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1、北京九州恒润科技有限公司 2004 12006年3月6日星期一 MATLAB基于模型的控制系统设计 系统设计与算法仿真 2006年3月6日星期一 2 恒润科技有限公司 2004 系统开发过程 需求定义需求定义 系统设计 规范 系统设计 规范 子系统设计子系统设计 子系统 实现 子系统 实现 子系统集成 与测试 子系统集成 与测试 系统级集成 与测试 系统级集成 与测试 全系统集成 与测试 全系统集成 与测试 2006年3月6日星期一 3 恒润科技有限公司 2004 ?系统建模 ?系统分析 ?控制器设计 ? 系统设计与算法仿真 需求定义需求定义 系统设计 规范 系统设计 规范 子系统设计子系统设
2、计 子系统 实现 子系统 实现 子系统集成 与测试 子系统集成 与测试 系统级集成 与测试 系统级集成 与测试 全系统集成 与测试 全系统集成 与测试 我们的话题 2006年3月6日星期一 4 恒润科技有限公司 2004 控制系统设计中用到的MATLAB产品 ?MATLAB ?所有设计环境的基础 ?Simulink ?用于动态系统的建模、仿真和分析 ?Stateflow ?用于事件驱动逻辑/行为系统的建模、仿真 ?Real-Time Workshop，Stateflow coder ?从模型生成准确可靠的嵌入式代码 ?Control System Toolbox ?控制算法的开发 ?图形化交互
3、式闭环控制分析 ?其它控制系统设计高级工具箱 2006年3月6日星期一 5 恒润科技有限公司 2004 控制系统设计中用到的MATLAB产品(续) ?Simulink 控制系统设计工具 ?Simulink Blocksets ?系统建模的专业模块集合 ?Real-Time Windows Target ?xPC Target ?基于PC的快速原型与硬件在回路仿真平台 ?dSPACE(第三方产品) ?快速控制原型及硬件在回路仿真的统一解决方案 ? 2006年3月6日星期一 6 恒润科技有限公司 2004 MATLAB环境 ?高级解释编程语言 ?基于矩阵的数值计算 ?图形和可视化 ?GUIDE ?
4、工具箱函数的基础 2006年3月6日星期一 7 恒润科技有限公司 2004 MATLAB工具箱 ?专业领域功能函数集合 ?数据采集 ?控制系统设计 ?信号处理 ?统计 ?优化 ? ?超过30个专业应用领域 2006年3月6日星期一 8 恒润科技有限公司 2004 数据采集工具箱 ?Data Acquisition Toolbox ?第三方数据采集卡 ?Agilent E series ?使用NI-DAQ驱动包的NI数据采集卡 ?Measurement Computing Corporation ?Keithly demoai_acoustic chirpsignal_ao 集成的数据 采集与分
5、析 环境 集成的数据 采集与分析 环境 MATLAB 2006年3月6日星期一 9 恒润科技有限公司 2004 仪器 线缆 通讯设备端口 函数发生器 示波器 频谱分析仪 . 指令 /响应 (SCPI) 仪器仪表控制工具箱 ?Instrument Control Toolbox ?借助总线协议访问仪器设备 ?GPIB ?VXI ?VISA ?TCP/IP & UDP ?RS232 RS485 RS422 2006年3月6日星期一 10 恒润科技有限公司 2004 基于模型设计的核心工具Simulink 2006年3月6日星期一 11 恒润科技有限公司 2004 基于模型设计的核心工具Simuli
6、nk ?Simulink ?建立和分析线性、非线性动态系统模型 ?具有层次性的交互式模块框图结构设计方法 ?支持数字、模拟和混合信号及事件驱动逻辑建模仿真 ?支持矩阵数据类型及线性代数运算 ?信号可视化 ?与C代码的协同仿真 ?与MATLAB平台紧密集成 ?良好的操作性与可扩展性（模块与库的扩展） ?Simulink Blockset ?适合不同应用领域的专业模块集合 例如:用于航空航天领域的Aerospace Blockset 用于物理系统建模的SimMechanics Blockset 2006年3月6日星期一 12 恒润科技有限公司 2004 Simulink建模专业模块 ?Aerosp
7、ace Blockset ?SimMechanics ?SimPowerSystems ?SimDriveline ? 2006年3月6日星期一 13 恒润科技有限公司 2004 ?在Simulink中完成机械 系统建模与仿真 ?刚性体运动 ?多体与多关节 ?物理连接关系（约束） ?多坐标系统 ?动力学分析 ?正向动力学分析: 力与扭矩 - 加速度、速度 与位移 ?逆向动力学分析: 加速度、速度与位移 - 力与扭矩 控制系统建模工具 SimMechanics 2006年3月6日星期一 14 恒润科技有限公司 2004 ?使用直观的模块创建系统框图 ?层次化建模 ?直接建立机械系统模型，模拟其运
8、动过程并且分析结果， 避免进行数学公式的推导与变换 ?在Simulink中同时完成被控对象与控制器的建模与分析 ?避免繁琐的接口 ?缩短设计流程 ?实现更好的设计结果 ?SimMechanics & SolidWorks 控制系统建模工具 SimMechanics 2006年3月6日星期一 15 恒润科技有限公司 2004 + = )(sin1 )cos()cos()sin()sin()sin()sin( 2 22 22 ne nnenwL& & Ground Joint 1 Arm 1 Joint 2 Arm 2 dblpend2 mech_dpen.mdl 控制系统建模双摆 2006年3月
