[发明专利]一种数学模型验模工具

说明书

一种数学模型验模工具，它涉及数学模型仿真验模技术领域。它包含灵敏度分析模块，用于考察数学模型中一组灵敏度系数的变化给数学模型输出造成的影响情况来分析判断模型的有效性；频谱分析模块，用于采用平稳随机过程算法和广义平稳随机过程算法，对数学模型频域中的统计特性进行分析；不确定性分析模块，用于评估仿真输入参数的不确定性对系统输出的影响程度，进而判断是否会出现因输入的不确定性导致的失效并计算失效概率。提供的数学模型验模工具，实现了模型数据的建立和管理；通过灵敏度分析、频谱分析和不确定性分析，基于频谱分析的统计推断，对复杂系统的仿真数学模型逐层进行验证和确认，进而形成验证和确认后的高精度模型。

技术领域

本发明涉及数学模型仿真验模技术领域，具体涉及一种数学模型验模工具。

背景技术

近年来，随着计算机科学技术的不断发展，建模与仿真(M&S)技术不断应用到复杂系统的建模中，主要的应用领域为航空航天，汽车船舶，工程机械，液压控制等系统的。建立复杂系统的数学模型并对其进行仿真研究，已经成为复杂系统研究的重要途径。通过建模与仿真，对复杂系统的性能做出分析与评价，不仅能够提升系统的设计水平，而且还是缩短研制周期、降低研制风险与费用的有效途径。

在控制系统的研制过程中，已经大量的采用了仿真的手段进行设计方案的性能评估，如建立Matlab/Simulink仿真模型，AMEsim仿真模型等，并基于仿真模型的预测结果来指导型号产品的设计和优化。但是，如何保证复杂系统的仿真系统模型结果的正确性，是仿真工作者面临的一个难题。如何提高仿真的精度和可信度，使仿真技术在产品设计过程中发挥更大的作用，是科研人员迫切需要解决的一个问题。

目前，国内外对如何保证建模与仿真(M&S)系统的正确性和可信度，进行了大量的研究。其中，通过采用V&V(Verification and Validation，验证与确认)技术对仿真模型进行验证和确认，保证建模和仿真系统的精度和可信度，是提升仿真模型的预测能力的一种有效的途径。V&V(Verification and Validation，验证与确认)技术源自于美国，于1979年由美国计算机模拟协会正式提出。主要通过科学的方法、标准的流程、专业的算法对模型进行验证和确认，不断为模型的产生证明，并据此建立模型的置信度。目前，模型V&V已经成为工程界普遍接受的一种方法。

其中，数学模型V&V是一项系统工程，需要按照一定的验模流程，采用专业工具才能完成相关的验证和确认工作，目前，开展数学仿真模型的验证和确认，还存在以下难点：仿真验模缺乏标准指导:

仿真验模工作非常重要。但目前，缺乏成熟的标准指导，V&V标准在国外已经发展几十年，但在国内才刚刚起步，成熟的产品解决方案比较少。

仿真结果与实验结果比较的效率低:

通过数值仿真分析，可以提前获知产品的性能。为了提高仿真结果的可信度，通常需要将仿真结果与实验结果进行比较，即模型确认。但传统采用的模型确认方式是手工的简单对比，效率低。

无法实现仿真模型的自动修正:

当仿真结果和实验结果出现偏差时，没有系统的方法指导工程师进行模型修正。依靠简单拼凑数据的方法，容易得出错误的模型。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种数学模型验模工具，它提供数学模型验模工具，提供了验模流程和可调用的仿真工具，并实现了模型数据的建立和管理。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：它包含

灵敏度分析模块，用于考察数学模型中一组灵敏度系数的变化给数学模型输出造成的影响情况来分析判断模型的有效性；