Навигация
1.4 Структура моделей
Перед тим , як почати розробку моделі, необхідно зрозуміти, що представляють собою структурні елементи, із яких вона складається. Хоча математичні і фізичні моделі можуть бути дуже складні, основи її побудови завжди прості. У загальному вигляді структуру моделі можна представити в математичному вигляді таким способом:
(1.1)
де E- результат дії системи; Xi- змінні і параметри, якими можемо управляти; Yi-змінні і параметри, якими не можна управляти; f-функціональна залежність між Xi, Yi, що визначає змінну E.
Модель являє собою комбінацію таких складових: компонентів, параметрів, змінних, функціональних залежностей, обмежень і цільових функцій.
Компоненти - це складові частини, що при відповідному об'єднанні утворюють систему. Компонентами можуть бути як елементи системи, так і її частини (підсистеми). Система визначається як група або сукупність об'єктів, об'єднаних деякою формою регулярного впливу. Компоненти в цьому випадку можуть розглядатися як об'єкти.
Параметри - це величини, що можуть вибиратися довільно, на відміну від змінних, що можуть набувати значень, обумовлених виглядом даної функції. Параметри після того, як вони встановлені, є постійними величинами.
У моделі є два види змінних: вхідні і змінні стану. Вхідні - утворюються поза системою або є результатом впливу зовнішніх причин. Змінні стану - виникають у системі в результаті впливу внутрішніх причин. Деякі з них можуть бути вихідними змінними.
Функціональні залежності описують поводження змінних і параметрів у межах компонентів або виражають співвідношення між компонентами системи. Ці співвідношення можуть бути стохастичними або детермінованими. Детерміновані – це тотожності або визначення, що встановлюють залежності між певними параметрами і перемінними у випадках, коли процес на виході системи однозначно визначений. Стохастичні ж при даній вхідній інформації дають випадковий результат.
Обмеження встановлюють границі зміни значень змінних або умови розподілу тих або інших засобів. Вони можуть вводитися або розроблювачем (штучні обмеження), або самою системою внаслідок властивих їй ознак (природні обмеження).
Цільова функція (функція критерію) - відображення цілей і задач системи та необхідних правил оцінки їхнього виконання.
1.5 Методологічні основи формалізації функціонування складної системи
Будь-яка модель реальної системи є абстрактним, формально описаним об'єктом. Модель, як правило охоплює тільки основні, характерні властивості системи, залишаючи осторонь несуттєві, другорядні фактори.
Формалізації будь-якого реального процесу передує вивчення структури складових його явищ. У результаті цього з'являється змістовний опис процесу. Змістовний опис - це перша спроба чітко викласти закономірності, характерні для досліджуваного процесу, і визначити завдання.
Змістовний опис дає відомості про фізичну природу і кількісні характеристики елементарних явищ процесу, про характер взаємодії між ними, про місце кожного явища в загальному процесі. Змістовний опис може бути складений після детального вивчення процесу.
Визначення завдання повинне містити чіткий виклад ідеї передбачуваного дослідження, перелік залежностей, оцінки за результатами моделювання й установити ті фактори, що враховуються при побудові моделі. Сюди ж включаються дані, необхідні для дослідження: чисельні значення відомих характеристик і параметрів процесу (у вигляді таблиць, графіків), а також значення початкових умов. Змістовний опис служить для побудови формалізованої схеми і моделі процесу. Формалізована схема процесу розробляється в тому випадку, коли через складність процесу або труднощі формалізації деяких його елементів безпосередній перехід від змістовного опису до моделі неможливий або недоцільний. Формалізована схема розробляється спільно з фахівцями по моделюванню. Хоча форма опису може залишитися словесною, вона повинна бути строго формальним описом процесу.
Для побудови формалізованої схеми необхідно вибрати характеристики процесу; установити систему параметрів, що визначають процес; визначити всі залежності між характеристиками і параметрами з урахуванням чинників, що беруться до уваги при формалізації. При математичному моделюванні на етапі створення формалізованої схеми повинно бути дано чітке математичне формулювання завдань дослідження.
На цьому етапі додається уточнена сукупність усіх вихідних даних, відомих параметрів і початкових умов. Змістовний опис може не дати необхідних відомостей для побудови формалізованої схеми. У цьому випадку необхідні додаткові експерименти і спостереження за досліджуваним процесом. Подальше перетворення формалізованої схеми в модель виконується без введення додаткової інформації.
У математичному моделюванні для перетворення формалізованої схеми в математичну модель необхідно записати в аналітичній формі всі співвідношення, що ще не були записані, подати обмеження у вигляді системи нерівностей, а також надати аналітичну форму іншим відомостям, що містяться у формалізованій схемі, наприклад, числовим характеристикам у вигляді таблиць і графіків.
