第五章系统模型与仿真2012-1.ppt

系统工程导论系统工程导论5.1 系统模型系统模型5.2 系统建模系统建模5.3 研究中常用的主要模型研究中常用的主要模型5.4 系统仿真概述系统仿真概述5.5 连续系统与离散系统仿真连续系统与离散系统仿真第五章第五章 系统模型与仿真系统模型与仿真五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论实际的系统描述极为困难实际的系统描述极为困难实际的系统描述极为困难实际的系统描述极为困难:社社社社会会会会、经经经经济济济济、军军军军事事事事大大大大系系系系统统统统，其其行行为为和和政政策策效效果果往往往往无法用直接试验无法用直接试验无法用直接试验无法用直接试验的办法得到。的办法得到。有有些些工工工工程程程程技技技技术术术术问问问问题题题题，虽虽然然可可以以通通过过试试验验掌掌握握系系统的部分结构功能和特性，但是往往统的部分结构功能和特性，但是往往代价太大代价太大代价太大代价太大。解决方法：解决方法：解决方法：解决方法：采采用用系系系系统统统统模模模模型型型型和和和和仿仿仿仿真真真真的的的的方方方方法法法法来来研研究究分分析析比比较较复复杂的现实系统。杂的现实系统。5.1系统模型系统模型五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论E=MC2 F=ma五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论（1）定义定义vv系统模型系统模型系统模型系统模型是采用某种是采用某种特定的形式特定的形式特定的形式特定的形式（如（如文字、符号、图表、文字、符号、图表、文字、符号、图表、文字、符号、图表、实物、数学公式实物、数学公式实物、数学公式实物、数学公式等）等）v对一个系统某一方面对一个系统某一方面本质属性本质属性本质属性本质属性进行描述进行描述进行描述进行描述v揭示系统的揭示系统的功能功能功能功能和和作用作用作用作用，提供有关，提供有关系统的知识系统的知识系统的知识系统的知识。系统模型一般是系统模型一般是现实系统现实系统现实系统现实系统的的描述描述描述描述、模仿模仿模仿模仿或或抽象抽象抽象抽象，用以简化，用以简化地描述现实系统的本质属性，是一切地描述现实系统的本质属性，是一切客观事物客观事物客观事物客观事物及其及其运动形态运动形态运动形态运动形态的的特征特征特征特征和和变化规律变化规律变化规律变化规律的一种的一种定量抽象定量抽象定量抽象定量抽象，是在研究范围内更普遍、更，是在研究范围内更普遍、更集中、更深刻地集中、更深刻地描述实体特征描述实体特征描述实体特征描述实体特征的的工具工具工具工具。五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真5.1.1系统模型的定义与特征系统模型的定义与特征系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论 同一个系统根据同一个系统根据不同研究目的不同研究目的，可建立，可建立不同的系统模型不同的系统模型。同同一种模型一种模型也可以也可以代表多个系统代表多个系统。系统模型由以下几部分组成系统模型由以下几部分组成系统模型由以下几部分组成系统模型由以下几部分组成：1)1)系系系系 统统统统 即模型描述的即模型描述的对象对象对象对象；2)2)目目目目 标标标标 即系统所要达到的即系统所要达到的目标目标目标目标；3)3)组组组组 分分分分 构成系统的构成系统的各组成部分各组成部分各组成部分各组成部分；4)4)约束条件约束条件约束条件约束条件 是指系统所处的是指系统所处的客观环境及限制条件客观环境及限制条件客观环境及限制条件客观环境及限制条件；5)5)变变变变 量量量量 表表述述系系统统组组分分的的变变变变量量量量，包包括括内内内内部部部部变变变变量量量量和和外外外外部部部部变量变量变量变量、状态变量状态变量状态变量状态变量（空间空间空间空间、时间时间时间时间）等；）等；6)6)关关关关 联联联联 表述系统不同表述系统不同变量之间的数量关系变量之间的数量关系变量之间的数量关系变量之间的数量关系。五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论 系统模型反映着实际系统的主要特征，但它又区别于系统模型反映着实际系统的主要特征，但它又区别于实际系统而实际系统而具有同类问题的共性具有同类问题的共性具有同类问题的共性具有同类问题的共性。一个通用的系统模型应。