系统动力学及Vensim建模与模拟技术PPT文件格式下载.ppt
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比如,空调设备是人们所熟知的,为了维持室内的温度,需要由热敏器件组成的温度继电器与冷却(或加热)系统联合运行。
由前者担负室内温度的检测,并与给定的期望室温加以比较,然后把信息馈送至控制器,使冷却(或加热)器的作用在最大与关停之间进行调节,从而实现控制室温的目的。
其中温度继电器就是反馈器件,上述的信息馈送过程就是信息反馈作用。
9Page9系统及其构成和结构系统及其构成和结构n系统:
一个由相互区别、相互作用的各部分有机地联结一起,为同一目的而完成某种功能的集合体。
n系统动力学是认识系统问题和解决系统问题的有效工具之一。
n系统的结构:
所谓结构是指单元的秩序。
它包含两层意思,首先是指组成系统的各单元,其次是指诸单元间的作用与关系。
系统的结构标志着系统构成的特征。
例:
系统建模中对问题的分解(结构建构)系统分析中的共性结构分析复杂模型的基模研究10Page10系统及其构成和结构系统及其构成和结构系统及其构成和结构11Page11系统动力学的两个重要原理系统动力学的两个重要原理n分解原理目标、边界、框架和结构确定分析维度和视角(自然科学与社会科学的区分)由粗到细(至上而下)逐步分解(结构演进)n综合原理分解的逆过程12Page12系统动力学的特点nSD研究的对象主要是社会经济系统nSD分析与解决问题的方法不是建立一组微分方程去求解,而是分析系统的结构:
划分子系统分析变量之间的相互作用:
因果关系区分速率变量,状态变量,辅助变量,研究反馈关系。
n通过建立直观的模型,进行计算机模拟,而解决问题。
通过建立直观的模型,进行计算机模拟,而解决问题。
n事件事件行为模式行为模式系统结构:
系统结构:
系统结构决定行为行为模式,行为模式决定具体事件,因此解决问题的根本出发点是系统结构分析。
n系统动力学能解决微分方程组方法难以解决的复杂非线性系统问题。
13Page13系统动力学的学科基础系统动力学的学科基础n系统动力学的学科基础可划分为三个层次:
方法论。
系统动力学的方法论是系统方法论,其基本原则是将所研究对象置于系统的形式中加以考察。
系统方法论目前还不很完善,系统动力学自身的发展也将会丰富、充实系统方法论。
技术科学和基础理论。
主要有反馈理论、控制理论、控制论、信息沦、非线性系统理论,大系统理论和正在发展中的系统学。
应用技术第三层次。
为了使系统动力学的理论与方法能真正用于分析研究实际系统,使系统动力学模型成为实际系统的“实验室”,必须借助计算机模拟技术。
14Page14系统动力学建模框架和结构系统动力学建模框架和结构策略的执行对一个系统的认识问题的定义策略分析计算机模拟系统的概念化模型的建立15Page15系统动力学解决问题的一般过程系统动力学解决问题的一般过程提出问题:
明确建立模型的目的。
即要明确要研究和解决什么问题。
参考行为模式分析:
分析系统的事件,及实际存在的行为模式,提出设想和期望的系统行为模式。
作为改善和调整系统结构的目标。
提出假设建立模型:
由行为模式,提出系统的结构假设。
由假设出发,设计系统的因果关系图,流图,并列出方程,定义参数。
从而将一系列的系统动力学假设,表示成了清晰的数学关系集合。
模型模拟:
调整参数,运行模型,产生行为模式。
建立好的模型是一个实验室,可以由试验参数和结构的变化理解结构与系统行为模式的关系。
提出问题参考行为模式分析提出假设建立模型模型模拟得到结论16Page16系统动力学建模流程系统动力学建模流程任务调研任务调研问题定义问题定义划定界限划定界限反馈结构分析反馈结构分析变量定义变量定义建立方程建立方程模型模拟模型模拟模型评估模型评估政策分析与模型使用政策分析与模型使用建立模型建立模型系统分析系统分析结构分析结构分析修改模型修改模型17Page17n根据分解原理系统S划分成若干个(p个)相互关联的子系统(子结构)St。
式中:
S代表整个系统;
Si代表子系统,系统动力学数学描述系统动力学数学描述18Page18系统动力学数学描述系统动力学数学描述数学描述如下:
L状态变量向量;
R速率变量向量;
A辅助变量向量;
L纯速率变量向量;
P转移矩阵;
W关系矩阵。
19Page19系统动力学的系统(System)观点基础n系统可以用一组随时间变化的状态变量X=(x1,x2,.n)描述:
