系统工程第四章系统仿真VIP免费

67 第四章 系统仿真 4.1 基本概念 系统仿真也叫系统模拟，就是通过建立和运行系统的计算机仿真模型，来模仿实际系统的运行状态及其随时间变化的规律，以实现在计算机上对实际系统的结构和行为进行动态实验的全过程。通过对仿真过程运行过程的观察和统计，得到实际系统的仿真输出参数和基本特性，可以此来估计和推断实际系统的真实参数和真实性能，以便掌握实际系统运动变化的规律，找到最优的或满意的解决实际问题的办法。 特别是比较复杂的系统很难建立数学表达式时， 往往可以通过计算机仿真技术来进行研究。例如， 在图 4-1中，已知采区来煤量 q1是一个随机变量， 根据统计结果，它服从正态分布，已知其均值 μ =1.45t/ min，其标准差σ =0.095t/min。大巷 是胶带输送机，其运输量是常数：q2=1.33t/min。 求8h后，采区最大煤仓容量。象这种问题，就 可通过计算机仿真方法来寻求解答。 下面再举一例进一步说明计算机仿真的基本概念。早在 18世纪就有人作了随机模拟实验，投掷硬币4040次，出现正面2043次，从而求得出现正面的频率为 P=2043/4040=0.5080。后来有人投了24000次，出现正面教育2012次，求得出现正面的频率为 0.5005，更接近0.5。 上述投掷硬币实验是人工作的，很费时间和精力，实际上完全可由计算机来进行，这就要建立一个计算机能够运算的模拟模型。建立这个模型的关键是用随机数去模拟投掷硬币的实验。 所谓随机数就是一组随机出现的数列，通常 用的是[0，1]区间的随机数。这时要求[0，1]区 间的随机数必须具备下列性质：一是它的均匀性， 即这些随机数落在[0，1]区间内任一位置的概率 是相同的；另一个是它的随机性，即这些数在 [0，1]区间内任一位置出现与否是随机的、独立 的。如以 R表示随机数，则出现 0≤R≤0.5和 0.5≤R≤1的概率相等，都为 0.5，这样就可以 模拟硬币出现的情况。如以随机数 R≤0.5模拟 出现正面，以 R≥0.5模拟出现反面，则模拟模 型就建立起来了。 至于用什么办法获得[0，1]区间的均匀随机数， 后面将专门论述。设I是投掷次数，N为正面出现 次数，R为随机数，P是正面出现频率，下面画出 模拟模型框图，如图 4-2所示。 根据研究的系统对象的性质，系统仿真可分为 q2→ q1→ 煤仓 图 4-1 采区煤仓系统示意图 I<24000? R>0.5实验开始 I=I+1 产生随机数 R 记录出现正面次数 N=N+1 计算并输出结果 N，P 模拟结束 初始状态 I=0，N=0 Y N Y N...