系統(tǒng)仿真導論復習資料

1、1、系統(tǒng)定義：按照某些規(guī)律結(jié)合起來，互相作用、 互相依存的所有實體的集合或總體.模型就是為了某種目的，用字母、數(shù)學及其它 數(shù)學符號建立起來的等式或不等式以及圖表、圖 象、框圖等描述客觀事物的特征及其內(nèi)在聯(lián)系的數(shù) 學結(jié)構(gòu)表達式。 仿真就是通過建立實際系統(tǒng) 模型并利用所建模型對實際系統(tǒng)進行實驗研究的 過程。 關(guān)系：系統(tǒng)是研究的對象，模型是系 統(tǒng)的抽象，仿真是通過對模型的實驗以達到研究系 統(tǒng)的目的。2、相似理論原理：(1)同序結(jié)構(gòu)原理：任何系統(tǒng) 都有一定的序結(jié)構(gòu)，序結(jié)構(gòu)的規(guī)律形成系統(tǒng)的有序 結(jié)構(gòu)。(2)信息原理：系統(tǒng)序結(jié)構(gòu)的形成和演化與 系統(tǒng)的信息作用有關(guān)。(3)支配原理：受相同自然 規(guī)律支配的系統(tǒng)

2、間存在一定的相似性。3、相似原理用于仿真時，對仿真建模方法的三個 基本要求：穩(wěn)定性，準確性，快速性。4、系統(tǒng)仿真有哪些類型：(1)、根據(jù)模型的物理 屬性分類：物理仿真、數(shù)學仿真、半實物仿真。(2)、 根據(jù)仿真計算機類型分類：模擬計算機仿真、數(shù)字 計算機仿真、數(shù)字模擬混合仿真。(3)、根據(jù)仿真 時鐘與實際時鐘的比例關(guān)系分類：實時仿真、亞實 時仿真、超實時仿真。(4)、根據(jù)系統(tǒng)模型的特 性分類：連續(xù)系統(tǒng)仿真、離散事件系統(tǒng)仿真。5、仿真技術(shù)的應用：航天航空、武器、電力、交 通運輸、通信、化工、核能等各個領(lǐng)域。在社會經(jīng) 濟系統(tǒng)、環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、生物醫(yī)學系統(tǒng) 教育訓練系統(tǒng)也得到廣泛應用。6、連續(xù)

3、系統(tǒng)的數(shù)學模型有哪幾種，各有什么特點？ 有三種：連續(xù)時間模型、離散時間模型及連續(xù)-離 散混合模型。連續(xù)時間模型的特點：一個系統(tǒng)的輸入量u(t),輸 出量y(t),系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)變量x(t)都是時間的連 續(xù)函數(shù)。離散時間模型的特點：一個系統(tǒng)的輸入量、 輸出量及其內(nèi)部狀態(tài)變量是時間的離散函數(shù)，即為 一時間序列：u(kT),y(kT),x(kT),其中 T 為 離散時間間隔。連續(xù)-離散混合模型：一個系統(tǒng)， 它的環(huán)節(jié)中有的環(huán)節(jié)的狀態(tài)變量是連續(xù)變量，有的 環(huán)節(jié)的狀態(tài)變量是離散變量。例如用數(shù)字計算機控 制連續(xù)對象所組成的計算機控制系統(tǒng)就屬于這種 系統(tǒng)。對于這類系統(tǒng)，它的連續(xù)部分可以用連續(xù)系 統(tǒng)模型描述，離

4、散部分可以用離散系統(tǒng)模型描述。 在離散環(huán)節(jié)和連續(xù)環(huán)節(jié)之間有一個保持器，將離散 信號恢復成連續(xù)信號。在連續(xù)環(huán)節(jié)和離散環(huán)節(jié)之間 有個一采樣器，將連續(xù)信號采樣成離散信號。7、典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)積分環(huán)節(jié)KS慣性環(huán)節(jié)TSK1TS+1一階領(lǐng)先(或ktsh遲后)環(huán)節(jié)2K KS+K比例積分環(huán)節(jié)弋K二階振蕩環(huán)節(jié)T +238、MATLAB系統(tǒng)由MATLAB開發(fā)環(huán)境，MATLAB數(shù)學 函數(shù)庫，MATLAB語言，MATLAB圖形處理系統(tǒng)，MATLAB 應用程序接口9、連續(xù)系統(tǒng)的離散相似法仿真的原理是什么？所謂“離散相似法”就是將一個連續(xù)系統(tǒng)進行離散 化處理，然后求得與它等價的離散模型。由于連續(xù) 系統(tǒng)的模型可以用傳遞函