系统的相空间n系统有一定的输入:
U=(u1,u2,.,um):
控制量n系统是通过相互作用而发展变化的:
X=f(X,U,t)n系统由多个子系统组成,最小的子系统是一阶反馈回路,它包含:
状态量,速率量,及辅助变量,是一个多元一阶微分方程系统的未来发展取决于其结构及初始条件系统的未来发展取决于其结构及初始条件:
U,f(X,U,t)系统动力学的模型,相当于这组微分方程组:
系统动力学的模型,相当于这组微分方程组:
X=f(X,U,t)20Page20系统动力学数学基础系统动力学数学基础n数学在系统模拟中的作用数学工具选择的指导思想(以模拟为主、演绎为辅)模型的精度与控制(社会复杂系统应用中建模与成本控制)n线性微分方程解的相关理论与建模的内在关系解的存在性与结构(模型的数值解、点与面的关系、局部与整体)解的稳定性(收敛、均衡、临界点)Robust鲁棒(乐百氏)与模型的稳定性(强壮性)21Page21系统动力学基模分析举例系统动力学基模分析举例n经济长波模型方程22Page22系统动力学基模分析举例系统动力学基模分析举例n经济长波模型分析(均衡实验)23Page23Vensim软件简介nVensim的历史的历史nVensim软件的版本软件的版本nVensim软件的功能软件的功能nVensim软件的界面软件的界面nVensim软件知识与资源软件知识与资源24Page24Vensim软件的历史软件的历史Vensim软件的历史软件的历史nVentanaSystems,Inc.成立于1985年,Harvard,MassachusettsnVensim软件开发于1988年n1993年Vensim1.50为一个稳定版本nVensim1.62发布于1995nVensim3.0发布于1997nVensim4发布于1999nVensim4.1,4.2发布于2000nVensim5发布于2002.nVensim5.3发布于2004nVensim5.5发布于2005nVensim5.6发布于2006nVensim5.7a发布于200825Page25Vensim软件的历史软件的历史Vensim专利技术专利技术nCausalTracingnSubscriptingnOptimizationnVenappFlightSimulators(LearningEnvironments)nResourceAllocationalgorithm(ALLOCP)nRealityCheck主要开发者:
主要开发者:
BobEberleinnPh.DinMITn前国际系统动力学学会主席n2007国际系统动力学大会主席26Page26Vensim软件功能软件功能VensimPLEn个人学习版。
具有一般建模模拟功能,多视窗,原因追踪,复合模拟等功能。
n对教育机构免费。
VensimPLEPlusn除具有PLEPlus功能外,具有MonteCarlo灵敏度测试,输入输出控制等.VensimProfessionaln除具有PLEPlus功能外,具有真实性测试,灵敏度测试,模型优化,方程文本编辑,下标变量等高级功能VensimDSSn具有模拟飞行器开发,宏定义及外部函数引用,通过DLL与其他程序交互。
VensimModelReadern供无Vensim及高版本的人者阅读,运行和分析模型。
n但是不能修改模型。
免费MoleculesVenapps27Page27Vensim软件的界面软件的界面标题栏:
TitelBar菜单栏:
Menu工具栏:
ToolsBarnMainToolsnSimulationToolsnAnalysisToolsnSketchTools状态栏:
StatusBar流图区28Page28Vensim软件的界面软件的界面工具栏工具栏n主工具主工具MainToolsMainToolsn绘图工具绘图工具SketchToolsSketchToolsLock:
Lock:
图形锁定Move/SizeMove/Size:
移动Variable:
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创建变量BoxVariableBoxVariable:
用创建状态变量ArrowArrow:
创建箭头。
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