一个通用的系统模型应具有如下的具有如下的三个特征三个特征三个特征三个特征：1 1）是实际系统的）是实际系统的合理抽象合理抽象合理抽象合理抽象和和有效的模仿有效的模仿有效的模仿有效的模仿；2 2）由反映系统本质或特征的）由反映系统本质或特征的主要因素构成主要因素构成主要因素构成主要因素构成；3 3）表明了有关因素之间的）表明了有关因素之间的逻辑关系逻辑关系逻辑关系逻辑关系或或定量关系定量关系定量关系定量关系。在构造模型时，要兼顾到它的在构造模型时，要兼顾到它的现实性现实性现实性现实性和和易处理性易处理性易处理性易处理性。1 1）现实性：模型必须包括现实系统中的主要因素。）现实性：模型必须包括现实系统中的主要因素。2 2）易易处处理理性性：模模型型要要采采取取一一些些理理想想化化的的办办法法，即即去去去去掉掉掉掉一些外在的影响一些外在的影响一些外在的影响一些外在的影响并对一些过程作并对一些过程作合理的简化合理的简化合理的简化合理的简化。五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真（2）特征特征系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论 人类认识和改造客观世界的人类认识和改造客观世界的研究方法研究方法研究方法研究方法一般说来有三种，一般说来有三种，即即实验法实验法实验法实验法、抽象法抽象法抽象法抽象法、模型法模型法模型法模型法。实验法实验法实验法实验法是通过对客观事物本身是通过对客观事物本身直接进行科学实验直接进行科学实验来进行来进行研究的，因此研究的，因此局限性比较大局限性比较大。抽象法抽象法抽象法抽象法是把现实系统抽象为一般的是把现实系统抽象为一般的理论概念理论概念，然后进行，然后进行推理和判断推理和判断，因此这种方法，因此这种方法缺乏实体感缺乏实体感，过于概念化过于概念化。模型法模型法模型法模型法是在对现实系统进行是在对现实系统进行抽象的基础上抽象的基础上，把它们再现，把它们再现为某种为某种实物的、图画的或数学的模型实物的、图画的或数学的模型，然后通过模型来对系，然后通过模型来对系统进行统进行分析分析、对比和研究对比和研究，最终导出结论。，最终导出结论。模型法既模型法既避免了实验法的局限性，又避免了抽象法的过避免了实验法的局限性，又避免了抽象法的过于概念化于概念化，所以成为现代工程中一种最常用的研究方法。，所以成为现代工程中一种最常用的研究方法。五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真5.1.2建立系统模型的必要性建立系统模型的必要性系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论1）把需要解决的问题，通过上述分析明确其外部影响）把需要解决的问题，通过上述分析明确其外部影响因素和内部的条件变量因素和内部的条件变量。针对论证之后的系统目标要求，用。针对论证之后的系统目标要求，用一个逻辑的或数学的表达式，从整体上说明他们之间的结构一个逻辑的或数学的表达式，从整体上说明他们之间的结构关系和动态情况。关系和动态情况。2 2）采用模型化技术可以大大简化现实系统或拟建系统）采用模型化技术可以大大简化现实系统或拟建系统的分析过程的分析过程，它能把非常复杂的系统的内部和外部关系，经，它能把非常复杂的系统的内部和外部关系，经过恰当的抽象、加工、逻辑推理，变成可以进行准确分析和过恰当的抽象、加工、逻辑推理，变成可以进行准确分析和处理的东西，从而能得到所需要给出的结论；处理的东西，从而能得到所需要给出的结论；模型化之所以有用，还因为它能利用模型来模拟和实验模型化之所以有用，还因为它能利用模型来模拟和实验以及优化在现实世界中无法实践的事情，从而节省大量的人以及优化在现实世界中无法实践的事情，从而节省大量的人力、物力和时间，而又无风险之虑。力、物力和时间，而又无风险之虑。五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真系统模型化有两重含义：系统模型化有两重含义：系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论 （1）系系系系统统统统开开开开发发发发的的的的需需需需要要要要：在在开开发发一一个个新新系系统统时时，由由于于实实际际系系统统尚尚未未建建立立，只只能能通通过过构构造造系系统统模模型型来来对对系系统统的的性性能能进进行行预测，以实现对系统的分析、优化和评价。预测，以实现对系统的分析、优化和评价。（2）经经经经济济济济上上上上的的的的考考考考虑虑虑虑：对对大大型型复复杂杂系系统统直直接接进进行行实实验验其其成成本是十分昂贵的，采用系统模型就便宜多了。