單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真,華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院應(yīng)用電子工程系,康勇 李勛,二00一年十一月,http:/ 計(jì)算機(jī)仿真和輔助設(shè)計(jì)概述（1）第二章 MATLAB語言基礎(chǔ)（5）第三章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述與建模（4）第四章 控制系統(tǒng)的分析方法（4）第五章 SIMULINK仿真基礎(chǔ)（6）,教學(xué)內(nèi)容,學(xué)時(shí)安排與考試形式總學(xué)時(shí)：32（其中上機(jī)學(xué)時(shí)12）考試方,3,參考書目,MATLAB語言與自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械工業(yè)出版社，1997年，魏克新,控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD機(jī)械工業(yè)大學(xué)出版社，1999年，張曉華,反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析 MATLAB語言應(yīng)用清華大學(xué)出版社，2000年，薛定宇,基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，西安電子科技大學(xué)出版社，1999年，樓順天,MATLAB5.X應(yīng)用與技巧，科學(xué)出版社，1999年，蒙以正,MATLAB5.X入門與應(yīng)用，科學(xué)出版社，1999年，柳承茂,MATLAB電子仿真與應(yīng)用，國防工業(yè)出版社，2001年，韓竹利,參考書目MATLAB語言與自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械工業(yè)出版社,4,CH1、計(jì)算機(jī)仿真和輔助設(shè)計(jì)概述,第一節(jié) 計(jì)算機(jī)仿真和輔助設(shè)計(jì)的基本概念,一、初識(shí)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真和輔助設(shè)計(jì),例exp1_1.m 例exp1_2.m/exp1_3.m/exm1_2.mdl,二、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與仿真的概念,1、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的概念,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)高速而精確的計(jì)算能力、大容量存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)的能力，結(jié)合設(shè)計(jì)者的綜合分析、邏輯判斷及創(chuàng)造性思維，用以加快設(shè)計(jì)進(jìn)程、縮短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的技術(shù)。,CH1、計(jì)算機(jī)仿真和輔助設(shè)計(jì)概述第一節(jié) 計(jì)算機(jī)仿真和輔助設(shè),5,說明：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)從廣義上來講它包含了計(jì)算機(jī)仿真的內(nèi)容，從狹義上說它的主要工作是利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力來處理設(shè)計(jì)者手工處理所遇到的不便與繁瑣。,2、計(jì)算機(jī)仿真的概念,仿真的定義,仿真的基本思想是利用物理的或數(shù)學(xué)的模型來類比模仿現(xiàn)實(shí)過程，以尋求對(duì)真實(shí)過程的認(rèn)識(shí)。它所遵循的基本原則是相似性原理。,計(jì)算機(jī)仿真的定義,計(jì)算機(jī)仿真是基于所建立的系統(tǒng)仿真模型，利用計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析與研究的方法。,說明：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)從廣義上來講它包含了計(jì)算機(jī)仿真的內(nèi)容，從,6,1、模型的定義,模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)有關(guān)結(jié)構(gòu)信息和行為的某種形式的描述，是對(duì)系統(tǒng)的特征與變化規(guī)律的一種定量抽象，是人們認(rèn)識(shí)事物的一種手段或工具。,2、模型的分類,（1）物理模型,指不以人的意志為轉(zhuǎn)移的客觀存在的實(shí)體，如：飛行器研制中的飛行模型；船舶制造中的船舶模型等。,（2）數(shù)學(xué)模型,是從一定的功能或結(jié)構(gòu)上進(jìn)行相似，用數(shù)學(xué)的方法來再現(xiàn)原型的功能或結(jié)構(gòu)特征。,三、計(jì)算機(jī)仿真模型,1、模型的定義三、計(jì)算機(jī)仿真模型,7,（3）仿真模型,指根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，用仿真語言轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以實(shí)施的模型。