系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的實(shí)習(xí)指導(dǎo)

1、第 頁系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型水資源可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)（2011年3月）4.1Vensim的基本操作系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是由SD專業(yè)軟件來支撐仿真運(yùn)行的，例如SD專業(yè)軟件Micro-DynamoI、II,PDPLUS、Vensim等。但只有Vensim在Windows下運(yùn)行，而且是非常方便、實(shí)用的新版本SD專業(yè)軟件。故僅介紹Vensim的基本操作。4.1.1安裝與啟動(dòng)安裝將裝有安裝文件和Vensim系統(tǒng)文件一同COPY到硬盤，然后單擊安裝文件依據(jù)提示即可安裝。(2)啟動(dòng)安裝成功后，快捷方式Vensim圖標(biāo)顯示在桌面上，雙擊該圖標(biāo)即進(jìn)入Vensim窗口。如圖8-2所示。第 頁第 頁Save保存模型

2、Print打印模型Check檢查模型Vrnslinx:機(jī)nsin恤血訓(xùn)皿鮭vnrf切:RabbitRipulalion厲世fditW側(cè)皿蹴t$finghiguildControlOi啊出1卩翠2窗口組成AMUCFG園伽M1ULRABB1IAVIMOlwBiimrabbitbirths呦曲甌【謝血曲7*0圖8亠2Vensim主窗口etliclofNEHICICFCWWHGOH&SAIHJUIXUR管理View觀察：對(duì)模型的流圖進(jìn)行總體觀察Datasets數(shù)據(jù)集分析：Simulate運(yùn)行模型RealityCheck真實(shí)性檢驗(yàn)TimeBounds時(shí)間控制設(shè)置Graph自定義作圖：用于由用戶選擇作圖。

3、Build模型建立：實(shí)現(xiàn)由其它窗口轉(zhuǎn)換到模型建立窗口Control控制窗口：VariableSelection分析變量選擇TimeAxis時(shí)間軸設(shè)置Scalling縱坐標(biāo)調(diào)整Datasets數(shù)據(jù)集選擇CustomGraph自定義作圖Output輸出窗口：實(shí)現(xiàn)從其它跳轉(zhuǎn)到輸出窗口主窗口主窗口由三個(gè)子窗口組成。BuildingWindow模型建立窗口：用于建立模型ControlWindow控制窗口：用于調(diào)整和控制輸出結(jié)果，使輸出曲線等更加完美OutputWindow輸出窗口：用于結(jié)構(gòu)分析和數(shù)據(jù)集分析選擇三個(gè)窗口可通過工具條：Building/Output/Control實(shí)現(xiàn)切換。4.1.3模型建立

4、過程是先輸入流圖，然后輸入模型的方程和參數(shù)。(1)打開模型建立窗口單擊“File”菜單，彈出子菜單；單擊“NewModle”或“OpenModle”即可。(2)輸入流圖繪制流圖根據(jù)分析的因果圖繪制流圖如圖8-2所示。輸入流圖采用系統(tǒng)的圖示工具條，位于主菜單下的工具行，很容易輸入流圖。主要工具及使用方法，其功能從左向右依次為：Poiny指針：用于選中、移動(dòng)和改變變量和圖符。選擇方式有三種：一是按下左鍵拖動(dòng)一個(gè)虛線方框，松開后則方框內(nèi)所有變量和圖符被選中，選中后可用鼠標(biāo)拖動(dòng)之；二是直接單擊變量或圖符選中，然后可按下鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)，另外若選中圖符操作柄(一個(gè)小圓圈)，可對(duì)圖符進(jìn)行放大縮小操作；三是雙擊