本是十分昂贵的，采用系统模型就便宜多了。（3）安安安安全全全全上上上上的的的的考考考考虑虑虑虑：对对有有些些系系统统直直接接进进行行实实验验非非常常危危险险，有时根本不允许。有时根本不允许。（4）时时时时间间间间上上上上的的的的考考考考虑虑虑虑：对对于于社社会会、经经济济、生生态态等等系系统统，它它们们的的惯惯性性大大，反反应应周周期期长长，使使用用系系统统模模型型进进行行分分析析、评评价价，很快就能得到结果。很快就能得到结果。（5）系统模型容易操作，分析结果易于理解系统模型容易操作，分析结果易于理解系统模型容易操作，分析结果易于理解系统模型容易操作，分析结果易于理解。五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真使用系统模型还出自于下面的考虑：使用系统模型还出自于下面的考虑：系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论 系统模型按不同观点、不同角度、不同形式有各种分类系统模型按不同观点、不同角度、不同形式有各种分类方法。方法。基本的分类法基本的分类法把模型分为把模型分为实物模型实物模型实物模型实物模型和和抽象模型抽象模型抽象模型抽象模型。（1 1）实物模型实物模型实物模型实物模型 实物模型实物模型又可分为又可分为原样模型原样模型原样模型原样模型和和相似模型相似模型相似模型相似模型1 1 1 1）原样模型）原样模型）原样模型）原样模型原样模型是一种工程实体，原样模型是一种工程实体，与客观真与客观真与客观真与客观真实系统相同实系统相同实系统相同实系统相同，例如在批量生产机床之前，先要造出，例如在批量生产机床之前，先要造出样机样机样机样机。2 2 2 2）相似模型）相似模型）相似模型）相似模型 相似模型是根据相似规律建立起来的相似模型是根据相似规律建立起来的供研究用的模型，它是供研究用的模型，它是现实系统的放大或缩小现实系统的放大或缩小现实系统的放大或缩小现实系统的放大或缩小，看起来与客，看起来与客观真实系统基本相似。如观真实系统基本相似。如地球仪地球仪地球仪地球仪，地球仪可用来说明大陆、，地球仪可用来说明大陆、海洋的地理位置以及各国的地理关系等。海洋的地理位置以及各国的地理关系等。五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真5.1.3系统模型的分类系统模型的分类系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论 实实物物模模型型在在常常规规工工程程技技术术中中被被广广泛泛采采用用，但但在在在在系系系系统统统统工工工工程程程程中一般多用中一般多用中一般多用中一般多用抽象模型抽象模型抽象模型抽象模型。（2 2）抽象模型抽象模型抽象模型抽象模型 抽象模型可以分为抽象模型可以分为图式模型图式模型图式模型图式模型、模拟模型模拟模型模拟模型模拟模型和和数学模型数学模型数学模型数学模型1 1）图图图图式式式式模模模模型型型型是是指指用用符符号号、曲曲线线、图图表表、图图形形等等抽抽象象表表现现系系统统单单元元之之间间相相互互关关系系的的模模型型。特特点点：图图式式模模型型直直观观、明明了了，一一眼眼便便可可洞洞察察全全局局，虽虽然然不不能能完完全全用用它它进进行行定定量量分分析析，但为建立系统的数学模型打下了基础。但为建立系统的数学模型打下了基础。2 2）模模模模拟拟拟拟模模模模型型型型分分为为两两类类：一一类类为为实实体体模模拟拟模模型型，另另一一类类为为计计算算机机模模拟拟模模型型。实实体体模模拟拟模模型型也也称称为为物物理理模模拟拟模模型型，它它是是指指用用一一种种原原理理上上相相似似，而而求求解解或或控控制制容容易易的的系系统统，代代替替或或描描述述真真实实系系统统。计计算算机机模模拟拟模模型型是是指指用用计计算算机机操操作作而而根根据据特特定定的程序语言描述真实系统的模型（数学模拟）。的程序语言描述真实系统的模型（数学模拟）。五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论 3 3）数学模型数学模型数学模型数学模型是指用数学方法如数学表达式、图像、图是指用数学方法如数学表达式、图像、图表等表等描述描述系统结构和过程系统结构和过程系统结构和过程系统结构和过程的模型的模型，它由，它由常数常数常数常数、参数参数参数参数、变量变量变量变量和和函函函函数关系数关系数关系数关系组成，具有组成，具有以下特点以下特点：它是定量分析的基础它是定量分析的基础；它是系统预测和决策的工具它是系统预测和决策的工具；它可变性好，适应性强，分析问题速度快，省时省力，它可变性好，适应性强，分析问题速度快，省时省力，而且便于使用计算机而且便于使用计算机。