5、數(shù)來表示，也可以用狀態(tài) 空間模型來表示，因此，與連續(xù)系統(tǒng)等價的離散模 型可以通過兩個途徑獲得，其一是對傳遞函數(shù)做離 散化處理得到離散傳遞函數(shù)，稱為頻域離散相似模 型；其二是基于狀態(tài)方程離散化，得到時域離散相 似模型。10、根匹配法，設(shè)連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(S)= K(S qi)(S q2).(S 一 qm)(S-p1)(s-p2).(s-pn)由z域與s域的對應關(guān) 系z=eST，在Z平面上對應地確定出零、極點的位置，然后根據(jù)其它特點(比如，終值點)來確定 Kz。得到對應的離散傳遞函數(shù)G(z) = Kz(z - qzi)(z - qz2).(z - qzm)(z - Pzi)(z - Pz2)

6、.(z - PzJ只要原系統(tǒng)是穩(wěn)定 的，則不論T取多大，都能保證仿真模型也是穩(wěn)定 的。11、根匹配法步驟可以歸納為 由 G(s)計算出 K, q1,q2,qm。p1,p2,pn。把S平面上的零極點映射到Z平面上，即：pz= epT，qz= eqT初步構(gòu)造一個具有(3)上述 零極點的G(z)。(4)在典型輸入下，根據(jù)終值定 理求連續(xù)系統(tǒng)的終值及離散系統(tǒng)G(z)的終值。(5) 根據(jù)終值相等的原則確定Kz。12、在替換法仿真中G(s)與G(z)相匹配的含義：這里所說的匹配，包括動態(tài)性能的匹配和穩(wěn)態(tài)性能 的匹配。動態(tài)性能G(s)的零點、極點要與相應G(z) 的零、極點匹配。穩(wěn)態(tài)性能 對于同一個輸入函數(shù)

7、， G(s)與G(z)的終值(穩(wěn)態(tài))相同。13、在離散事件系統(tǒng)仿真中，實體、事件、活動、 進程、仿真鐘、統(tǒng)計計數(shù)器的作用各是什么？ 答：實體分為臨時實體及永久實體。臨時實體：在 系統(tǒng)中只存在一段時間的實體。這類實體由系統(tǒng)外 部到達系統(tǒng)，通過系統(tǒng)最終離開系統(tǒng)。永久實體： 永久駐留在系統(tǒng)中的實體。只要系統(tǒng)處于活動狀 態(tài)，這些實體就存在，或者說，永久實體是系統(tǒng)處 于活動的必要條件。事件：引起系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的行為，從某種意義 上說，這類系統(tǒng)是由事件來驅(qū)動。活動：用于表示兩個可以區(qū)分的事件之間的過程， 它標志著系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。進程：進程由若干個事件及若干個活動組成，它描 述了它所包括的事件及活動間的相

8、互邏輯關(guān)系及 時序關(guān)系。仿真鐘：離散事件動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)本來就只在離散 時間點上發(fā)生變化，因而不需進行離散化處理。由 于引起狀態(tài)變化的事件發(fā)生時間的隨機性，仿真鐘 的推進步長完全式隨機的。兩個相鄰發(fā)生的事件之 間系統(tǒng)不會發(fā)生任何變化，因而仿真鐘可以跨過這 些”不活動“周期，仿真鐘的推進呈現(xiàn)跳躍性，推 進速度具有隨機性。統(tǒng)計計數(shù)器：離散事件的狀態(tài)變量隨事件的不斷發(fā) 生呈現(xiàn)出動態(tài)變化，這種變化是隨機的，所以某一 次運行是隨機過程的一次取樣，只有在統(tǒng)計意義下 才有參考價值.14、隨機變量模型中的參數(shù)有三種類型分別為：位置參數(shù)（Y），比例參數(shù)（8），形狀參數(shù)（記為a）15、一個典型的采樣控制系統(tǒng)由以下幾