,四、計(jì)算機(jī)仿真的三要素及基本步驟（內(nèi)容）,1、三要素,（1）系統(tǒng)：研究的對(duì)象,（2）模型：系統(tǒng)的抽象,（3）計(jì)算機(jī)：工具與手段,（3）仿真模型,8,2、基本步驟,包括三個(gè)基本的內(nèi)容：建模仿真實(shí)驗(yàn) 結(jié)果分析,2、基本步驟,9,第二節(jié)仿真的分類,一、按模型分類,1、物理仿真：采用物理模型，有實(shí)物介入！,具有效果逼真，精度高等優(yōu)點(diǎn)，但造價(jià)高或耗時(shí)長，大多在一些特殊場合下采用（如導(dǎo)彈、衛(wèi)星一類飛行器的動(dòng)態(tài)仿真，發(fā)電站綜合調(diào)度仿真與培訓(xùn)系統(tǒng)等），具有實(shí)時(shí)性、在線的特點(diǎn)。,2、數(shù)學(xué)仿真：采用數(shù)學(xué)模型,在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，具有非實(shí)時(shí)性、離線的特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)、快速、實(shí)用。,第二節(jié)仿真的分類一、按模型分類,10,二、按計(jì)算機(jī)類型分類,1、模擬仿真：采用數(shù)學(xué)模型，在模擬計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究。50年代,描述連續(xù)物理系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程比較自然、逼真，具有仿真速度快、失真小、結(jié)果可靠的優(yōu)點(diǎn)，但受元器件性能影響，仿真精度較低，對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的仿真較困難，自動(dòng)化程度低。,模擬計(jì)算機(jī)的核心是運(yùn)算部分，它由我們熟知的“模擬運(yùn)算放大器”為主要部件所構(gòu)成。,2、數(shù)字仿真：采用數(shù)學(xué)模型，在數(shù)字計(jì)算機(jī)上借助于數(shù)值計(jì)算方法所進(jìn)行的仿真實(shí)驗(yàn)。60年代,二、按計(jì)算機(jī)類型分類1、模擬仿真：采用數(shù)學(xué)模型，在模擬計(jì)算機(jī),11,計(jì)算與仿真的精度較高。理論上計(jì)算機(jī)的字長可以根據(jù)精度要求來“隨意”設(shè)計(jì)，因此其仿真精度可以是無限，但是由于受到誤差積累、仿真時(shí)間等因素影響，其精度也不易定得太高。,對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的仿真比較方便。仿真實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)化程度較高，可方便地實(shí)現(xiàn)顯示、打印等功能。,計(jì)算速度比較低，在一定程度上影響到仿真結(jié)果的可信度。但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，“速度問題”會(huì)在不同程度上有所改進(jìn)與提高。,數(shù)字仿真沒有專用的仿真軟件支持，需要設(shè)計(jì)人員用高級(jí)程序語言編寫求解系統(tǒng)模型及結(jié)果輸出的程序。,計(jì)算與仿真的精度較高。理論上計(jì)算機(jī)的字長可以根據(jù)精度要求來“,12,3、混合仿真：結(jié)合了模擬仿真與數(shù)字仿真。,4、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真：采用先進(jìn)的微型計(jì)算機(jī)，基于專用的仿真軟件、仿真語言來實(shí)現(xiàn)，其數(shù)值計(jì)算功能強(qiáng)大，使用方便，易學(xué)。80年代以來,http:/ VIEW：系統(tǒng)級(jí)的電路動(dòng)態(tài)仿真軟件,3、MATLAB：具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算能力，包含各種工具箱，其程序不能脫離MATLAB環(huán)境而運(yùn)行，所以嚴(yán)格講，MATLAB不是一種計(jì)算機(jī)語言，而是一種高級(jí)的科學(xué)分析與計(jì)算軟件。,4、SIMULINK：是MATLAB附帶的基于模型化圖形組態(tài)的動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境。,4、模型化圖形組態(tài)階段,20,本章小結(jié),仿真是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究的一種實(shí)驗(yàn)方法，它的基本原則是相似性原理。,數(shù)字仿真具有經(jīng)濟(jì)、安全、快捷的特點(diǎn)。,仿真是在模型上進(jìn)行的，建立系統(tǒng)的模型是仿真的關(guān)鍵內(nèi)容。,系統(tǒng)模型可以分為物理模型、數(shù)學(xué)模型及仿真模型，據(jù)此可將仿真分為物理仿真和數(shù)學(xué)仿真兩大類。,系統(tǒng)、模型、計(jì)算機(jī)是數(shù)字仿真的三個(gè)基本要素，建模、仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析是三項(xiàng)基本內(nèi)容。,MATLAB與SIMULINK是當(dāng)今廣泛為人們采用的控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD應(yīng)用軟件。,本章小結(jié)仿真是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究的一種實(shí)驗(yàn)方法，它的基本原則是相,21,