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系统建模与仿真概述

基于方法的概念模型:面向知识级建模分析,提供 预先定义的方法去描述在特定应用领域中实现方法 的有关知识。
基于任务的概念模型:面向特别种类的任务,直接 刻画任务结构而非执行任务的方法。
数学模型
1)定义:对于现实世界的一个特定对象,为了一个 特定目的,根据对象特有的内在规律,做出一些 必要的简化假设,运用适当的数学工具,得到的 一个数学结构。
模型分解 第一种分解:模型=集合结构(静态结构 、动态结 构) 第二种分解:模型=集合结构(框架、结构、参数 )
3. 系统的分类 按照系统中起主要作用的状态随时间变化分类:
连续系统:状态随时间连续变化的系统。 离散事件系统:状态的变化在离散的时间点上发生,且
往往又是随机的系统。
按照系统物理结构和数学性质分类:
线性系统和非线性系统。 定常系统和时变系统。 集中参数系统和分布参数系统 单输入单输出系统和多输入多输出系统
概念模型
1)定义:为了某一目的,对真实世界及其活 动进行的概念抽象与描述,是运用语言、 符号和框图等形式,对从所研究的问题抽 象出的概念进行有机的组合。这些有机组 合的概念就形成了某种概念模型.
2) 概念模型的分类
(1)从概念模型描述的内容来分类
面向领域的概念模型:将真实世界划分成相应的领域 ,再对每个领域进行概念建模。
系统建模与仿真概述
第一章 系统建模与仿真概述
主要内容
• 系统与模型 • 系统建模 • 系统仿真 • 系统建模与仿真技术
1.1.1 系统
1. 系统的广义定义:
由相互联系、相互制约、相互依存的若干 组成部分(要素)结合起来在一起形成的 具有特定功能和运动规律的有机整体。
举例:
宇宙世界,原子分子,电炉温度调节系统, 商品销售系统,等等。
温度 给定值
比较器Biblioteka 温度偏差调节器控制电 炉的电

扰动 加热炉
温度
炉温值
温度计
经理部
市场部
采购部
仓储部
销售部
2 系统的特性: 1)系统是实体的集合
实体是指组成系统的具体对象 例如:电炉调节系统中的比较器、调节器、电炉、
温度计。 商品销售系统中的经理、部门、商品、货币、仓库
等。
实体具有一定的相对独立性,又相互联系构成一个 整体,即系统。
面向设计的概念模型:在领域概念的基础上,进一步 进行相应的概念设计。如数据库设计概念模型。
(2)从概念模型的用途来分类 资源概念模型:用作一种资源,支撑进一步的开发。 主用概念模型:在系统开发过程中,根据需求和资源
概念模型进一步开发出的模型。
(3)基于知识获取与描述方法来分类
基于表示的概念模型:直接反映与推理机制关联的 符号级表示。
• 按照子系统的数量分类
小系统、大系统、巨系统
1.1.2模型
1.模型的定义
模型是一个系统的物理的、数学的或其他方 式的逻辑表述,它以某种确定的形式(如 文字、符号、图表、实物、数学公式等) 提供关于系统的知识。
2. 模型的分类
物理模型:根据一定的规则(如相似原理 )对系统简化或比例缩放而得到的复制品 。
系统三要素:实体、属性与活动。
系统是在不断地运动、发展、变化的;系统不是孤立存在的;系统 边界的划分在很大程度上取决于系统研究的目的。
系统研究:系统分析、系统综合和系统预测。 系统描述:同态、同构
同态:系统与模型之间行为的相似(低级阶段) 同构:系统与模型之间结构的相似(高级阶段)
同态与同构建模
2)分类:
按照系统的特性来分:线性与非线性、静态与动 态、确定性与随机性、微观与宏观、定常(时不 变)与非定常(时变)、集中参数与分布参数
按照研究方法来分:连续模型与离散模型、时域 模型与频域模型、输入输出模型与状态空间模型
系统建模就是:认识系统,并把它表述出来 。1.2.1系统建模的信息源
建模目的
(3)综合法
1.2.3 模型的可信度
可信度水平
行为水平、状态结构水平、分解结构水平上的可信度
可信度分析应该考虑的问题
演绎/归纳/目的中的可信性
1.2.4 建模的一般原则
简单性 清晰性 相关性 准确性 可辨识性 集合性
1.2.5 建模的一般过程
建模者根据建模目的、已掌握的先验知识以及数据通 过目的协调、演绎分析以及归纳程序三种途径构造模 型,然后通过可信性分析,最后获得最终模型。
3. 系统的分类
按照系统内子系统的关联关系分类
简单系统:组成子系统数量较少,子系统之间的关系 比较简单,或尽管子系统数量较多,但它们之间的关 联关系比较简单。 例如:一台仪器
复杂系统:系统具有众多的状态变量,反馈结构复杂,输 入与输出呈现非线性特征(高阶次、多回路、非线性)
复杂巨系统:子系统数量极大,种类很多,关系复杂 例如:星系系统
同构系统:对外部激励具有同样反应的系统 同态系统:两个系统只有少数具有代表性的输入输出
相对应
3. 系统的分类
按照系统特性分类:
工程系统(物理系统):为了满足某种需要或实现某 个预定的功能,采用某种手段构造而成的系统,如机 械系统、电气系统等。
非工程系统(非物理系统):由自然和社会发展过程 中形成的,被人们在长期的生产劳动和社会实践中逐 步认识的系统,如社会系统、经济系统、管理系统、 交通系统等。
先验知识
建模过程 系统模型
实验数据
1.2.2 系统建模的途径
(1)分析法/演绎法/理论建模/机理建模
根据系统的工作原理,运用一些已知的定理、定律 和原理推导出描述系统的数学模型。
(2)测试法/归纳法/实验建模/系统辨识
通过测试系统在人为输入作用下的输出响应,或正 常进行时系统的输入输出记录,加以必要的数据处 理和数学计算,估计出系统的数学模型。
2 )组成系统的实体具有一定的属性
属性是指实体所具有的全部有效性,例如状态、参 数等。在电炉温度调节系统中,温度、温度偏差、 电压等都是属性。在商品销售系统中,部门的属性 有人员的数量、职能范围,商品的属性有生产日期 、进货价格、销售日期、售价等等。
系统处于活动之中
活动是指实体随时间的推移而发生属性变化。例如 :电炉温度调节系统中的主要活动是控制电压的变 化,而商品销售系统中的主要活动有库存商品数量 的变化、零售商品价格的增长等。
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