9、部分組成： 連續(xù)的被控對象或被控過程，離散的數(shù)字控制器， 采樣開關(guān)或模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器或信號重構(gòu) 器。15、三種比較常用的仿真策略：事件調(diào)度法，活動 掃描法和進程交互法。16、事件調(diào)度法基本思想：用事件的觀點來分析真 實系統(tǒng)，通過定義事件及每個事件發(fā)生引起系統(tǒng)狀 態(tài)的變化，按時間順序確定并執(zhí)行每個事件發(fā)生時 有關(guān)的邏輯關(guān)系。17、活動掃描法的基本思想是用活動的觀點建模。 系統(tǒng)由成分組成，而成分包含著活動，這些活動的 發(fā)生必須滿足某些條件；每一個主動成分均有一個 相應的活動子例程；仿真過程中，活動的發(fā)生時間 也做為條件之一，而且是較之其它條件具有更高的 優(yōu)先權(quán)。18、進程交互法采用進程描述系

10、統(tǒng)，它將模型中的 主動成分所發(fā)生的事件及活動按時間順序進行組 合，從而形成進程表，一個成分一旦進入進程，只 要條件滿足，它將完成該進程的全部活動。19、終止型仿真：這種仿真的運行長度是事先確定 的。由于仿真運行時間長度有限，系統(tǒng)的性能與運 行長度有關(guān)，系統(tǒng)的初始狀態(tài)對系統(tǒng)性能的影響是 不能忽略的。20、穩(wěn)態(tài)型仿真：這類仿真研究僅運行一次，但運 行長度卻是足夠長，仿真的目的是估計系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài) 性能。顯然，由于仿真長度沒有限制，系統(tǒng)的初 始狀態(tài)對仿真結(jié)果的影響可以忽略。三、論述1、當前仿真科學與技術(shù)研究的熱點（1）、網(wǎng)絡化仿真技術(shù)：基于Web技術(shù)的可擴展 建模仿真框架（XMSF）和基于網(wǎng)格計算技術(shù)的

11、仿真 網(wǎng)格技術(shù)（2）、復雜系統(tǒng)/開放復雜巨系統(tǒng)的建模與 仿真：定性分析、基于Agent的仿真、基于系統(tǒng)動 力學的仿真。（3）、綜合自然環(huán)境的建模與仿真（4）、 基于普適計算技術(shù)的普適仿真技術(shù)（5）、基于高性 能計算機的仿真。2、為什么說一般龍格庫塔公式的機理不符合實時 一般方法難以滿足實時仿真的需要：所得模型的執(zhí) 行速度較慢；機理也不符合實時仿真的需要。假設(shè)對一般形式的系統(tǒng)進行仿真：茶=f （y ,U（ （）式為以RK-2為例進行分析，其公七+1 = yn + 2, * 1 + * 2)k 1 = f (、u , y )=f (tn+y u.+y yn + hk 1)假定在h/2的時間內(nèi)計算機

12、剛好計算一次右端函數(shù) f,則計算分為兩步：1在tk時刻利用當前的un、yn計算K1；2在tn+h/2時刻計算K2,此時un+1無法得到，但 實時仿真除了要滿足執(zhí)行速度的要求外，還要求實 時接收外部輸入，并實時得到輸出。此種情況下， 解決的方法有兩個：對un+1進行預報（增大仿真 誤差）或仿真延遲半個計算步距?？梢姡蠓N方法 的輸出也會延遲半個計算步距，為了克服這個缺 陷，人們提出了如下形式的實時二階RK法yn+1 = yn + hk 2k = f (t , u , y )1n n nT h ,、k = f (t, u , y + k )2n+1/2n+1/2n 2 13、用龍格庫塔公式進行仿真

13、，如何控制誤差一個高精度的仿真方法必須將步長控制作為手段。 實現(xiàn)步長控制涉及局部誤差估計和步長控制策略 兩方面的問題。龍格-庫塔法的誤差估計和步長控制策略的基本 思想是：每積分一步都設(shè)法估計出本步的積分誤差 en，然后判斷是否滿足允許誤差E，據(jù)此選擇相應 的步長控制策略。每一步的局部誤差通常取以下形式 en=En/（lynl+1）其中l(wèi)ynl是利用誤差估計式計算出的 本步的估計誤差。當lynl較大時，en是相對誤差， 當lynl較小時，en是絕對誤差。這樣作的目的是避 免當y的值很小時，en變得過大。步長控制策略有（1）加倍-減半法：設(shè)定一個 最小誤差限和最大誤差限，當估計的局部誤差大于 最大誤差限時，將步長減半，并重新計算這一步， 當估計的局部誤差介于最小誤差和最大誤差之間 時，步長不變，當估計的局部誤差小于最小誤差限 時，將步長加倍。（2）最優(yōu)步長法：為了使每個積 分步在保證精度的前提下取最大步長（最優(yōu)步長）,