文档介绍：系统模型与仿真
实际的系统描述极为困难:
社会、经济、军事大系统,其行为和政策效果往往无法用直接试验的办法得到。
有些工程技术问题,虽然可以通过试验掌握系统的部分结构功能和特性,但是往往代价太大,
解决方法:
采用系统模型和仿真的方法来研究分析比较复杂的现实系统。
系统模型与仿真
系统模型与仿真
系统模型与仿真
连续系统仿真与离散系统仿真
(1)定义
系统模型是采用某种特定的形式(如文字、符号、图表、实物、数学公式等)
对一个系统某一方面本质属性进行描述
揭示系统的功能和作用,提供有关系统的知识。
系统模型一般是现实系统的描述、模仿或抽象,用以简化地描述现实系统的本质属性,是一切客观事物及其运动形态的特征和变化规律的一种定量抽象,是在研究范围内更普遍、更集中、更深刻地描述实体特征的工具。
同一个系统根据不同的研究目的,可以建立不同的系统模型。
同一种模型也可以代表多个系统。
系统模型由以下几部分组成:
1)系统——即模型描述的对象;
2)目标——即系统所要达到的目标;
3)组分——构成系统的各组成部分;
4)约束条件——是指系统所处的客观环境及限制条件;
5)变量——表述系统组分的变量,包括内部变量和外部变量、状态变量(空间、时间)等;
6)关联——表述系统不同变量之间的数量关系。
(2)特征
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具有同类问题的共性。一个通用的系统模型应具有如下的三个特征:
1)是实际系统的合理抽象和有效的模仿;
2)由反映系统本质或特征的主要因素构成;
3)表明了有关因素之间的逻辑关系或定量关系。
在构造模型时,要兼顾到它的现实性和易处理性。
1)考虑到现实性,模型必须包括现实系统中的主要因素。
2)考虑到易处理性,模型要采取一些理想化的办法,即去掉一些外在的影响并对一些过程作合理的简化。
人类认识和改造客观世界的研究方法一般说来有三种,即实验法、抽象法、模型法。
实验法是通过对客观事物本身直接进行科学实验来进行研究的,因此局限性比较大。
抽象法是把现实系统抽象为一般的理论概念,然后进行推理和判断,因此这种方法缺乏实体感,过于概念化。
模型法是在对现实系统进行抽象的基础上,把它们再现为某种实物的、图画的或数学的模型,然后通过模型来对系统进行分析、对比和研究,最终导出结论。
模型法既避免了实验法的局限性,又避免了抽象法的过于概念化,所以成为现代工程中一种最常用的研究方法。
系统模型化有两重含义:
1)要把需要解决的问题,通过上述分析明确其外部影响因素和内部的条件变量。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关系和动态情况。
2)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,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
在系统工程中广泛地使用系统模型还出自于下面的考虑:
(1)系统开发的需要。在开发一个新系统时,由于实际系统尚未建立,只能通过构造系统模型来对系统的性能进行预测,以实现对系统的分析、优化和评价。
(2)经济上的考虑。对大型复杂系统直接进行实验其成本是十分昂贵的,采用系统模型就便宜多了。
(3)安全上的考虑。对有些系统直接进行实验非常危险,有时根本不允许。
(4)时间上的考虑。对于社会、经济、生态等系统,它们的惯性大,反应周期长,使用系统模型进行分析、评价,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。