機械系統(tǒng)建模與仿真

1、機械系統(tǒng)建模與仿真第1頁，共13頁，2022年，5月20日，3點12分，星期四123建模與仿真建模與仿真的十種方法總結(jié)第2頁，共13頁，2022年，5月20日，3點12分，星期四第1頁1 建模與仿真建模 建立概念關(guān)系、數(shù)學(xué)或計算機模型的過程,又稱模型化，就是為了理解事物而對事物做出的一種抽象，是對事物的一種描述系統(tǒng)的因果關(guān)系或相互關(guān)系的過程都屬于建模，所以實現(xiàn)這一過程的手段和方法也是多種多樣的。第3頁，共13頁，2022年，5月20日，3點12分，星期四第2頁仿真 利用模型復(fù)現(xiàn)實際系統(tǒng)中發(fā)生的本質(zhì)過程，并通過對系統(tǒng)模型的實驗來研究存在的或設(shè)計中的系統(tǒng)，又稱模擬。即模型隨時間變化的實現(xiàn)方法。這里

2、所指的模型包括物理的和數(shù)學(xué)的，靜態(tài)的和動態(tài)的，連續(xù)的和離散的各種模型。廣義而言, 仿真是采用建模和物理的方法對客觀事物進行抽象、映射、描述和復(fù)現(xiàn)。第4頁，共13頁，2022年，5月20日，3點12分，星期四第3頁2 建模與仿真的方法2.1時間序列預(yù)測法 時間序列預(yù)測法就是通過編制和分析時間序列，根據(jù)時間序列所反映出來的發(fā)展過程、方向和趨勢，進行類推或延伸，借以預(yù)測下一段時間或以后若干年內(nèi)可能達到的水平。其內(nèi)容包括：收集與整理某種社會現(xiàn)象的歷史資料；對這些資料進行檢查鑒別，排成數(shù)列；分析時間數(shù)列，從中尋找該社會現(xiàn)象隨時間變化而變化的規(guī)律，得出一定的模式；以此模式去預(yù)測該社會現(xiàn)象將來的情況。第5頁

3、，共13頁，2022年，5月20日，3點12分，星期四第4頁2.2定性仿真方法 基于建立模型框架，對于參數(shù)采取定性處理（從一定性的約束集和一個初始狀態(tài)出發(fā)預(yù)測系統(tǒng)未來行為）的方法.2.3歸納推理方法 基于黑箱概念，假設(shè)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一無所知，只從系統(tǒng)的行為一級進行建模與仿真，根據(jù)系統(tǒng)觀測數(shù)據(jù)，生成系統(tǒng)定性行為模型，用于預(yù)測系統(tǒng)行為.第6頁，共13頁，2022年，5月20日，3點12分，星期四第5頁2.4系統(tǒng)動力學(xué)方法 基于信息反饋及系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念，認為物理系統(tǒng)中的動力學(xué)性質(zhì)及反饋控制過程在復(fù)雜系統(tǒng)中同樣存在。系統(tǒng)動力學(xué)仿真的主要目的是研究系統(tǒng)的變化趨勢，而不注重數(shù)據(jù)的精確性。2.5頻域建模方法

4、頻域建模方法就是從s域的傳遞函數(shù)G(s)，根據(jù)相似原理得到與它匹配的z域傳遞函數(shù)G(z)，從而導(dǎo)出其差分模型。第7頁，共13頁，2022年，5月20日，3點12分，星期四第6頁2.6圖解建模 圖解建模法是一種采用點和線組成的、用以描述系統(tǒng)的圖形或稱圖的建模方法。圖模型屬于結(jié)構(gòu)模型，可以用于描述自然界和人類社會中的大量事物和事物之間的關(guān)系。在建模中采用圖論作為工具。按圖的性質(zhì)進行分析，為研究各種系統(tǒng)特別是復(fù)雜系統(tǒng)提供了一種有效的方法。第8頁，共13頁，2022年，5月20日，3點12分，星期四第7頁2.7灰色理論法 它是一門研究信息部分清楚、部分不清楚并帶有不確定性現(xiàn)象的應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)科?；疑到y(tǒng)理

5、論以“部分信息已知，部分信息未知”的“小樣本”、“貧信息”不確定性系統(tǒng)為研究對象，主要通過對“部分”已知信息的生成、開發(fā)，提取有價值的信息，實現(xiàn)對系統(tǒng)運行行為、演化規(guī)律的正確描述和有效監(jiān)控。其主要內(nèi)容包括以灰色代數(shù)系統(tǒng)、灰色方程、灰色矩陣等為基礎(chǔ)的理論體系，以灰色關(guān)聯(lián)空間為依托的分析體系，以灰色序列生成為基礎(chǔ)的方法體系，以灰色模型（G，M）為核心的模型體系，以系統(tǒng)分析、評估、建模、預(yù)測、決策、控制、優(yōu)化為主體的技術(shù)體系。第9頁，共13頁，2022年，5月20日，3點12分，星期四第8頁2.8層次分析法 所謂層次分析法，是指將一個復(fù)雜的多目標(biāo)決策問題作為一個系統(tǒng)，將目標(biāo)分解為多個目標(biāo)或準(zhǔn)則，進而

6、分解為多指標(biāo)（或準(zhǔn)則、約束）的若干層次，通過定性指標(biāo)模糊量化方法算出層次單排序（權(quán)數(shù)）和總排序，以作為目標(biāo)（多指標(biāo)）、多方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法。2.9回歸統(tǒng)計法 利用數(shù)理統(tǒng)計原理，對大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)處理，并確定因變量與某些自變量之間的相關(guān)關(guān)系，建立一個相關(guān)性較好的回歸方程。第10頁，共13頁，2022年，5月20日，3點12分，星期四第9頁2.10蒙特卡羅仿真方法 當(dāng)系統(tǒng)中各個單元的可靠性特征量已知，但系統(tǒng)的可靠性過于復(fù)雜，難以建立可靠性預(yù)計的精確數(shù)學(xué)模型，或者模型太復(fù)雜而不便應(yīng)用則可用隨機模擬法近似計算出出系統(tǒng)可靠性的預(yù)計值。第11頁，共13頁，2022年，5月20日，3點12分，星期四第10頁3 總結(jié) 隨著建模與仿真技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用目的趨于多樣化、全面化。現(xiàn)在建模仿真系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用在航空、航天、各種武器系統(tǒng)的研制部門、電力、交通運輸、通信、化工、核能各個領(lǐng)域、系統(tǒng)概念研究、系統(tǒng)的可行性研究、系統(tǒng)的分析與設(shè)計、系統(tǒng)開發(fā)