5、變量將其選為工作臺(tái)變量。Variable變量：用于定義非狀態(tài)變量，如輔助變量和常量。BoxVariable方框變量：用于創(chuàng)建狀態(tài)變量。注意，Vensim般約定，狀態(tài)變量第一個(gè)字母大寫，常量和表格量字母全大寫，其余變量字母全小寫。但用戶也可以有自己的約定。Rates速率變量：用于創(chuàng)建速率變量。它有四部分構(gòu)成，兩個(gè)箭頭，一個(gè)開關(guān)，兩朵表示源和漏的云和變量本身?？赏ㄟ^選擇移動(dòng)開關(guān)，移動(dòng)和改變圖符形狀。速率變量一般至少有一端指向一個(gè)狀態(tài)變量，在創(chuàng)建時(shí)可是其一端直接指到狀態(tài)變量上。Arrow箭頭：用于創(chuàng)建表示因果關(guān)系的前頭，可以是直的或彎曲的。注意：創(chuàng)建時(shí)，先選中箭頭，在因變量上單擊左鍵，然后松開，移動(dòng)

6、鼠標(biāo)到空白處單擊左鍵，松開后移動(dòng)到果變量再單擊左鍵。Comment注釋：用于為流圖增加注釋，使容易看懂。注釋方法相當(dāng)豐富，可以是文字，圖符等。ShadowVariable再聲明變量：若一個(gè)變量已在一個(gè)子塊中定義，在另一個(gè)子塊中又需應(yīng)用時(shí)，只要用其再聲明一次即可。編輯流圖圖示編輯工具條位于主窗口最下一行，計(jì)有16種工具，專用于對(duì)流圖進(jìn)行編輯，非常方便,光標(biāo)移至某個(gè)工具上時(shí)會(huì)顯示提示信息。(3)輸入方程和參數(shù)輸入方程的具體過程是：打開方程編輯對(duì)話框打開該對(duì)話框的方法有兩種：一是鼠標(biāo)右擊流圖某一變量，彈出變量設(shè)置對(duì)話框，再單擊“Equation”項(xiàng)即可打開方程編輯對(duì)話框如圖8-3所示。孫Vensim

7、Mycns岫mod止師ikvn世d仙皿PopuiaiionlitEdilViewOtiisets帥th$MiConlralOuloulHeIR仙啊血恤KMRABBITPOWONrtbbllbirthsHbbildeath;,I*-中圖二是在建立模型窗口i8-即i進(jìn)入該對(duì)話框。10艦|iiiigiiiia:后單擊bZ-iii”一L冷一變旦量,cmcnlary第 頁采用該對(duì)話框很容易實(shí)現(xiàn)方程輸入，主要功能是：方2呈編輯：可選擇變量、函數(shù)、數(shù)字和運(yùn)算符構(gòu)成方程酬輸入變量：:一，在確變Function函數(shù):Vensim提供的所有函數(shù)均在此列表框中，只要選擇即可進(jìn)入方程編輯。LookupTable查找表

8、：若方程左邊包含表函數(shù)即可選此項(xiàng)。Units單位：方程右邊必須有正確單位。若是一個(gè)無量綱，可不加入或輸入dmnl。Comment注釋：可對(duì)方程注釋，以增加可讀性。Erros錯(cuò)誤信息：在方程書寫時(shí)，會(huì)隨時(shí)提示書寫是否正確。4.1.4運(yùn)行模型模型的方程和參數(shù)輸入完畢，即可運(yùn)行模型。具體過程是：首先進(jìn)入Vensim主窗口，然后單擊工具條上的“運(yùn)行”鈕，即進(jìn)行仿真運(yùn)行。4.1.5輸出運(yùn)行結(jié)果輸出運(yùn)行結(jié)果是采用數(shù)據(jù)分析的工具條實(shí)現(xiàn)的。若單擊“變量曲線”鈕，即顯示變量的坐標(biāo)曲線圖；若單擊“數(shù)據(jù)表”鈕，即顯示仿真結(jié)果數(shù)據(jù)表。4.2系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的實(shí)習(xí)指導(dǎo)4.2.1實(shí)習(xí)目的1、鞏固系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)的基本原理

