系统工程课件--第5章_系统仿真.pdf

第5章系统仿真 内容简介： 系统模拟 （亦称系统仿真）是指通过建立和运行系统的数学模 型，来模仿实际系统的运行状态及其随时间变化的规律，以 实现在计算机上进行试验的全过程。这是近30年来发展起来 的一门新兴技术学科。公共管理的对象通常是社会、经济、 军事等复杂系统，一般都不能通过真实的实验来进行分析、 研究。因此，系统模拟技术就成为十分重要甚至必不可少的 工具。三种基本的模拟方法及其模型，即蒙特卡洛模拟方 法、排队模型、系统动力学模拟。通过蒙特卡洛（Monte Carlo）模拟可以具体了解管理系统模拟的基本原理及方 法，排队模型体现了离散事件系统模拟的特点与规律，而系 统动力学模拟则是一种可以广泛应用于公共管理决策及政策 分析的连续系统模拟方法。 5-1 系统仿真概述 系统仿真概念:又称系统模拟,是用实际系统结合模拟的 环境条件,或者用系统模型结合实际的环境条件,或者用系统 模型结合模拟的环境条件,利用计算机对系统的运行进行实 验研究和分析的方法。 目的：是力求在实际系统建成之前，取得近似于实际的 结果。 作用：可以估计系统的行为和性能；可以了解系统各个 组成部分之间的相互影响，以及各个组成部分对于系统整体 性能的影响；可以比较各种设计方案，以便获得最佳设计； 可以对一些新建系统的理论假设进行检验；可以训练系统的 操作人员。 系统仿真分类  系统仿真根据模型不同：可以分为物理仿真、数学仿真和 物理—数学仿真（半实物仿真）；  根据计算机的类别：可以分为模拟仿真、数字仿真和混合 仿真；  根据系统的特性：可以分为连续系统仿真、离散系统仿 真；  根据仿真时钟与实际时钟的关系：可以分为实时仿真、欠 实时仿真（比实际时钟慢 ）和超实时仿真等。 仿真模型 模型的分类 （1）物理模型  指不以人的意志为转移的客观存在的实体，如：飞 行器研制中的飞行模型；船舶制造中的船舶模型 等。 （2）数学模型  是从一定的功能或结构上进行相似，用数学的方法 来再现原型的功能或结构特征。 （3）仿真模型  指根据系统的数学模型，用仿真语言转化为计算机 可以实施的模型。 仿真方法 1、物理模拟： 对实际系统及其过程用功能相似的实物系统去模仿。 例如，军事演习、船艇实验、沙盘作业等。 具有效果逼真，精度高等优点，但造价高或耗时长，大 多在一些特殊场合下采用（如导弹、卫星一类飞行器的动态 仿真，发电站综合调度仿真与培训系统等），具有实时性、 在线的特点。 物理模拟通常花费较大、周期较长，且在物理模型上 改变系统结构和系数都较困难。而且，许多系统无法进行 物理模拟，如社会经济系统、生态系统等。 2、数学模拟 在一定的假设条件下，运用数学运算模拟系统的运 行，称为数学模拟。现代的数学模拟都是在计算机上进 行的，称为计算机模拟。 计算机模拟可以反复进行，改变系统的结构和系数 都比较容易。 在实际问题中，面对一些带随机因素的复杂系统， 用分析方法建模常常需要作许多简化假设，与面临的实 际问题可能相差甚远，以致解答根本无法应用。这时， 计算机模拟几乎成为唯一的选择。 计算机仿真的三要素及基本步骤（内容） 1、三要素 （1）系统：研究的对象 （2）模型：系统的抽象 （3）计算机：工具与手段 系统 建立数学模型 仿真实验 结果分析 模型 计算机 建立仿真模型 图1.1 计算机仿真三要素关系图 仿真技术的应用与发展 一、仿真技术在工程中的应用 1、航空与航天工业  飞行器设计中的三级仿真体系：纯数学模拟（软 件）、半实物模拟、实物模拟或模拟飞行实验。  飞行员及宇航员训