因此，数学模型解决了因此，数学模型解决了对系统进行定量描述对系统进行定量描述的问题，而且的问题，而且为计算机模拟提供了条件，所以它是为计算机模拟提供了条件，所以它是系统分析中最重要的一种系统分析中最重要的一种系统分析中最重要的一种系统分析中最重要的一种模型模型模型模型。人们通常所说的。人们通常所说的系统建模系统建模系统建模系统建模，大多数情况下都是指建立系，大多数情况下都是指建立系统的统的数学模型数学模型数学模型数学模型。五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论 在系统工程中，在系统工程中，最常用的数学模型是运筹学模型最常用的数学模型是运筹学模型，以变，以变量的性质来分主要有两大类：量的性质来分主要有两大类：一类是确定性模型一类是确定性模型：即：即系统的输出、输入信号和系统参系统的输出、输入信号和系统参系统的输出、输入信号和系统参系统的输出、输入信号和系统参数的性质数的性质数的性质数的性质是是确定的确定的确定的确定的，如线性规划模型、非线性规划模型、整，如线性规划模型、非线性规划模型、整数规划模型、目标规划模型、动态规划模型、网络模型、确数规划模型、目标规划模型、动态规划模型、网络模型、确定性存贮模型等；定性存贮模型等；一类是随机性模型一类是随机性模型：即：即系统的输出、输入或系统的性质系统的输出、输入或系统的性质系统的输出、输入或系统的性质系统的输出、输入或系统的性质参数参数参数参数是是不确定或不完全确知不确定或不完全确知不确定或不完全确知不确定或不完全确知时建立的模型，如决策模型、对时建立的模型，如决策模型、对策模型、随机性存贮模型、排队模型随机模拟模型、预测模策模型、随机性存贮模型、排队模型随机模拟模型、预测模型等。型等。五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论 运筹学模型还可分为运筹学模型还可分为静态模型静态模型静态模型静态模型和和动态模型动态模型动态模型动态模型、连续性模型连续性模型连续性模型连续性模型和和离散性模型离散性模型离散性模型离散性模型：静态模型静态模型静态模型静态模型指系统的输出输入关系由同一时刻决定，指系统的输出输入关系由同一时刻决定，可以可以忽略时间变化的模型忽略时间变化的模型忽略时间变化的模型忽略时间变化的模型，数学中的代数方程和逻辑方程式，数学中的代数方程和逻辑方程式就属于此种模型；就属于此种模型；动态模型动态模型动态模型动态模型是指系统的输出输入关系是是指系统的输出输入关系是时间的函数时间的函数时间的函数时间的函数，模型中包含有时间或代表时间的步长作为独立变量，如含有模型中包含有时间或代表时间的步长作为独立变量，如含有时间变量的偏微分方程、积分方程等；时间变量的偏微分方程、积分方程等；连续性模型连续性模型连续性模型连续性模型是是在时间上连续变化或动作在时间上连续变化或动作在时间上连续变化或动作在时间上连续变化或动作的模型，微的模型，微分方程描述的就是这一种；分方程描述的就是这一种；离散性模型离散性模型离散性模型离散性模型是是在一定的时间间隔上动作在一定的时间间隔上动作在一定的时间间隔上动作在一定的时间间隔上动作的模型，常的模型，常用差分方程来表示。用差分方程来表示。五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真模模模模 型型型型 概概 念念 模模 型型 数数 学学 模模 型型 物物 理理 模模 型型 功功 能能 模模 型型 结结 构构 模模 型型 计计 划划 模模 型型 评评 价价 模模 型型 预预 测测 模模 型型 静静态态和和动动态态模模型型连连续续和和离离散散模模型型微微观观和和宏宏观观模模型型线线性性非非线线性性模模型型确确定定非非确确定定模模型型按表达形式按表达形式按表达形式按表达形式按模型目的按模型目的按模型目的按模型目的按系统特性按系统特性按系统特性按系统特性系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论 系统模型在系统工程中占有重要的地位，它的作用主要系统模型在系统工程中占有重要的地位，它的作用主要表现在以下几个方面：表现在以下几个方面：（1 1）直观和定量）直观和定量 用系统模型不但能对现实系统的结构、环境和变化过程用系统模型不但能对现实系统的结构、环境和变化过程进行定性地推理和判断，而且可以通过图形及实物等直观的进行定性地推理和判断，而且可以通过图形及实物等直观的形式比较形象地反映出现实系统的结构、环境和变化过程的形式比较形象地反映出现实系统的结构、环境和变化过程的规律，尤其重要的是还可以用数学模型对现实系统进行定量规律，尤其重要的是还可以用数学模型对现实系统进行定量分析并得出问题的数学解。