系统仿真导论复习资料

1、1、系统定义：按照某些规律结合起来，互相作用、 互相依存的所有实体的集合或总体.模型就是为了某种目的，用字母、数学及其它 数学符号建立起来的等式或不等式以及图表、图 象、框图等描述客观事物的特征及其内在联系的数 学结构表达式。 仿真就是通过建立实际系统 模型并利用所建模型对实际系统进行实验研究的 过程。 关系：系统是研究的对象，模型是系 统的抽象，仿真是通过对模型的实验以达到研究系 统的目的。2、相似理论原理：(1)同序结构原理：任何系统 都有一定的序结构，序结构的规律形成系统的有序 结构。(2)信息原理：系统序结构的形成和演化与 系统的信息作用有关。(3)支配原理：受相同自然 规律支配的系统

2、间存在一定的相似性。3、相似原理用于仿真时，对仿真建模方法的三个 基本要求：稳定性，准确性，快速性。4、系统仿真有哪些类型：(1)、根据模型的物理 属性分类：物理仿真、数学仿真、半实物仿真。(2)、 根据仿真计算机类型分类：模拟计算机仿真、数字 计算机仿真、数字模拟混合仿真。(3)、根据仿真 时钟与实际时钟的比例关系分类：实时仿真、亚实 时仿真、超实时仿真。(4)、根据系统模型的特 性分类：连续系统仿真、离散事件系统仿真。5、仿真技术的应用：航天航空、武器、电力、交 通运输、通信、化工、核能等各个领域。在社会经 济系统、环境生态系统、能源系统、生物医学系统 教育训练系统也得到广泛应用。6、连续

3、系统的数学模型有哪几种，各有什么特点？ 有三种：连续时间模型、离散时间模型及连续-离 散混合模型。连续时间模型的特点：一个系统的输入量u(t),输 出量y(t),系统的内部状态变量x(t)都是时间的连 续函数。离散时间模型的特点：一个系统的输入量、 输出量及其内部状态变量是时间的离散函数，即为 一时间序列：u(kT),y(kT),x(kT),其中 T 为 离散时间间隔。连续-离散混合模型：一个系统， 它的环节中有的环节的状态变量是连续变量，有的 环节的状态变量是离散变量。例如用数字计算机控 制连续对象所组成的计算机控制系统就属于这种 系统。对于这类系统，它的连续部分可以用连续系 统模型描述，离

4、散部分可以用离散系统模型描述。 在离散环节和连续环节之间有一个保持器，将离散 信号恢复成连续信号。在连续环节和离散环节之间 有个一采样器，将连续信号采样成离散信号。7、典型环节的传递函数积分环节KS惯性环节TSK1TS+1一阶领先(或ktsh迟后)环节2K KS+K比例积分环节弋K二阶振荡环节T +238、MATLAB系统由MATLAB开发环境，MATLAB数学 函数库，MATLAB语言，MATLAB图形处理系统，MATLAB 应用程序接口9、连续系统的离散相似法仿真的原理是什么？所谓“离散相似法”就是将一个连续系统进行离散 化处理，然后求得与它等价的离散模型。由于连续 系统的模型可以用传递函

5、数来表示，也可以用状态 空间模型来表示，因此，与连续系统等价的离散模 型可以通过两个途径获得，其一是对传递函数做离 散化处理得到离散传递函数，称为频域离散相似模 型；其二是基于状态方程离散化，得到时域离散相 似模型。10、根匹配法，设连续系统的传递函数为G(S)= K(S qi)(S q2).(S 一 qm)(S-p1)(s-p2).(s-pn)由z域与s域的对应关 系z=eST，在Z平面上对应地确定出零、极点的位置，然后根据其它特点(比如，终值点)来确定 Kz。得到对应的离散传递函数G(z) = Kz(z - qzi)(z - qz2).(z - qzm)(z - Pzi)(z - Pz2)

6、.(z - PzJ只要原系统是稳定 的，则不论T取多大，都能保证仿真模型也是稳定 的。11、根匹配法步骤可以归纳为 由 G(s)计算出 K, q1,q2,qm。p1,p2,pn。把S平面上的零极点映射到Z平面上，即：pz= epT，qz= eqT初步构造一个具有(3)上述 零极点的G(z)。(4)在典型输入下，根据终值定 理求连续系统的终值及离散系统G(z)的终值。(5) 根据终值相等的原则确定Kz。12、在替换法仿真中G(s)与G(z)相匹配的含义：这里所说的匹配，包括动态性能的匹配和稳态性能 的匹配。动态性能G(s)的零点、极点要与相应G(z) 的零、极点匹配。稳态性能 对于同一个输入函数

