系统建模理论及应用01_2003.ppt

1、系统建模理论及应用,清华大学自动化系系统工程研究所 2003年秋季学期,主讲教师:宋靖雁 博士 副教授 清华大学自动化系系统工程研究所电话:62771878公地点:中央主楼402E-Mail: ,辅讲教师: 姚丹亚 博士 副教授 李志恒 讲师 自动化系系统工程研究所 办公地点:中央主楼807 E-Mail: ,参考书:1.过程辨识 方崇智,萧德云, 清华大学出版社,19882.Fuzzy Engineering Bart Kosko, Prentice-Hall, 19973.系统工程概论 夏绍纬,杨家本，清华大学出版社,19954.System Modeling a

2、nd Identification Rolf Johansson, Prentice-Hall ,19935.信号与系统,Alan V. Oppenheim, 西安交通大学出版社,课程的指导思想:,研究生课程 介绍有关系统建模的基本理论和方法； 介绍相关研究领域的最新研究成果； 介绍几个有代表意义的实用模型； 课程强调理论与应用相结合、模型与实际研究相结合； 强调培养分析问题和解决问题的能力； 利用所学知识进行指定课题的研究并完成相应报告。,课程的内容和时间安排:,1. 系统建模理论介绍 1周 2. 参数模型的建模方法与应用 4周 3. 非参数模型的建模方法与应用 5周 4. 智能车队的模糊控

3、制模型 1周 智能交通系统中建模方法及应用 1周 火电站系统模型及仿真应用1周 7. 模型的检验与可靠性分析 1周 8. 机动/讨论 2周,课程成绩评定,平时成绩: 10% 期中考试: 20% 期末报告: 10% 课程论文: 60%,第一章 系统建模理论介绍,系统的定义 具有一定功能,相互间具有有机联系,由许多要素或构成部分组成的整体。 系统建模的定义 系统建模就是建立一个新系统，用来模拟或仿真原有系统。 模型是对实际系统的简化表示，它提取和反映了所研究系统的基本性质。 模型的表现形式 直觉模型、实物模型、模拟模型、图表模型、数学模型。 数学模型的种类 参数模型、非参数模型、模糊及神经元模型、

4、区域规划模型、网络模型、黑箱模型、黑板模型、遗传算法模型等,第一章 系统建模理论介绍,模型的分类 综合模型与分解模型 时域模型与频域模型 确定性模型与随机模型 SISO模型与MIMO模型 连续模型与离散模型 参数模型与非参数模型 建立系统模型的基本方法 机理分析法 测试法,第一章 系统建模理论介绍,建模的步骤和方法,第一章 系统建模理论介绍:,系统建模的步骤 明确问题 建立价值体系和评价准则 系统分析 系统综合 系统方案的优化选择 决策 模型应用与实施,第一章 系统建模理论介绍,系统建模的几个基本原则 模型的目的性 模型的实在性 模型的可辨识性 模型的预报性 模型的学习性 模型的简单性（节省原

5、则）,第一章 系统建模理论介绍,系统建模的注意事项 直接分析问题 利用近似系统进行模拟 通过数据分析确定模型结构 局部试验确定本质因素,第一章 系统建模理论介绍,系统建模的注意事项(Cont.) 直接分析问题,原库存 X(t),新库存 X(t1),产量 U(t),销量 R(t),无损耗： X(t+1)=X(t)+U(t)-R(t) 有损耗： X(t+1)=X(t)+U(t)-R(t)-d(t),第一章 系统建模理论介绍,系统建模的注意事项(Cont.) 利用近似系统进行模拟,W1,W2,W3,W4,W5,P(x1,y1),P(x2,y2),P(x3,y3),P(x4,y4),P(x5,y5),

6、P(x,y),P(x,y):待定仓库位置,P(xi,yi):车间位置,Wi:车间P(xi,yi)的货物需求量,总费用：,问题：最小值不易求解,第一章 系统建模理论介绍,系统建模的注意事项(Cont.) 利用近似系统进行模拟,P1,W1,W1,W1,W1,W1,P1,P1,P1,P1,第一章 系统建模理论介绍,系统建模的注意事项(Cont.) 通过数据分析确定数据模型 有些系统的结构性质不很清楚，可以通过对描述系统功能的数据进行分析来搞清模型结构。 局部试验确定本质因素 当现有的数据或分析不能确定个别因素对系统工作的指标影响时，有必要在系统上作局部试验，确定哪些是本质因素及其对指标的影响。,第一

7、章 系统建模理论介绍,系统的结构模型 系统动力学模型(System Dynamics) 起源于反馈控制，强调信息与反馈。 网络模型 其直观信决定了其广泛的使用。 解释结构模型 Interpretive Structural Modeling 交叉影响分析模型,第一章 系统建模理论介绍,解释结构模型ISM,观察 学习,外部信息,计算机,具体化,分解,提出,图表化,比较,文件化,智力模型,修正,反馈,第一章 系统建模理论介绍,集成操纵控制器 操作选择: 分割 合并 变速 变换车道,集成单车控制器 汽车控制 驱动系统 制动系统 转向系统,传感器数据 来自首车的数据,操作指令,状态参数,队列编组目标,

8、系统建模事例智能汽车队列模糊控制 模糊队列控制器,第一章 系统建模理论介绍,系统建模事例智能汽车队列模糊控制 模糊油门控制器,车距控制器,首车速度 控制器,后继车 车速控制器,车辆模型,油门变化量,IMC预设车距,IMC速度,前车 数据,第一章 系统建模理论介绍,系统建模事例智能汽车队列模糊控制 队列维持（车距控制）：车距控制器输入,第 车,首车,第 i 车,第 车,.,第一章 系统建模理论介绍,系统建模事例智能汽车队列模糊控制 车距控制器模糊变量的模糊集：,第一章 系统建模理论介绍,系统建模事例智能汽车队列模糊控制 速度控制器的模糊规则,第一章 系统建模理论介绍,系统建模事例 区域发展规划模型的应用 欧共体发展战略和评价模型 系统建模事例 公共汽车计算机模拟 考核指标：正点率、总乘客等待时间、满载率、运行公里数。 实体模型：汽车、车站、发车场、乘客 综合建模：排队模型，把系统的主导实体看作“顾客”，将各