第8章控制系统仿真工具-大连海事大学研究生院.doc

第8章 控制系统仿真工具 8.1 仿真工具概述 计算机是系统仿真最重要的工具，用于仿真的计算机基本可分为通用计算机和专用计算机。常用的仿真语言有C语言、Visual Basic和Matlab。C语言主要用于仿真研究后直接进行实际工程应用(单片机、工控机等)且对界面要求不高的情况；Visual Basic主要用于仿真研究后直接进行实际工程应用(微机、工控机)且要求界面设计美观的情况；而Matlab主要用于纯仿真研究，以便得出一些具有参考意义的结论。 除计算机以外，仿真工具还包括两类仿真器：专用的物理仿真器和用于训练操纵人员的所谓操纵训练仿真器。 8.2 VB语言仿真 (1) Visual Basic的优点 1976年, 现任美国微软公司总裁Bill Gates(比尔· 盖茨)先生和Paul Allen开发出了Basic语言的早期版本。1998年12月微软公司正式推出Visual Basic 6.0中文版本，尤其是近3年，Visual Basic几乎是两年更新一个版本，说明Visual Basic程序开发的投资力度和受重视的程度。可以说Visual Basic是Bill Gates先生的招牌，他是靠Basic语言起家的，故其发展的速度和投资力度是有保证的；另一方面，Visual Basic的迅猛发展也是其应用广泛和受用户喜爱的一个标志。 用VB编程具有以下5个优点： 1)用户图形界面编程工作量少。一个实际的软件编程可分为图形界面编程和非图形界面编程两部分，分别代表用户可见的和不可见的部分。由于VB编程面向用户图形界面，用户只需按设计风格和实际要求将VB系统环境所提供的基本元素(包括按钮、图片、文本框、标签等)放在窗体中，然后更改其属性表即可，就像用各种事先做好的模具来绘画一样，只需按脑海中构想的图找到相应的模板在图画纸的相应位置上画好，然后涂上颜色就行了。所以说用VB编程，用户可见部分的图形界面编程的工作量大大降低，从而缩短了软件的开发周期。 2)VB编程以事件驱动为机制。用户的任何一个动作都产生一个事件，如按鼠标左键、击键等，如果给一个事件编程了，则当该事件发生时就会产生执行效果。可以给所有可能发生的事件都编程，则任何一个事件发生都会产生效果。就像玩捅开纸格中奖游戏一样，如果每一个纸格后面都藏有奖品，则每捅开一次纸格都会中奖，只不过奖品不同而已。也有可能纸格后面没有藏奖品(相当于某一事件没有编程)，则捅开该纸格后将得不到奖品(相当于该事件发生后将没有执行效果)。同时其事件驱动的编程机制使得程序设计起来容易，读起来直观，使用起来方便。 3)VB采用面向对象的程序设计方法，程序代码具有良好的可重用性、可扩充性和可修改性。 4)VB 6.0作为Windows编程技术之一，具有Windows环境所具有的5大优点：即标准的图形用户界面、动态链接(DDL)、多任务、设备独立性及直接操作特性。 5)由于VB的用户越来越多，很多计算机软件公司相继开发出适于VB的工具箱，目前由第三方(即非Microsoft公司和用户以外的第三计算机软件开发方)开发的VB工具箱已达上百种，故VB程序设计随时间的推移会越来越简单。 关于Visual Basic程序设计的学习请参见文献[28]和文献[29]。 (2)用VB进行计算机仿真的工作步骤 1)将要仿真的系统数学模型写成微分方程组形式，并编写成函数或普通过程。 2)选择适当的系统离散化方法，并编写成函数或普通过程。 3)计算或估算出系统的采样步长大小。 4)对控制器选择适当的离散化方法，写出递推公式。 5)给定输入，按反馈系统信号传递方式，由递推公式，求出输出。 6)判断输出的精度是否满足要求，如果满足要求转步骤7，否则转步骤5。 7)画仿真曲线，输出仿真数据，并根据仿真结果进行分析，给出结论。 在进行连续系统数字仿真时，离散方法的选择十分重要。但是究竟如何选择，至今没有一种具体办法。所以，只能根据实际系统的性能、所要求的精度和计算机的速度、内存等性能等实际情况的不同具体选择一个较为合适的离散方法。 下面给出4阶龙格(库塔法的VB程序清单： Sub rk4 () Dim i, j As Integer u(0) = .5 * h u(1) = u(0) u(2) = h u(3) = h u(4) = u(0) For i = 0 To n 赋数组初始值 f(i) = 0# xr(i) = x(i) yw(i) = x(i) Next i For i = 0 To 3 fss 计算k1,k2,k3,k4，fss为数学模型微分方程组过程名 For j = 0