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1、机械系统建模与仿真机械系统建模与仿真第1页，本讲稿共13页建模与仿真建模与仿真建模与仿真的十种方法建模与仿真的十种方法总结总结第2页，本讲稿共13页第1页1 1 建模与仿真建模与仿真建模 建立概念关系、数学或计算机模型的过程,又称模型化，就是为了理解事物而对事物做出的一种抽象，是对事物的一种描述系统的因果关系或相互关系的过程都属于建模，所以实现这一过程的手段和方法也是多种多样的。第3页，本讲稿共13页第2页仿真 利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统，又称模拟。即模型随时间变化的实现方法。这里所指的模型包括物理的和数学的，静态的和动态的，连续的和
2、离散的各种模型。广义而言,仿真是采用建模和物理的方法对客观事物进行抽象、映射、描述和复现。第4页，本讲稿共13页第3页2 2 建模与仿真的方法建模与仿真的方法2.1时间序列预测法 时间序列预测法就是通过编制和分析时间序列，根据时间序列所反映出来的发展过程、方向和趋势，进行类推或延伸，借以预测下一段时间或以后若干年内可能达到的水平。其内容包括：收集与整理某种社会现象的历史资料；对这些资料进行检查鉴别，排成数列；分析时间数列，从中寻找该社会现象随时间变化而变化的规律，得出一定的模式；以此模式去预测该社会现象将来的情况。第5页，本讲稿共13页第4页2.2定性仿真方法 基于建立模型框架，对于参数采取定
3、性处理（从一定性的约束集和一个初始状态出发预测系统未来行为）的方法.2.3归纳推理方法 基于黑箱概念，假设对系统结构一无所知，只从系统的行为一级进行建模与仿真，根据系统观测数据，生成系统定性行为模型，用于预测系统行为.第6页，本讲稿共13页第5页2.4系统动力学方法 基于信息反馈及系统稳定性的概念，认为物理系统中的动力学性质及反馈控制过程在复杂系统中同样存在。系统动力学仿真的主要目的是研究系统的变化趋势，而不注重数据的精确性。2.5频域建模方法 频域建模方法就是从s域的传递函数G(s)，根据相似原理得到与它匹配的z域传递函数G(z)，从而导出其差分模型。第7页，本讲稿共13页第6页2.6图解建
4、模 图解建模法是一种采用点和线组成的、用以描述系统的图形或称图的建模方法。图模型属于结构模型，可以用于描述自然界和人类社会中的大量事物和事物之间的关系。在建模中采用图论作为工具。按图的性质进行分析，为研究各种系统特别是复杂系统提供了一种有效的方法。第8页，本讲稿共13页第7页2.7灰色理论法 它是一门研究信息部分清楚、部分不清楚并带有不确定性现象的应用数学学科。灰色系统理论以“部分信息已知，部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”不确定性系统为研究对象，主要通过对“部分”已知信息的生成、开发，提取有价值的信息，实现对系统运行行为、演化规律的正确描述和有效监控。其主要内容包括以灰色代数系统、灰色方
5、程、灰色矩阵等为基础的理论体系，以灰色关联空间为依托的分析体系，以灰色序列生成为基础的方法体系，以灰色模型（G，M）为核心的模型体系，以系统分析、评估、建模、预测、决策、控制、优化为主体的技术体系。第9页，本讲稿共13页第8页2.8层次分析法 所谓层次分析法，是指将一个复杂的多目标决策问题作为一个系统，将目标分解为多个目标或准则，进而分解为多指标（或准则、约束）的若干层次，通过定性指标模糊量化方法算出层次单排序（权数）和总排序，以作为目标（多指标）、多方案优化决策的系统方法。2.9回归统计法 利用数理统计原理，对大量的统计数据进行数学处理，并确定因变量与某些自变量之间的相关关系，建立一个相关性
6、较好的回归方程。第10页，本讲稿共13页第9页2.10蒙特卡罗仿真方法 当系统中各个单元的可靠性特征量已知，但系统的可靠性过于复杂，难以建立可靠性预计的精确数学模型，或者模型太复杂而不便应用则可用随机模拟法近似计算出出系统可靠性的预计值。第11页，本讲稿共13页第10页3 3 总结总结 随着建模与仿真技术的发展，应用目的趋于多样化、全面化。现在建模仿真系统广泛地应用在航空、航天、各种武器系统的研制部门、电力、交通运输、通信、化工、核能各个领域、系统概念研究、系统的可行性研究、系统的分析与设计、系统开发、系统测试与评估、系统操作人员的培训、系统预测、系统的使用与维护等各个领域。第12页，本讲稿共13页第13页，本讲稿共13页