9、6日星期一 16 恒润科技有限公司 2004 ?在Simulink中完成电力系统建模与仿真 ?建立发电、输变电等电力系统模型和相应 的控制系统模型 ?适合复杂电力系统的设计应用 ?环控系统 ?电控门窗驱动与座椅调节 ?车辆、船舶和飞机的电力系统 控制系统建模工具 SimPowerSystems 2006年3月6日星期一 17 恒润科技有限公司 2004 ?使用标准的电气符号进行系统建模 ?标准模块： ?AC / DC 电机 ?变换器 ?断路器 ?二极管, IGBT, GTO MOSFET,晶闸管 ?强大的分析手段： ?电流电压的稳态分析 ?设置初始状态 控制系统建模工具 SimPowerSys
10、tems 2006年3月6日星期一 18 恒润科技有限公司 2004 控制系统建模工具Stateflow ?对事件驱动系统进行建模和仿真 ?用图形化方式创建有限状态机 ?状态及状态转移 ?事件定义（全局或局部） ?动作语言 ?流程图 ?具有良好的分层设计结构 ?使用统一的数据结构维护 ?与MATLAB/Simulink无缝结合 ?支持代码生成（Stateflow Coder） 2006年3月6日星期一 19 恒润科技有限公司 2004 控制系统建模工具Stateflow 2006年3月6日星期一 20 恒润科技有限公司 2004 优秀的工具创建真实系统的准确模型 MATLAB产品提供了完整的工
11、具用于 创建复杂动态系统模型 复杂动态系统的建模手段 直接从测量数据 推测模型 按照首要原则 建立模型 使用测量数据 校正模型参数 System Identification Toolbox Neural Network Toolbox Simulink Response Optimization Simulink Parameter Estimation Simulink 2006年3月6日星期一 21 恒润科技有限公司 2004 控制系统设计工具 控制器设计 Control System Toolbox Simulink Control Design Model Predictive Co
12、ntrol ToolBox 模型精炼 System Identification Toolbox Neural Networks Toolbox Simulink Parameter Estimation 参数修正 Simulink Response Optimization 2006年3月6日星期一 22 恒润科技有限公司 2004 ?高级鲁棒算法 ?Robust Control Toolbox ?-Analysis and Synthesis Toolbox ?Linear Matrix Inequality Control Toolbox ?过程控制 ?Model Predictive
13、Control Toolbox ?基于规则的 ?Fuzzy Logic Toolbox ?科学计算 ?Neural Network Toolbox ?Optimization Toolbox ?Statistics Toolbox ?Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox 控制系统设计工具箱 2006年3月6日星期一 23 恒润科技有限公司 2004 System Identification Toolbox 通过实测的时域或者频域数据开发 动态系统模型 主要新特性： ?支持频域数据辨识模型 ?简化低阶系统的辨识过程 ?新函数：ADVICE 优势
14、 ?从实测数据获取控制系统模型 ?为Simulink创建符合首要原则的系统 线性模型 2006年3月6日星期一 24 恒润科技有限公司 2004 Simulink Parameter Estimation 通过实测数据校准系统模型参数 主要特性： ?通过GUI工具管理参数估计过程 ?通过时域瞬态相应数据修订参数 ?Adaptive Lookup Table Builder 优势 ?改进模型设计过程，获取更高精度 的系统模型 ?避免反复的测试、修订误差，节约 优化模型所需的开发时间 2006年3月6日星期一 25 恒润科技有限公司 2004 Simulink Control Design 通过G
15、UI工具简化模型线性化工作并分析 线性化结果. 主要特性 ?通过GUI工具管理模型线性化过程 ?通过多种方式计算系统操作点 ?进行结果验证与线性分析的扩展工具 (LTI Viewer) 优势 ?降低Simulink模型线性化工作的复杂 程度 ?节约有限的开发时间，应用高级的线 性化模型概念 2006年3月6日星期一 26 恒润科技有限公司 2004 Control System Toolbox 进行闭环控制系统设计开发的专用工具 主要新特性 ?性能强大先进的数学计算引擎 SLICOT ，改善计算速度和精度 ?模型降阶的新算法 ?更多改进的算法用于模态分解 优势 ?交互式GUI简化线性系统设计工
16、作 ?与Simulink Control Design互补 2006年3月6日星期一 27 恒润科技有限公司 2004 LTI观测器 load ltiexamples ltiview(sys_dc) 2006年3月6日星期一 28 恒润科技有限公司 2004 SISO系统设计工具 load ltiexamples sisotool(sys_dc) 2006年3月6日星期一 29 恒润科技有限公司 2004 Model Predictive Control Toolbox. 基于MATLAB/Simulink模型设计、仿真 模型预报控制器 主要新特性 ?用于设计仿真预报控制器的GUI ?在Simulink中实现控制器的