分析并得出问题的数学解。（2 2）应用范围广、成本低）应用范围广、成本低 由于用系统模型不必直接对现实系统本身进行实验研究，由于用系统模型不必直接对现实系统本身进行实验研究，这样就可以减少大量的研究经费，更便于在实践中推广应用。这样就可以减少大量的研究经费，更便于在实践中推广应用。五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真5.1.4系统模型的作用系统模型的作用系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论 （3 3）便于抓住问题的本质特征）便于抓住问题的本质特征 在现实系统中的有些因素要经过很长的时间才能看出其在现实系统中的有些因素要经过很长的时间才能看出其变化情况，但用模型时，可以很快看出其变化规律。而且通变化情况，但用模型时，可以很快看出其变化规律。而且通过对模型进行灵敏度分析，可以看出哪些因素对系统的影响过对模型进行灵敏度分析，可以看出哪些因素对系统的影响更大，从而最迅速地抓住问题的本质特征。更大，从而最迅速地抓住问题的本质特征。（4 4）便于优化）便于优化 运用系统模型有利于系统优化，能用统一的判断标准比运用系统模型有利于系统优化，能用统一的判断标准比较方案的优劣，从而选出最优方案。较方案的优劣，从而选出最优方案。（5 5）能够模拟实验）能够模拟实验 模拟就是用模型做实验，因此模拟的先决条件是建立模模拟就是用模型做实验，因此模拟的先决条件是建立模型。特别是用计算机进行数学模拟，首先要建立数学模型。型。特别是用计算机进行数学模拟，首先要建立数学模型。五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论 系统模型也有它的局限性系统模型也有它的局限性，例如，系统模型本身并不能，例如，系统模型本身并不能产生理论概念和实际数据，模型也不是现实系统本身，因此产生理论概念和实际数据，模型也不是现实系统本身，因此仅靠模型并不能检验出系统分析的结论是否与实际相符，仅靠模型并不能检验出系统分析的结论是否与实际相符，最最最最后还要用实践来检验后还要用实践来检验后还要用实践来检验后还要用实践来检验。五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真系统工程导论系统工程导论5.1 系统模型系统模型5.2 系统建模系统建模5.3 研究中常用的主要模型研究中常用的主要模型5.4 系统仿真概述系统仿真概述5.5 连续系统与离散系统仿真连续系统与离散系统仿真第五章第五章 系统模型与仿真系统模型与仿真系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论（1 1）对系统模型的要求对系统模型的要求：现实性、简明性、标准化现实性、简明性、标准化现实性、简明性、标准化现实性、简明性、标准化 1 1 1 1）现现现现实实实实性性性性 即即在在一一定定程程度度上上能能够够较较好好地地反反映映系系统统的的客客观观实实际际，应应把把系系统统本本质质的的特特征征和和关关系系反反映映进进去去，而而把把非非本本质质的的东西去掉，但又不影响反映本质的真实程度。东西去掉，但又不影响反映本质的真实程度。2 2 2 2）简简简简明明明明性性性性 在在满满足足现现实实性性要要求求的的基基础础上上，应应尽尽量量使使系系统模型简单明了，以节约建模费用和时间。统模型简单明了，以节约建模费用和时间。3 3 3 3）标标标标准准准准化化化化 在在建建立立某某些些系系统统的的模模型型时时，如如果果已已有有某某种种标标准准化化模模型型可可供供借借鉴鉴，则则应应尽尽量量采采用用标标准准化化模模型型，或或对对标标准准化化模型加以某些修改，使之适合对象系统。模型加以某些修改，使之适合对象系统。五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真5.2.1对系统模型的要求和建模的原则对系统模型的要求和建模的原则系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论（2 2）系统建模原则系统建模原则 1 1 1 1）现现现现实实实实性性性性原原原原则则则则：构构造造的的模模型型能能够够确确切切地地反反映映客客观观现现实实系系统统，也也就就是是说说，模模型型必必须须包包括括现现实实系系统统中中的的本本本本质质质质因因因因素素素素和和各各部部分分之之间间的的普遍联系普遍联系普遍联系普遍联系。