系统建模理论及应用.ppt

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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:627办公地点:中央主楼,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807,参考书: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 and Identification Rolf Johansson,Prentice-Ha

2、ll,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

3、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、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

4、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

5、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),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

6、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 S

7、tructural 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,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

8、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”，将各个车站看作“服务台”，形成一个顾客不消失、多级服务台的排队系统。,第一章 系统建模理论介绍,系统建模事例公共汽车计算机模拟(Cont.)四种排队活动首站发车活动中途站活动终点掉头活动校对运行时间随机变量单位时间到达车站的乘客数汽车站间运行时间,