Для значень випадкових величин вибирають функції щільності типових законів розподілів.
Перед тим, як перейти до подальшого аналізу методів побудови моделей, необхідно розглянути деякі питання дослідження систем і процесів, які варто враховувати при упорядкуванні змістовного опису.
1.6 Характеристики і поводження систем
Звичайно використовують системний підхід до вивчення складних проблем, тобто вивчають поводження системи в цілому, а не тільки зосереджують увагу на окремих її частинах. Усім системам присутні властивості, що є причиною помилок при спробі поліпшити поводження системи. От деякі з них.
1. Мінливість. Жодна система не залишається незмінною протягом тривалого періоду. Елементи можуть бути включені в неї або навпаки - виключені.
2. Наявність навколишнього середовища. Будь-яка система є підсистемою більш великої системи. Середовище подане в системі зовнішніми параметрами, що можуть впливати на стан системи.
3. Не прогнозоване поводження.
4. Тенденція до погіршення характеристик. З часом частини системи зношуються, що знижує ефективність її функціонування.
5. Взаємозалежність. Ніякі дії в складній системі не можна ізолювати.
6. Організація. Частини в ієрархії підсистем, що взаємодіють у системі між собою, об'єднуються для виконання цільового призначення.
На етапі змістовного опису вирішується які компоненти системи будуть включені в модель, які елементи будуть виключені або будуть вважатися частиною навколишнього середовища, які структурні взаємозв'язки будуть установлені між ними.
При формуванні імітаційної моделі вирішальну роль відіграють експертні оцінки й інтуїція.
Першим кроком при створенні моделі є визначенні її цільового призначення, тому що не існує однозначного поняття «модель системи»; ми можемо моделювати її будь-яким способом залежно від того, що ми хочемо одержати. Тому елементи моделі і їхні взаємозв'язки повинні бути обрані з урахуванням специфіки задачі, які повинна вирішувати кожна система. Наприклад, якщо розглядати будинок , то будівельник розглядає його як об'єкт важкої роботи, а соціолог - як навколишнє середовище.
Існує три загальних види складних систем:
1. Системи, що характеризуються стабільністю. Вони прагнуть реагувати на зміни навколишніх умов так, щоб зберегти заздалегідь заданий стан.
2. Пошукові. Шукають стан, що відсутній у даний час.
3. Цілеспрямовані. Самі встановлюють власні цілі функціонування. Вони можуть виробляти як цілі, так і методи їхнього досягнення при постійних умовах.
1.7 Моделювання компонентів
Моделюючи окремі компоненти електромеханічних систем ми зустрічаємося з задачами кількох типів. Розглянемо просту систему (рис. 1.2).
Рис.1.2. Проста система
Тут три основних елементи: вхід, власне сама система, і відгук (вихід). Щоб моделювати роботу системи, необхідно знати два з цих трьох об'єктів. Існує три види задач при вивченні систем.
1. Знаючи рівняння, що описують функціонування або структуру системи, можна визначити відгук на вхідний сигнал. Цю задачу просто моделювати. Рівняння можна вивести в процесі проектування системи або на основі дослідження подібних систем.
2. Зворотна задача: по відгуку і математичному опису системи знайти вхідний сигнал. Ця задача відноситься до класу задач керування.
Похожие работы
... ); - оцінка параметрів побудованої моделі; - перевірка якості знайдених параметрів моделі; - використання побудованих моделей, для пояснення поводження досліджуваних економічних показників, прогнозування й пророкування. Структура економетрики В економетриці, як дисципліні на стику економіки (включаючи менеджмент) і статистичного аналізу, природно виділити ...
... ішньою розмаїтістю підходів якийсь закономірний зв'язок і підійти до системної побудови загальної багатофакторної моделі суспільного розвитку. Основні характеристики моделювання як методу наукового пізнання Застосування моделювання як методу для прогнозування загального характеру розвитку суспільних процесів й явищ є досить актуальним і складним завданням як для соціогуманітарного науково- ...
... як чисто кількісні методи, так і враховуючих людський фактор. Розділ 2. Три джерела (три складові частини) "Оригінальної методики аналізу альтернативних підходів до формування структури організації". 2.1. Основи моделювання економічних процесів. "Припустимо, що метою удосконалювання є розробка ефективної системи керування підприємством. Чи потрібно для ...
... всіма, чия робота безпосередньо пов’язана зі здійсненням валютних операцій. СПИСОК ОСНОВНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ 1. Козловський С.В. Прогнозування валютного курсу в Україні на основі нечіткої логіки // Вісник ВПІ. - 2007. - № 3 (42). - С.39-49. 2. Козловський С.В. Застосування новітніх методів моделювання стану валютного ринку України // Вісник Тернопільської академії народного ...
0 комментариев