系统分析-系统仿真.ppt

第七章系统仿真
系统仿真概论
连续系统仿真
离散事件系统仿真
系统动力学
1 系统仿真概论
系统仿真概念
系统仿真分类
蒙特卡罗仿真
系统仿真的基本步骤
①系统仿真概念-应用领域
系统仿真是近30年来发展起来的一门新兴技术学科。仿真(Simulation)就是利用模型对实际系统进行实验研究的过程。当由于安全上、经济上、技术上或者是时间上的原因,对实际系统进行真实的物理实验很困难,有时甚至是不可能时,系统仿真技术就成了十分重要、甚至是必不可少的工具。特别是随着计算机技术的发展,仿真技术日益受到人们的重视,其应用领域也愈来愈广泛。在我国,仿真技术最初是用于航空、航天、核反应堆等少数领域,后来,逐步发展到电力、冶金、机械、电子、通信网络等十些主要工业部门。
现在,系统仿真已逐步扩大应用于社会经济、交通运输、生态环境、武器装备研制、军事作战、企业管理等众多领域,开始成为分析、设计和研究各种系统的重要手段和辅助决策工具。
①系统仿真概念
系统仿真是对实际系统的一种模仿活动,也就是利用一个模型来模仿实际的事物发展变化的规律。
系统仿真的确切概念可以表述如下:系统仿真是指通过建立和运行系统的仿真模型,来模仿实际系统的运行状态及其随时间变化的规律。在此过程中,通过对仿真运行过程的观察和统计,得到被仿真系统的仿真输出参数和基本特性,以此来估计和推断实际系统的真实参数和真实性能。
①系统仿真概念
系统仿真是一种有效的“实验”手段,它为一些复杂系统创造了一种“柔性”的计算机实验环境,使人们在短时间内从计算机上获得对系统运动规律以及未来特性的认识。
需要较好的仿真软件来支持系统的建模仿真过程。
系统仿真的输出结果由仿真软件给出
一次仿真结果,只是对系统行为的一次抽样,因此一项仿真研究往往由多次独立的重复仿真所组成,所得到的仿真结果也只是对真实系统进行具有一定样本量的仿真实验的随机样本。因此,系统仿真往往要进行多次试验的统计推断,以及对系统的性能和变化规律作多因素的综合评估。
系统仿真的优点
系统仿真面向实际过程和系统问题,将不确定性作为随机变量纳入系统变量来处理,建立系统的内部结构关系模型,从而对复杂的、带有多种随机因素的系统,可以方便地通过计算机仿真试验求解,避免了求解复杂的数学模型的困难。这也是目前系统仿真得到广泛应用的最根本的原因。
系统仿真采用问题导向来建模分析,使建模直接面向分析人员,他们可以集中精力研究问题的内部因素及其相互关系,而不是计算机编程、调试及实现。
系统仿真提供了一种有效的实验环境,设想和方案可以通过直接调整模型的参数或结构来实现,并通过模型的仿真运行得到其“实施”结果,从而可以从中选择满意的方案。
系统仿真的缺点
开发仿真软件,建立运行仿真模型需要大量的编程和重复运行试验,耗时、耗力和消耗资金。
系统仿真只能得到问题的一个特解或可行解,不可能获得问题的通解或者是最优解。仿真参数的调整往往具有极大的盲目性,寻找优化方案将消耗大量的人力物力。
仿真建模直接面向实际问题,由于建模者的认识和看法有差异,往往会得到迥然不同的模型。因此,仿真建模常被称为非精确建模,或认为仿真建模是一种“艺术”而不是纯粹的技术。
发展趋势
随着计算机软硬件性能的提高,出现了所谓的图形建模、可视建模方法和工具,从而使仿真建模工作变得轻松、方便;
由于智能化技术的引入,也产生了所谓的自动建模环境,使仿真建模的科学性进一步得到提高。
此外,仿真理论的发展,也使模型的验证、确认、优化工作进一步自动化,仿真的精确性得以提高。
计算机技术中的多媒体技术、灵境技术、分布式网络技术的引入更使系统仿真技术如虎添翼,它们与仿真技术相结合而成为崭新的研究方向。
②系统仿真分类
系统仿真可以分成物理仿真、数学仿真和物理-数学仿真;
物理仿真是指按相似原理建立具有真实系统物理性质的物理模型,并在物理模型上进行实验的过程。如专用仿真器、风洞实验模型等。物理仿真的优点是真实感强,直观、形象,但缺点是仿真建模周期长;花费大;灵活性不够好。
数学仿真指建立可计算的系统数学模型,并在计算机上对数学模型进行仿真实验的过程。与物理仿真相比,数学仿真更加经济、灵活、方便。数学仿真也称为计算机仿真。
如果在仿真中同时使用物理模型和数学模型,并将它们通过计算机软硬件接口联接起来进行实验,就称为物理-数学仿真,或半实物仿真。
②系统仿真分类
根据仿真中使用的计算机类型,系统仿真又可分为模拟仿真、数字仿真和混合仿真。
模拟仿真是基于同构和相似原理,通过专用的模拟计算机进行仿真实验。模型直观、运算速度快,但精度较差,且通用性和灵活性不好。
数字仿真利用数字计算机和仿真软件进行系统的建模仿真实验的过程。具有自动化程度高,复杂的推理判断能力强以及快速、灵活、方便、经济、较