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MATLAB基础知识讲述
2 几种仿真软件 1、PSPICE、ORCAD:通用的电子电路仿真软件,适合于元件级仿真。 2、SYSTEM VIEW:系统级的电路动态仿真软件 3、MATLAB:具有强大的数值计算能力,包含各种工具箱,其程序不能脱离MATLAB环境而运行,所以严格讲,MATLAB不是一种计算机语言,而是一种高级的科学分析与计算软件。 4、SIMULINK:是MATLAB附带的基于模型化图形组态的动态仿真环境。 * 3 控制系统计算机辅助设计与仿真技术的发展综述 早期的控制系统设计可以由纸笔等工具容易地计算出来,如 Ziegler 与 Nichols 于1942年提出的 PID 经验公式就可以十分容易地设计出来。 随着控制理论的迅速发展,光利用纸笔以及计算器等简单的运算工具难以达到预期的效果,加之在计算机领域取得了迅速的发展,于是很自然地出现了控制系统的计算机辅助设计 (computer-aided control system design , CACSD)方法。 * 控制系统的计算机辅助设计技术的发展目前已达到了相当高的水平,并一直受到控制界的普遍重视。 早在1982年12 月和1984 年12 月,控制系统领域在国际上最权威的IEEE控制系统学会的控制系统杂志(Control Systems Magazine)和IEEE学会的科研报告集(Proceedings of IEEE)分别第一次出版了关于CACSD的专刊 近三十年来,随着计算机技术的飞速发展,各类CACSD 软件频繁出现且种类繁多,MATLAB 语言出现以来,就深受控制领域学生和研究者的欢迎,已经成为控制界最流行、最有影响的通用计算机语言,成为控制界学者的首选。 3 控制系统计算机辅助设计与仿真技术的发展综述 * MATLAB 作为主要程序设计语言来介绍控制系统计算机辅助设计的算法,可以使读者将主要精力集中在控制系统理论和方法上,而不是将主要精力花费在没有太大价值的底层重复性机械性劳动上,这样可以对控制系统计算机辅助设计技术有较好的整体了解,避免“只见树木,不见森林”的认识偏差,提高控制器设计的效率和可靠性。 4 MATLAB/Simulink与 CACSD 工具箱 * MATLAB 目前已经成为控制界国际上最流行的软件,它除了传统的交互式编程之外,还提供了丰富可靠的矩阵运算、图形绘制、数据处理、图像处理、方便的 Windows 编程等便利工具。 此外,控制界很多学者将自己擅长的 CAD 方法用MATLAB 加以实现,出现了大量的 MATLAB 配套工具箱。如控制界最流行的控制系统工具箱、系统辨识工具箱、鲁棒控制工具箱、多变量频域设计工具箱、μ分析与综合工具箱、神经网络工具箱、最优化工具箱、信号处理工具箱、以及仿真环境 Simulink。 4 MATLAB/Simulink与 CACSD 工具箱 * * 1.2 系统、模型与数字仿真 仿真三要素 仿真原则:相似性原则 * G.Golden---- “按照某些规律结合起来,互相作用、互相依存的所有实体的集合或总和”。 1 系统 * 系统 确定边界、输入、输出 描述系统“三要素”:实体、属性、活动 ――实体确定了系统的构成,也就确定了系统的边界; ――属性也称为描述变量,描述每一实体的特征; ――活动定义了系统内部实体之间的相互作用,从而确定了系统内部发生变化的过程。 边界 环境 系统 输入 输出 * 系统 (续) 电动机转速闭环控制系统 实体:电动机、测速元件、比较元件以及控制器。 相互作用:实现按给定要求调节电动机的速度 输入量变为数字量 频压转换 * 2 模型 模型――实际系统本质的抽象与简化 (1)真实的系统尚未建立 (2)可能会引起系统破坏或发生故障 (3)难以保证每次试验的条件相同 (4)试验时间太长或费用昂贵 模型分为两大类 ――物理模型,采用一定比例尺按照真实系统的“样子”制作沙盘模型 ――数学模型,用数学表达式形式来描述系统的内在规律。 模型是对现实系统有关结构信息和行为的某种形式的描述,是对系统的特征与变化规律的一种定量抽象,是人们认识事物的一种手段或工具。 * 系统模型层次 行为层次――亦称为输入/输出层次 将系统视为一个“黑盒”,在输入信号的作用下,只对系统的输出进行测量; 分解结构层次 将系统看成若干个黑盒连接起来,定义每个黑盒的输入与输出,以及它们相互之间的连接关系; 状态结构层次 不仅定义了系统的输入与输出,而且还定义了系统内部的状态集及状态转移函数。 * Or?n分类: 模型描述变量的 轨 迹 模型的 时间集合 模 型 形 式 变量范围 连续 离散 空间连续变化模型 连续时间 模型 偏微分方程 ? 空间不连续变化模型
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