7、， G(s)与G(z)的终值(稳态)相同。13、在离散事件系统仿真中，实体、事件、活动、 进程、仿真钟、统计计数器的作用各是什么？ 答：实体分为临时实体及永久实体。临时实体：在 系统中只存在一段时间的实体。这类实体由系统外 部到达系统，通过系统最终离开系统。永久实体： 永久驻留在系统中的实体。只要系统处于活动状 态，这些实体就存在，或者说，永久实体是系统处 于活动的必要条件。事件：引起系统状态发生变化的行为，从某种意义 上说，这类系统是由事件来驱动。活动：用于表示两个可以区分的事件之间的过程， 它标志着系统状态的转移。进程：进程由若干个事件及若干个活动组成，它描 述了它所包括的事件及活动间的相

8、互逻辑关系及 时序关系。仿真钟：离散事件动态系统的状态本来就只在离散 时间点上发生变化，因而不需进行离散化处理。由 于引起状态变化的事件发生时间的随机性，仿真钟 的推进步长完全式随机的。两个相邻发生的事件之 间系统不会发生任何变化，因而仿真钟可以跨过这 些”不活动“周期，仿真钟的推进呈现跳跃性，推 进速度具有随机性。统计计数器：离散事件的状态变量随事件的不断发 生呈现出动态变化，这种变化是随机的，所以某一 次运行是随机过程的一次取样，只有在统计意义下 才有参考价值.14、随机变量模型中的参数有三种类型分别为：位置参数（Y），比例参数（8），形状参数（记为a）15、一个典型的采样控制系统由以下几

9、部分组成： 连续的被控对象或被控过程，离散的数字控制器， 采样开关或模数转换器，数模转换器或信号重构 器。15、三种比较常用的仿真策略：事件调度法，活动 扫描法和进程交互法。16、事件调度法基本思想：用事件的观点来分析真 实系统，通过定义事件及每个事件发生引起系统状 态的变化，按时间顺序确定并执行每个事件发生时 有关的逻辑关系。17、活动扫描法的基本思想是用活动的观点建模。 系统由成分组成，而成分包含着活动，这些活动的 发生必须满足某些条件；每一个主动成分均有一个 相应的活动子例程；仿真过程中，活动的发生时间 也做为条件之一，而且是较之其它条件具有更高的 优先权。18、进程交互法采用进程描述系

10、统，它将模型中的 主动成分所发生的事件及活动按时间顺序进行组 合，从而形成进程表，一个成分一旦进入进程，只 要条件满足，它将完成该进程的全部活动。19、终止型仿真：这种仿真的运行长度是事先确定 的。由于仿真运行时间长度有限，系统的性能与运 行长度有关，系统的初始状态对系统性能的影响是 不能忽略的。20、稳态型仿真：这类仿真研究仅运行一次，但运 行长度却是足够长，仿真的目的是估计系统的稳态 性能。显然，由于仿真长度没有限制，系统的初 始状态对仿真结果的影响可以忽略。三、论述1、当前仿真科学与技术研究的热点（1）、网络化仿真技术：基于Web技术的可扩展 建模仿真框架（XMSF）和基于网格计算技术的

11、仿真 网格技术（2）、复杂系统/开放复杂巨系统的建模与 仿真：定性分析、基于Agent的仿真、基于系统动 力学的仿真。（3）、综合自然环境的建模与仿真（4）、 基于普适计算技术的普适仿真技术（5）、基于高性 能计算机的仿真。2、为什么说一般龙格库塔公式的机理不符合实时 一般方法难以满足实时仿真的需要：所得模型的执 行速度较慢；机理也不符合实时仿真的需要。假设对一般形式的系统进行仿真：茶=f （y ,U（ （）式为以RK-2为例进行分析，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的时间内计算机

12、刚好计算一次右端函数 f,则计算分为两步：1在tk时刻利用当前的un、yn计算K1；2在tn+h/2时刻计算K2,此时un+1无法得到，但 实时仿真除了要满足执行速度的要求外，还要求实 时接收外部输入，并实时得到输出。此种情况下， 解决的方法有两个：对un+1进行预报（增大仿真 误差）或仿真延迟半个计算步距。可见，后种方法 的输出也会延迟半个计算步距，为了克服这个缺 陷，人们提出了如下形式的实时二阶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、用龙格库塔公式进行仿真

13、，如何控制误差一个高精度的仿真方法必须将步长控制作为手段。 实现步长控制涉及局部误差估计和步长控制策略 两方面的问题。龙格-库塔法的误差估计和步长控制策略的基本 思想是：每积分一步都设法估计出本步的积分误差 en，然后判断是否满足允许误差E，据此选择相应 的步长控制策略。每一步的局部误差通常取以下形式 en=En/（lynl+1）其中lynl是利用误差估计式计算出的 本步的估计误差。当lynl较大时，en是相对误差， 当lynl较小时，en是绝对误差。这样作的目的是避 免当y的值很小时，en变得过大。步长控制策略有（1）加倍-减半法：设定一个 最小误差限和最大误差限，当估计的局部误差大于 最大误差限时，将步长减半，并重新计算这一步， 当估计的局部误差介于最小误差和最大误差之间 时，步长不变，当估计的局部误差小于最小误差限 时，将步长加倍。（2）最优步长法：为了使每个积 分步在保证精度的前提下取最大步长（最优步长）,