[發明專利]一種數學模型驗模工具

在審

• 申請號: 201910530928.3
• 申請日: 2019-06-19
• 公開（公告）號: CN110210171A
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 王兵賢
• 申請（專利權）人: 淮陰師范學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 淮安睿合知識產權代理事務所(普通合伙) 32372
• 代理人: 湯小東

一種數學模型驗模工具，它涉及數學模型仿真驗模技術領域。它包含靈敏度分析模塊，用于考察數學模型中一組靈敏度系數的變化給數學模型輸出造成的影響情況來分析判斷模型的有效性；頻譜分析模塊，用于采用平穩隨機過程算法和廣義平穩隨機過程算法，對數學模型頻域中的統計特性進行分析；不確定性分析模塊，用于評估仿真輸入參數的不確定性對系統輸出的影響程度，進而判斷是否會出現因輸入的不確定性導致的失效并計算失效概率。提供的數學模型驗模工具，實現了模型數據的建立和管理；通過靈敏度分析、頻譜分析和不確定性分析，基于頻譜分析的統計推斷，對復雜系統的仿真數學模型逐層進行驗證和確認，進而形成驗證和確認后的高精度模型。

技術領域

本發明涉及數學模型仿真驗模技術領域，具體涉及一種數學模型驗模工具。

背景技術

近年來，隨著計算機科學技術的不斷發展，建模與仿真(M&S)技術不斷應用到復雜系統的建模中，主要的應用領域為航空航天，汽車船舶，工程機械，液壓控制等系統的。建立復雜系統的數學模型并對其進行仿真研究，已經成為復雜系統研究的重要途徑。通過建模與仿真，對復雜系統的性能做出分析與評價，不僅能夠提升系統的設計水平，而且還是縮短研制周期、降低研制風險與費用的有效途徑。

在控制系統的研制過程中，已經大量的采用了仿真的手段進行設計方案的性能評估，如建立Matlab/Simulink仿真模型，AMEsim仿真模型等，并基于仿真模型的預測結果來指導型號產品的設計和優化。但是，如何保證復雜系統的仿真系統模型結果的正確性，是仿真工作者面臨的一個難題。如何提高仿真的精度和可信度，使仿真技術在產品設計過程中發揮更大的作用，是科研人員迫切需要解決的一個問題。

目前，國內外對如何保證建模與仿真(M&S)系統的正確性和可信度，進行了大量的研究。其中，通過采用V&V(Verification and Validation，驗證與確認)技術對仿真模型進行驗證和確認，保證建模和仿真系統的精度和可信度，是提升仿真模型的預測能力的一種有效的途徑。V&V(Verification and Validation，驗證與確認)技術源自于美國，于1979年由美國計算機模擬協會正式提出。主要通過科學的方法、標準的流程、專業的算法對模型進行驗證和確認，不斷為模型的產生證明，并據此建立模型的置信度。目前，模型V&V已經成為工程界普遍接受的一種方法。

其中，數學模型V&V是一項系統工程，需要按照一定的驗模流程，采用專業工具才能完成相關的驗證和確認工作，目前，開展數學仿真模型的驗證和確認，還存在以下難點：仿真驗模缺乏標準指導:

仿真驗模工作非常重要。但目前，缺乏成熟的標準指導，V&V標準在國外已經發展幾十年，但在國內才剛剛起步，成熟的產品解決方案比較少。

仿真結果與實驗結果比較的效率低:

通過數值仿真分析，可以提前獲知產品的性能。為了提高仿真結果的可信度，通常需要將仿真結果與實驗結果進行比較，即模型確認。但傳統采用的模型確認方式是手工的簡單對比，效率低。

無法實現仿真模型的自動修正:

當仿真結果和實驗結果出現偏差時，沒有系統的方法指導工程師進行模型修正。依靠簡單拼湊數據的方法，容易得出錯誤的模型。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的缺陷和不足，提供一種數學模型驗模工具，它提供數學模型驗模工具，提供了驗模流程和可調用的仿真工具，并實現了模型數據的建立和管理。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案是：它包含

靈敏度分析模塊，用于考察數學模型中一組靈敏度系數的變化給數學模型輸出造成的影響情況來分析判斷模型的有效性；