9、和方法步驟；2、掌握系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的建立、輸入、仿真、輸出及應(yīng)用方法與技巧；3、求取系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的仿真結(jié)果并應(yīng)用于科學(xué)決策；4、掌握系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的變換應(yīng)用方法。4.2.2實(shí)習(xí)內(nèi)容實(shí)習(xí)內(nèi)容為我國(guó)水資源可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。1、水資源可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖IPPIVmhpk:IFFKITVlLTNDLTQAfCTFPACTtwvc!pnn_wnc/町兀LWC師圖-ImetwcmccAPLWCTFCImvi第 頁TWQ水資源可持續(xù)發(fā)展供水量MUTWR可用總水量RUWR重復(fù)利用水率SDC可持續(xù)發(fā)展開采水資源因子LWC生活配水系數(shù)PQ人口數(shù)PIQ人口出生率IWRQ工業(yè)用水需求WTPC水技術(shù)人員

10、因子WTIC水技術(shù)進(jìn)步因子PWDQ污水排放量PWLR污水比率PWAT污水凈化時(shí)間TWPWC供水導(dǎo)致污水因子PWLS污水率參考值TWC第三產(chǎn)業(yè)配水系數(shù)dTPFC農(nóng)業(yè)供水事業(yè)投資比率AWC農(nóng)業(yè)配水系數(shù)TTND第三產(chǎn)業(yè)供水緊張程度IWC工業(yè)配水系數(shù)IPAIV工業(yè)產(chǎn)值實(shí)際增長(zhǎng)速度ITW工業(yè)供水量第 頁ITND工業(yè)供水緊張程度IP工業(yè)產(chǎn)值LRWQ生活需水量ITPFC工業(yè)供水事業(yè)投資比率WTP水技術(shù)人員數(shù)PDQ人口死亡率ATW農(nóng)業(yè)供水量ATND農(nóng)業(yè)供水緊張程度APAIV農(nóng)業(yè)產(chǎn)值實(shí)際增長(zhǎng)速度AP農(nóng)業(yè)產(chǎn)值TP第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值TTWI第三產(chǎn)業(yè)供水事業(yè)投資TTPFC第三產(chǎn)業(yè)供水事業(yè)投資比率TWRQ第三產(chǎn)業(yè)用水需求AW

11、RQ農(nóng)業(yè)用水需求TTW第三產(chǎn)業(yè)供水量TPAIV第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值實(shí)際增長(zhǎng)速度LTND生活供水緊張程度PDR人口死亡率控制因子IWIR工業(yè)用水增長(zhǎng)率3、模型該模型的主要方程是：TWQ=MUTWQ*TWCC*(1+RUWR+SDC+WTIC*WTP)*ATWC*TTWC*ITWCPDQ=PDR*PQ*PWDQ/LTNDITWI=IFCI*ITPFCIP=INTEG(IPR,5.251e+011)IWRIV=IP*IWAPCIPR=IP*IPAIV*IPAIVCIFCI=IFPAC*IPIWRQ=INTEG(IWIR,3.2E+010)PWLGR=TWPWC*TWQPWLAR=PWDQ/PWATPWDQ=

12、INTEG(+PWLGR-PWLAR,3.487E+010)PQ=INTEG(+PIQ-PDQ,1.093E+009)LWRQ=INTEG(LWIR,1.97E+010)LWRIV=LWAPC*PQLWIR=LWRIV*LWRQ(注：三個(gè)產(chǎn)業(yè)的方程中以工業(yè)為例)4.2.3以我國(guó)水資源可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型為實(shí)習(xí)內(nèi)容，其具體實(shí)習(xí)過程是:第 頁9第 頁1、繪制流圖在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，先繪制該模型的因果圖，然后再繪制出流圖。2、編寫模型的方程根據(jù)流圖編寫出模型所有方程及參數(shù)值的確定。3、輸入流圖采用圖示工具，將繪制的流圖輸入計(jì)算機(jī)。4、輸入方程和參數(shù)采用模型建立窗口提供的功能，將模型的方程和輔助方