2 2 2 2）简简简简化化化化性性性性原原原原则则则则：在在满满足足现现实实性性要要求求的的基基础础上上，在在保保证证必必要要的的精精度度的的前前提提下下，去去去去掉掉掉掉不不不不影影影影响响响响真真真真实实实实性性性性的的的的非非非非本本本本质质质质因因因因素素素素，从从而而使使模模型简化，便于求解，减少处理模型的工作量。型简化，便于求解，减少处理模型的工作量。3 3 3 3）适适适适应应应应性性性性原原原原则则则则：系系统统应应该该适适应应其其外外界界环环境境的的变变化化，这这就就要要求求随随着着构构造造模模型型时时的的具具体体条条件件的的变变化化，模模型型对对对对环环环环境境境境要要要要有有有有一一一一定定定定的的的的适应能力适应能力适应能力适应能力。4 4 4 4）借借借借鉴鉴鉴鉴性性性性原原原原则则则则：尽尽量量采采用用标标标标准准准准化化化化的的的的模模模模型型型型和和借借鉴鉴已已已已有有有有成成成成功功功功经经经经验验验验的的的的模模模模型型型型。这这样样做做，既既可可以以节节省省时时间间，提提高高效效率率，又又可可以以使使系系统模型的可靠性增加。统模型的可靠性增加。五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论（1 1）系统建模方法）系统建模方法 1)1)推理法推理法推理法推理法 “白箱白箱”系统系统 常用的三种数学模型为：常用的三种数学模型为：v 微分方程微分方程：建立的主要方法是机理分析法（演绎法）：建立的主要方法是机理分析法（演绎法）v 传递函数传递函数：建立系统传递函数的主要方法是拉氏变换法：建立系统传递函数的主要方法是拉氏变换法v 状态空间模型状态空间模型：系统的状态空间模型可以在演绎法的基：系统的状态空间模型可以在演绎法的基础上，通过适当选取系统的状态变量来建立础上，通过适当选取系统的状态变量来建立五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真5.2.2系统建模方法与步骤系统建模方法与步骤系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论 2)2)实验法实验法实验法实验法“黑箱黑箱”或或“灰箱灰箱”系统，允许做实验的系统；系统，允许做实验的系统；3)3)统计分析法统计分析法统计分析法统计分析法对于那些属于对于那些属于“黑箱黑箱”，但又不允许直接，但又不允许直接进行实验观察的系统；进行实验观察的系统；4)4)混合法混合法混合法混合法大部分系统模型的建造往往是上述几种方法综大部分系统模型的建造往往是上述几种方法综合运用的结果；合运用的结果；v对对信息已知信息已知的部分采用的部分采用演绎法演绎法；v对对信息未知信息未知的部分采用的部分采用归纳法归纳法，或者根据已知的物理和，或者根据已知的物理和结构特性建立某种程度的数学模型；结构特性建立某种程度的数学模型；v利用经过统计处理的输入输出数据来修正模型；利用经过统计处理的输入输出数据来修正模型；5)5)类似法类似法类似法类似法建造原系统的类似模型，如电路系统。建造原系统的类似模型，如电路系统。五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真系统工程导论系统工程导论系统工程导论系统工程导论1）明确建模的目的和要求明确建模的目的和要求明确建模的目的和要求明确建模的目的和要求：以便使模型满足实际需要，不：以便使模型满足实际需要，不致产生太大的偏差；致产生太大的偏差；2）对系统进行一般语言描述对系统进行一般语言描述对系统进行一般语言描述对系统进行一般语言描述：因为系统的语言描述是进一：因为系统的语言描述是进一步确定模型结构的基础；步确定模型结构的基础；3）弄清系统中的主要因素及其相互关系弄清系统中的主要因素及其相互关系弄清系统中的主要因素及其相互关系弄清系统中的主要因素及其相互关系：以便使模型准确：以便使模型准确表示现实系统；表示现实系统；4）确定模型的结构确定模型的结构确定模型的结构确定模型的结构：这一步决定了模型定量方面的内容；：这一步决定了模型定量方面的内容；5）估计模型中的参数估计模型中的参数估计模型中的参数估计模型中的参数：用数量来表示系统中的因果关系；：用数量来表示系统中的因果关系；6）实验研究实验研究实验研究实验研究：对模型进行实验研究；：对模型进行实验研究；7）必要修改必要修改必要修改必要修改：根据实验结果，对模型做必要的修改。：根据实验结果，对模型做必要的修改。五、系统模型与仿真五、系统模型与仿真（2 2）建模的步骤）建模的步骤