MATLAB语言与控制系统仿真.pptx

MATLAB语言与控制系统仿真 华中科技大学电气与电子工程学院应用电子工程系 康勇 李勋 二00一年十一月 通过本课程的学习 ， 使学生初步掌握当前流行 的演算式MATLAB语言的基本知识 ， 结合所学 课程《自动控制原理》 ， 学会运用MATLAB语 言进行控制系统仿真和辅助设计的基本技能， 为今后从事科学研究打下较好的基础。 课程任务 第一章 计算机仿真和辅助设计概述（ 1） 第二章 MATLAB语言基础（5） 第三章 控制系统的数学描述与建模（4） 第四章 控制系统的分析方法（4） 第五章 SIMULINK仿真基础（6） 学时安排与考试形式 总学时： 32（其中上机学时12） 考试方式： 上机操作 教学内容 • 《MATLAB语言与自动控制系统设计》机械工业出版社 ， 1997年 ， 魏克 新 • 《控制系统数字仿真与CAD》机械工业大学出版社 ， 1999年 ， 张晓华 • 《反馈控制系统设计与分析—— MATLAB语言应用》清华大学出版社， 2000年 ， 薛定宇 • 《基于MATLAB的系统分析与设计——控制系统》 ， 西安电子科技大学 出版社 ， 1999年 ， 楼顺天 • 《MATLAB5. X应用与技巧》 ， 科学出版社 ， 1999年 ， 蒙以正 • 《MATLAB5.X入门与应用》 ， 科学出版社 ， 1999年 ， 柳承茂 • 《MATLAB电子仿真与应用》 ， 国防工业出版社 ， 2001年 ， 韩竹利 参考书目 CH1、计算机仿真和辅助设计概述 第一节 计算机仿真和辅助设计的基本 概念 一、初识控制系统计算机仿真和辅助设计 例exp1_1.m 例exp1_2.m/exp1_3.m/exm1_2.mdl 二、计算机辅助设计与仿真的概念 1、计算机辅助设计的概念 • 计算机辅助设计（CAD） 技术是利用计算机高速 而精确的计算能力、大容量存储和处理数据的能 力 ， 结合设计者的综合分析、逻辑判断及创造性 思维 ， 用以加快设计进程、缩短设计周期、提高 设计质量的技术。 • 说明： 计算机辅助设计从广义上来讲它包含了计算 机仿真的内容 ， 从狭义上说它的主要工作是利用计 算机的运算能力来处理设计者手工处理所遇到的不 便与繁琐。 2、计算机仿真的概念 仿真的定义 • 仿真的基本思想是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。 计算机仿真的定义 • 计算机仿真是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方法。 三 、计算机仿真模型 1、模型的定义 • 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。 2、模型的分类 （1） 物理模型 • 指不以人的意志为转移的客观存在的实体 ， 如： 飞 行器研制中的飞行模型； 船舶制造中的船舶模型等。 （2） 数学模型 • 是从一定的功能或结构上进行相似 ， 用数学的方法 来再现原型的功能或结构特征。 （3） 仿真模型 • 指根据系统的数学模型 ， 用仿真语言转化为计算机 可以实施的模型。 四 、计算机仿真的三要素及基本步骤（内容） 1、三要素 （1） 系统： 研究的对象 （2） 模型： 系统的抽象 （3） 计算机： 工具与手段 2、基本步骤 • 包括三个基本的内容： 建模 仿真实验 结 果分析 一 、按模型分类 1、物理仿真： 采用物理模型 ， 有实物介入！ • 具有效果逼真 ， 精度高等优点 ， 但造价高或耗时长， 大多在一些特殊场合下采用（如导弹、卫星一类飞 行器的动态仿真 ， 发电站综合调度仿真与培训系统 等） ， 具有实时性、在线的特点。 2、数学仿真： 采用数学模型 • 在计算机上进行 ， 具有非实时性、离线的特点 ， 经 济、快速、实用。 第二节 仿真的分类 1、模拟仿真： 采用数学模型 ， 在模拟计算机上进行 的实验研究 。50年代 • 描述连续物理系统的动态过程比较自然、逼真 ， 具有仿真速度快、失真小、结果可靠的优点 ， 但 受元器件性能影响 ， 仿真精度较低 ， 对计算机控 制系统的仿真较困难 ， 自动化程度低。 • 模拟计算机的核心是运算部分 ， 它由我们熟知的 “模拟运算放大器 ”为主要部件所构成。 2、数字仿真： 采用数学模型 ， 在数字计算机上借助 于数值计算方法