具体的离散事件系统,如银行、理发店、餐厅、超市、医院、作业车间等,采用事 件调度法、活动循环法或进程交互法分析建立此类系统的仿真模型,试分析仿真模型中的建模元素以及仿真调度流程。 8. 从系统描述、建模要点、仿真时钟推进机制等层面,比较事件调度法、活动循环法和进 程交互法的异同之处。 9. 什么叫仿真时钟,它在系统仿真中有什么作用?什么叫仿真时钟推进机制?常用的仿真 时钟推进机制有哪些?它们的主要特点是什么,分别适合于怎样的系统? 10.结合具体的离散事件系统,分析若采用固定步长时间推进机制、下次事件时间推进机制 或混合时间推进机制时,分别具有哪些优点和缺点,以图形或文字等形式分析时钟推进流程。 11.什么叫仿真效率?什么叫仿真精度?分析影响仿真效率和仿真精度的因素? 12.从仿真效率和仿真精度的角度,分析和比较三种仿真时钟推进机制的特点,并分析三种 仿真时钟推进机制分别适合于什么样的系统? 13. 什么是蒲丰投针试验?绘制蒲丰投针试验原理图,通过推导蒲丰投针试验中针与任一直 线相交的概率,分析采用随机投针试验方法来确定圆周率π的原理。 14. 按照蒲丰投针试验的条件和要求,完成投针试验,在统计投针次数、针与直线的相交次 数的基础上,求解π的估计值,并以报表或图形等形式表达试验结果。具体要求如下: ①自行确定针的长度、直线之间的距离。 ②投针10次、20次、30次、40次、50次、…、100次、…、200次、…,分别计算针 与直线相交的概率、π的估计值。 ③以一随机变量描述上述试验结果,并通过编程或采用商品化软件,以图形、报表等形 式表示投针试验结果,分析其中的规律,并给出结论。 ④写出试验报告。 ⑤在熟悉投针试验原理的基础上,编制投针试验仿真程序,动态运行投针试验的过程。15.什么是蒙特卡洛仿真?它有什么特点,蒙特卡洛仿真应用的基本步骤是什么? 16.采用C或C++等语言,分别编写产生均匀分布、正态分布、指数分布以及威布尔分布的伪随机数序列,通过改变每种分布中参数的数值,分析不同参数数值对随机数值的影响;通过对所产生的伪随机数分布区间的统计、分析和绘图,检验伪随机数的特性及其数值特征。 17. 对于制造系统而言,库存有哪些作用和功能? 18. 在制造企业中,库存大致可以分成四种类型。简要论述四种库存的名称和功能。 19. 什么是安全库存、订货提前期?确定安全库存和订货提前期时分别需要考虑哪些因素? 20. 什么叫“订货点法”?要确定订货点,需要哪些条件?订货点法适合于怎样的库存系统?
系统建模与仿真 开课对象:工业工程开课学期:6 学分:2学分;总学时:48学时;理论课学时:40学时; 实验学时:0 学时;上机学时:8学时 先修课程:概率论与数理统计 教材:系统建模与发展,齐欢,王小平编著,清华大学出版社,2004.7 参考书: 【1】离散事件系统建模与仿真,顾启泰,清华大学出版社 【2】现代系统建模与仿真技术,刘兴堂,西北工业大学出版社 【3】离散事件系统建模与仿真,王维平,国防科技大学出版社 【4】系统仿真导论,肖田元,清华大学出版社 【5】建模与仿真,王卫红,科学出版社 【6】仿真建模与分析(Simulaton Modeling and Analysis)(3rd eds.),Averill M. Law, W.David Kelton,清华大学出版社/McGraw-Hill 一、课程的性质、目的和任务 建模与仿真是当代现代科学技术的主要内容,其技术已渗透到各学科和工程技术领域。本课程以一般系统理论为基础,让学生掌握适用于任何领域的建模与仿真的一般理论框架和基本方法。 本课程的目的和任务是使学生: 1.掌握建模基本理论; 2.掌握仿真的基本方法; 3.掌握一种仿真语言及仿真软件; 4.能够运用建模与仿真方法分析、解决工业工程领域的各种常见问题。 二、课程的基本要求 1.了解建模与仿真的作用和发展,理解组成要素。 2.掌握建模的几种基本方法,及模型简化的技术手段。 3.掌握建模的一般系统理论,认识随机数的产生的原因及统计控制方式。 4.能对离散事件进行仿真,并能分析运行结果。 三、课程的基本内容及学时分配 第一章绪论(3学时) 1.系统、模型、仿真的基本概念
系统建模与仿真习题三及答案 1.已知系统 )24(32)(21+++=s s s s s G 、2 103)(2+-=s s s G 求G 1(s)和G 2(s)分别进行串联、并联和反馈连接后的系统模型。 解: clc;clear; num1=[2 3]; den1=[1 4 2 0]; num2=[1 -3]; den2=[10 2]; G1=tf(num1,den1); G2=tf(num2,den2); Gs1=series(G1,G2) Gp1=parallel(G1,G2) Gf=feedback(G1,G2) 结果: Transfer function: 2 s^2 - 3 s - 9 ------------------------------ 10 s^4 + 42 s^3 + 28 s^2 + 4 s Transfer function: s^4 + s^3 + 10 s^2 + 28 s + 6 ------------------------------ 10 s^4 + 42 s^3 + 28 s^2 + 4 s Transfer function: 20 s^2 + 34 s + 6 -------------------------------- 10 s^4 + 42 s^3 + 30 s^2 + s – 9 2.某双闭环直流电动机控制系统如图所示:
利用feedback( )函数求系统的总模型。 解: 模型等价为: 编写程序: clc;clear; s=tf('s'); G1=1/(0.01*s+1); G2=(0.17*s+1)/(0.085*s); G3=G1; G4=(0.15*s+1)/(0.051*s); G5=70/(0.0067*s+1); G6=0.21/(0.15*s+1); G7=(s+2)/s; G8=0.1*G1; G9=0.0044/(0.01*s+1); sys1=feedback(G6*G7,0.212); sys2=feedback(sys1*G4*G5,G8*inv(G7)); sys=G1*feedback(sys2*G2*G3,G9) 结果: Transfer function: