第一章 Simulink简介.pptVIP

Simulink简介 1.1 动态系统的计算机仿真 1.2 动态系统的Simulink仿真 1.1 动态系统的计算机仿真 1.1.1 系统与模型 系统 系统是指具有某些特定功能，相互联系、相互作用的元素的集合。 系统具有两个基本特征：整体性和相关性。 对于任何系统的研究都必须从如下三个方面考虑： (1) 实体：组成系统的元素、对象。 (2) 属性：实体的特征。 (3) 活动：系统由一个状态到另一个状态的变化过程。 系统仿真主要研究系统的动态变化及影响系统动态变化的外部因素——环境。 2. 系统模型 系统模型是对实际系统的一种抽象，是对系统本质(或是系统的某种特性)的一种描述。 1.1.2计算机仿真 1. 仿真的概念 2. 仿真分类 按照实现方式的不同可以将系统仿真分为如下几类： (1) 实物仿真：又称物理仿真。它是指研制某些实体模型，使之能够重现原系统的各种状态。 (2) 数学仿真：数学仿真就是用数学语言去表述一个系统，并编制程序在计算机上对实际系统进行研究的过程。 (3) 半实物仿真：又称数学物理仿真或者混合仿真。 3. 计算机仿真 计算机仿真是在研究系统过程中根据相似原理，利用计算机来逼真模拟研究对象。研究对象可以是实际的系统，也可以是设想中的系统。 计算机作为一种最重要的仿真工具，已经推出了模拟机、模拟数字机、数字通用机、仿真专用机等各种机型并应用在不同的仿真领域。 1.1.3仿真的作用 (1) 优化系统设计。在实际系统建立以前，通过改变仿真模型结构和调整系统参数来优化系统设计。如控制系统、数字信号处理系统的设计经常要靠仿真来优化系统性能。 (2) 系统故障再现，发现故障原因。实际系统故障的再现必然会带来某种危害性，这样做是不安全的和不经济的，利用仿真来再现系统故障则是安全的和经济的。 (3) 验证系统设计的正确性。 (4) 对系统或其子系统进行性能评价和分析。多为物理仿真，如飞机的疲劳试验。 (5) 训练系统操作员。常见于各种模拟器，如飞行模拟器、坦克模拟器等。 (6) 为管理决策和技术决策提供支持。 1.1.4 仿真算法和仿真软件 1. 仿真算法 根据软件功能，仿真软件可分为以下三个层次： (1) 仿真程序库：由一组完成特定功能的程序组成的集合，专门面向某一问题或某一领域。它可能是用通用的语言(C++、FORTRAN等)开发的程序软件包，也可能是依附于某种集成仿真环境的函数库或模块库。 (2) 仿真语言：仿真语言多属于面向专门问题的高级语言，它是针对仿真问题，在高级语言的基础上研制的。 (3) 集成仿真环境：它是一组用于仿真的软件工具的集合，包括设计、分析、编制系统模型，编写仿真程序，创建仿真模型，运行、控制、观察仿真实验，记录仿真数据，分析仿真结果，校验仿真模型等。 1.1.5计算机仿真的一般过程 (1) 描述仿真问题，明确仿真目的。 (2) 项目计划、方案设计与系统定义。 (3) 数学建模。 (4) 仿真建模 (5) 试验： (6) 仿真结果分析 1.2 动态系统的Simulink仿真 1.2.1Simulink 简介 简而言之，Simulink具有以下特点： (1) 基于矩阵的数值计算。 (2) 高级编程语言。 (3) 图形与可视化。 (4) 工具箱提供面向具体应用领域的功能。 (5) 丰富的数据 I/O 工具。 (6) 提供与其它高级语言的接口。 (7) 支持多平台(PC / Macintosh / UNIX)。 (8) 开放与可扩展的体系结构。 1.2.2 Simulink的应用领域 * 系统模型 实体模型 数学模型 根据系统之间的相似性而建立起来的物理模型 Eg：风洞模型，建筑模型 原始系统数学模型 仿真系统数学模型 对系统的原始数学描述 是一种适合在计算机上演算的模型，主要是指根据计算机的运算特点、仿真方式、计算方法、精度要求将原始系统数学模型转换为计算机程序。 表1.1 数学模型分类 模型类型 静态系统模型 动态系统模型 连续系统模型 离散系统模型 集中参数 分布参数 离散时间 数学描述 代数方程 微分方程 状态方程 传递函数 偏微分方程 差分方程 离散状态方程 概率分布排队论