华东交通大学教材MATLABSimulink与控制系统仿真王正林(第3版)电子工业出版社matlab第1章.ppt

* * * * * * * * * * * * MATLAB及工程应用 教材《MATLAB/Simulink与控制系统仿真》 王正林（第3版） 电子工业出版社 计划学时: 40 (20上课+20上机) 1~14周 单周上课，双周实验 1.4 控制系统仿真基本概念 系统仿真作为一种特殊的试验技术，在20世纪 30～90 年代的半个多世纪中经历了飞速发展，到今天已经发展成为一种真正的、系统的实验科学。 仿真的基本思想：利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求对真实过程的认识，它所遵循的基本原则是相似性原理。 第 1 章 自动控制系统与仿真概述 一、计算机仿真基本概念 计算机仿真——基于所建立的系统仿真模型，利用计算机对系统进行分析与 研究的技术与方法。 1、模型——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。 模型分三类 （1）物理模型：客观存在的实体。 （2）数学模型：从功能或结构上进行相似，用数学方法再现原型的功能或结构特征。 （3）仿真模型：根据数学模型，用仿真语言转化为计算机可以实现的模型。 物理仿真：采用物理模型。具有实时、在线的特点。 效果逼真、精度高，但造价高、耗时长。 数学仿真：采用数学模型，在计算机上进行。具有非实时、离线的特点。 经济、快速、实用。 按模型分类 2、仿真分类 按计算机类型分类 模拟仿真：采用数学模型，在模拟计算机上进行的仿真实验。 数字仿真：采用数学模型，在数字计算机上进行的仿真实验。 混合仿真：结合模拟仿真与数字仿真的技术和特点。 现代计算机仿真：采用微型计算机，基于专用的仿真软件、仿真语言来实现。 是当前主流的仿真技术与方法。 3、仿真应用 仿真技术有着广泛的应用，而且应用的深度和广度也越来越大，目前主要应用在 （1）航空与航天工业 （2）电力工业 （3）原子能工业 （4）石油、化工及冶金工业 （5）非工程领域，如医学、社会学、宏观经济等。 4、仿真技术应用意义 仿真技术的应用具有重要的意义，主要体现在 （1）经济 （2）安全 （3）快捷 （4）具有优化设计和预测的特殊功能 二、控制系统仿真 控制系统仿真是系统仿真的一个重要分支，它是一门涉及自动控制理论、计算数学、计算机技术、系统辨识、控制工程以及系统科学的综合性新型学科。 控制系统仿真是以控制系统模型为基础，采用数学模型替代实际控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验、分析、评估及预测研究的一种技术与方法。 控制系统仿真通过控制系统的数学模型和计算方法，编写程序运算语句，使之能自动求解各环节变量的动态变化情况，得到关于系统输出和所需中间各变量的有关数据、曲线等，以实现对控制系统性能指标的分析与设计。 三、控制系统计算机仿真基本过程 1.建立数学模型：微分方程 2.建立仿真模型：传递函数 3.编写仿真程序：matlab/simulink 4.进行仿真实验并分析实验结果 1.5 MATLAB/Simulink下的控制系统仿真 控制系统的MATLAB/Simulink仿真有两种途径： (1)在MATLAB命令窗口下，运行M文件，调用指令和各种用于系统仿真的函数，进行系统仿真。 (2)直接在Simulink窗口进行面向系统结构方框图的系统仿真 这两种方式可解决任意复杂系统的动态仿真问题。 一、MATLAB适合控制系统仿真的特点 MATLAB具有以下主要特点，非常适合于控制系统的仿真 （1）强大的运算功能：向量、数组、矩阵、复数运算、 求解高次微分方程、常微分方程。 （2）特殊功能的TOOLBOX工具箱：算法包 （3）高效的编程效率：库函数 （4）简单易学的编程语言：脚本语言 （5）方便友好的编程环境 二、Simulink适合控制系统仿真的特点 Simulink是matlab重要软件包，用于动态系统仿真。 适用于连续系统和离散系统，也适用于线性系统和非线性系统。 它采用系统模块直观地描述系统典型环节，可方便地建立系统模型而不需要花较多时间编程。 由于这些特点，Simulink广泛流行，是最受欢迎的仿真软件。 1.6 MATLAB中控制相关的工具箱 Matlab有一个专用的产品系列，用于解决不同领域的问题，称之为工具箱（toolbox）。Matlab工具箱是用matlab语言编写的特定应用方向的工具。 MATLAB中与控制相关的基础工具箱主要有6个： 控制系统工具箱（Control System Toolbox）