第5讲系统模拟14.pptVIP

第一节 系统模拟概述 第二节 系统模拟示例 第三节 蒙特卡罗模拟 第四节 工程系统模拟 凡是利用计算机,在计算机上模拟对系统的操作而不是在真实系统上进行实验、运行的研究方法都可认为是模拟。 注意：模拟技术不能直接得出最优的方案，需要在模拟的基础上利用一定的优选方法或评价方法得到最优或满意的方案。 通常对整个系统进行模拟，对部分或子系统进行优化 1.1系统模拟技术的三个过程： （1）建立模型 对被模拟的系统进行分析、假设、简化，得出反映真实系统本质及变化的模型，再将模型转变成计算机能运行的模拟模型。是实现模拟的基础。 （2）对模型进行实验、运行 （3）对模拟的有效性进行分析 如：模型有效性分析、输入输出数据分析，输出结果与现有真实数据的比较验证等。 抽象模拟：对实际系统的数学表述，数学模型。 实际模拟：把实际系统的结构和模型按照原样作为组成因素，用集合的方法组成的模型。 离散系统 是所研究系统的状态变量在一些离散时间 点上发生变化的系统。 特定时刻 在特定时刻系统状态发生变化，而在相邻的两个特定时间之间系统状态保持不变。而在这些特定时刻是由于有事件发生从而引起了系统状态变化。 常见离散系统: 排队系统、库存系统、物资与资金系统。 主要特征 随机性——单个或多个输入为随机变量，而不是确定变 量。所以它的输出也往往是随机变量。 连续系统 是指系统中的状态变量随时间连续变化的系统。 连续系统的模型要描述系统实体变量的速率R，所 以连续系统模型通常都是由微分方程组成的。当系统比较复杂尤其是引进非线性因素后，此微分方程经常不可求解，至少非常困难。 两类方法： （1）微分方程的数值解法 常用欧拉（Euler）法，龙格-库塔法（Runge-kutta）及阿达姆斯（Adams）法等。 连续系统的模拟要保证数值解的稳定性，即在初始值有误差，计算机在舍入误差影响下，误差不会积累而导致计算失败，确保其解在满足一定精度下的正确性。 （2）离散相似法 是将连续系统进行离散化处理，包括按照时间或者其它 变量离散化。用离散化的模型直接代替连续系统的模型。一 般是将微分方程用其相应的差分方程来代替。 1、拟定问题 确定问题，并明确系统模拟的目的和任务。 确定系统的边界和组成部分以及评价模拟结果的指标等。 2、收集和整理数据 在系统模拟中需要大量的数据。数据的可靠性对模拟输 出结果的正确性影响很大。 3、建立模拟模型 把所研究的系统进行适当的抽象化，从而建立数学模型 或结构模型。 4、转换模型 应用通用的计算机语言或专用的模拟程序语言，将系统 模型或结构模型转变为由计算机程序组成的模拟模型，以便 在计算机上进行模拟运行。 5、验证模型 进行调试运行、模拟并分析、验证其模型是否能正确反 映现实系统的本质以及模拟模型是否正确实现原型。在调试 中应及时修改补充模型（包括模拟模型、模拟程序）甚至调 整补充数据，直到满意为止。 6、模拟运行方案的制定 根据目的及系统的真实条件（包括约束条件，环境条件）建立模型运行的试验条件，包括设定系统运行的初始条件及种类，模拟运行时间或次数等。 7、模拟运行 对所研究的系统进行大量的模拟运行，获取大量的输出 资料。 8、模拟结果分析 包括对结果的各种统计特性分析 与已知部分有关信息及预期目标等的比较分析 说明模拟结果的可靠性与有效性，并做出模拟结论 编程可采用的两类语言： （1）仿真专用语言 离散系统模拟语言— GPSS语言； 连续系统模拟语言—面向微分方程的CSS1、面向结构图 的CSS2、 ACSL 、DYNAMO等。 （2）通用语言 FORTRON、BASIC、C++等。 1、始于20世纪中期 在水利工程系统中的应用始于20世纪中期。1953年美国陆军工程师团对密西西比河(Mississippi)支流密苏里河(Missouri)上6座水库的运行调度进行了模拟，其目标是在满足防洪、灌溉和航运要求的基础上使系统发电量最大。 2、多目标问题 1974年美国麻省理工学院(MIT)开发了一个多目标流域规划模拟模型MITSIM(MIT river basin simulation model)。后来开发的流域规划模拟模型不少都借鉴了