13、程輸入計(jì)算機(jī)。5、運(yùn)行模型模型方程及輔助方程輸入完畢，即可執(zhí)行運(yùn)行命令進(jìn)行模型模擬。6、輸出運(yùn)行結(jié)果單擊數(shù)據(jù)集分析工具條中的“變量曲線”鈕，即顯示變量曲線圖如下：nVFo宀召M(fèi)i朽塔耕0.8:|1b【xa歩x荃軍宴飆謹(jǐn)t同4.JJ、KE1/、CM19571999仿真模擬運(yùn)行就是修改參數(shù)進(jìn)行多方案試驗(yàn)?zāi)M運(yùn)行，以選擇最佳方案，供科學(xué)決策參考。4.2.4SD再次通過人口系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的建立、輸入、運(yùn)行、模擬等整個(gè)過程，使進(jìn)一步掌握SD模型的應(yīng)用方法與技巧。1、準(zhǔn)備工作(1)繪制流圖人口模型流圖如圖8-5第 頁9第 #頁fl飯鈾細(xì)押CHP/x(2)編寫人口SD模型.郵！H人口SD的方程及輔助方程如下

14、：NOTEDEATHRATEAHr如賀/嗽mi粘恤L2穢爪慌血.口/8-5血一D模型流圖NP-PLOpULATIONMODDT*(BBR-BIRTHRATEDR第 #頁9第 #頁第 #頁9第 #頁RBR.KL=BW.K*NBR*CC.KARBR.K=NBR*CC.KNOTERBRREALBIRTHRATEANAL.K=RBR.K*CBPCCBP=30NOTENAL-NATALITYFORLIFENOTECBP-CHILD-BEARINGPERIODNOTEBW-BIRTHWOMEN第 頁9第 #頁NOTECC-CONTROLCOEFFICIENTNOTENBRNORMALBIRTHRATEOF

15、BIRTHWOMENCNBR=0.25NTIME=1964ABW.K=P.K*PRPCPRP=0.2NOTEPRP-THEPROPORTIONOFBWINPRDR.KL=P.K*AMTCAMT=0.0061NOTEAMT-AVERAGEMORTALITYAPD.K=P.K/AREACAREA=473250NOTEPD-POPULATIONDENSITYACC.K=TABHL(TCC,PD.K,40,80,10)TTCC=1/.85/.6/.2/.2NOTETCC-CONTROLCOEFFICIENTTABLENOTECONTROLSTATEMENTSPECDT=1/LENGTH=2004/PR

16、TPER=2/PLTPER=2PRINTP,BR,DR,PD,BW,CC,RBR,NALPLOTP=P/BW=B(4000000,10000000)/BR=R,DR=D/PD=8*RUNRUN1(3)運(yùn)行結(jié)果參考運(yùn)行結(jié)果如下：運(yùn)行結(jié)果數(shù)據(jù)如表8.2、.3所示。表8.2V項(xiàng)-目年體值實(shí)際值計(jì)算值相對(duì)誤差1964年2013萬2013萬0%1973年2823萬2750萬2.2%1982年3267萬3213萬1.6%表8.3TIMEPBRDRPDBWCCRBRNALEEEEEEEEE0006030030003000000196420.13968122424026.961.2407.21196621.8

17、991133464365.908.2276.81196823.51005143494709.853.2136.40197025.2967154535049.766.1915.74197226.8915163565369.681.1705.11197428.3855172595663.604.1514.53197629.6735180625923.496.1243.72197830.6625187646133.408.1023.06198031.4532192666298.338.0842.53198232.1456196676426.284.0712.13198432.6396198686523.243.0601.82198632.9349201696597.211.0521.58198833.2332202706652.200.0501.50199033.5335204706704.200.0501.50199233.7337206716757.200.0501.50199434.0340207716810.200.0501.50199634.3343209726863.200.0501.50199834.5345210736917.200.0501.50