Основные этапы и цели моделирования

v аналитическими, когда хотят получить в общем виде явные зависимости для искомых характеристик;

v численным, когда, не умея решить уравнение в общем виде, получают числовые результаты при конкретных исходных данных;

v качественный, когда не умея решить уравнение, находят некоторые свойства решений (например, стойкость и др.).

Аналитический метод связывает явной зависимостью исходны

е данные с искомыми результатами. Это возможно для сравнительно простых систем.

Численные методы позволяют исследовать более широкий класс систем. Они эффективны при использовании ЭВМ. Для построения аналитических моделей существует мощный математический аппарат - алгебра, функциональный анализ, разностные уравнения, теория вероятности, математическая статистика, теория массового обслуживания и т.д.

Имитационное моделирование используется, когда для описания СС недостаточно аналитического моделирования. В имитационной модели поведение компонент сложной системы (СС) описывается набором алгоритмов, которые затем реализуют ситуации, которые возникают в реальной системе. Алгоритмы, которые модулируют по исходным данным (сходное состояние СС) и фактическим значением параметров СС позволяют отобразить явления в S и получить информацию о возможном поведении СС. На основе этой информации исследователь может принять соответствующее решение. Имитационная модель (ИМ) СС рекомендуется в следующих случаях :

1) нет законченной постановки задачи исследования и идет процесс познания объекта моделирования. ИМ - способ изучения явления.

2) математические средства аналитического моделирования сложные и громоздкие и ИМ дает наиболее простой способ.

3) кроме оценки влияния параметров СС необходимо наблюдать поведение компонент СС некоторый период.

4) ИМ - единственный способ исследования СС, то есть невозможны наблюдения в реальных условиях за объектом.

5) необходимо контролировать протекание процессов в СС, уменьшая и ускоряя скорость их протекания в ходе имитации.

6) при подготовке специалистов и освоении новой техники.

7) изучение новых ситуаций в СС, проверка новых стратегий и принятие решений перед проведением экспериментов на реальной S.

8) предвиденье узких мест и трудностей в поведении СС при введении новых компонент.

ИМ - наиболее распространенный метод анализа и синтеза СС.

Натурное моделирование - исследование на реальном объекте и обработке результатов экспериментов на основе теории подобия. Научный эксперимент, комплексные исследования, производственный эксперимент (исследуется широкая автоматизация, вмешательство в управление реальным процессом, создание критических ситуаций).

Физическое моделирование - на установках, которые сохраняют природу явлений при физическом подобии.

Кибернетическое моделирование - нет непосредственно физического подобия. Отображается S как "черный ящик" рядом входов и выходов.

Из всего вышесказанного и условий задания можно определить следующий вид модели:

v В зависимости изучаемых процессов: стохастическая – неизвестно сколько будет находиться деталей в накопителе при повторной обработке (известно, что если больше 3-х – активизируется второй станок); динамическое – необходимо узнать как система будет функционировать не в конкретный момент времени а на всем промежутки обработки 500-а деталей; непрерывное – из задания следует, что рассматривается автоматизированный конвейер.

v В зависимости от формы представления: вымышленное (абстрактное) – слишком дорого для студента материальное создание; к данной моделе применимы почти все варианты абстрактного моделирования (математическое, символьное т.д.) так, что нет смысла перечислять все.

Выбор математической схемы

Математическая схема - это участок при переходе от содержательного к формальному описанию процесса функционирования системы с учетом действия внешней среды.

То есть имеет место связка: "описательная модель - математическая схема - математическая (аналитическая и (или) имитационная) модель".

Каждая конкретная система S характеризуется набором свойств, то есть величин, отображающих поведение моделируемого объекта (реальной S) и учитывающих условия ее функционирования во взаимодействии с внешней средой (системой) Е.

При построении ММ системы решаются вопросы о полноте и упрощении. Полнота модели реализуется выбором границы " система S - среда Е ". Упрощение модели - выделение основных свойств S и отбрасывание второстепенных свойств (зависит от цели моделирования).

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ОБЩЕГО ВИДА

Модель S можно представить множеством величин, описывающих процесс функционирования реальной системы S.

Эти величины создают в общем случае четыре подмножества :

1) совокупность входных влияний на систему ;;

2) совокупность влияний внешней среды;

3) совокупность внутренних параметров системы

4) совокупность выходных характеристик системы .

В этих подмножествах выделяются управляемые и неуправляемые переменные.

При моделировании S входные влияния, влияние внешней среды Е и внутренние параметры системы являются независимыми (экзогенными) переменными в векторной форме:

;

;

.

Выходные характеристики системы - зависимые (эндогенные) переменные.

. (1)

Процесс функционирования описывается оператором Fs, который пре-

образовывает экзогенные переменные в эндогенные :

(2)

Совокупность зависимых выходных характеристик системы от времени (1) называется выходной траекторией (t), (2): называется законом функционирования системы S и обозначается Fs.

В общем случае закон функционирования системы Fs может быть задан в виде функции, функционала, логических условий, алгоритма, таблицы, словесного правила соответствия.

Таким образом, математическая модель объекта (реальной системы) - это конечное подмножество переменных вместе с математическими связями между ними и характеристиками .

ТИПОВЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

В практике моделирования объектов в области системотехники и системного анализа рациональней использовать типовые математические схемы:

 Скачать реферат