《控制系统仿真 教学课件 ppt 作者 张袅娜 第1章 绪论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《控制系统仿真 教学课件 ppt 作者 张袅娜 第1章 绪论（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章 绪论,长春工业大学电气与电子工程学院,本章提纲,2,参考书目,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 基于MATLAB/SIMULINK的系统
2、仿真技术与应用 薛定宇 MATLAB 控制系统设计与仿真赵文峰 西安电子科技大学出版社 SIMULINK 动态系统建模与仿真基础李颖 西安电子科技大学出版社 控制系统的数字仿真与CAD 李国勇 电子工业出版社,4,1.1.1 仿真的基本概念,系统仿真是一门多学科的综合性技术，它以相似原理、控制论、系统论、信息技术和其他应用领域的相关专业技术为基础，以计算机和其他各种专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态研究。 仿真的基本思想：利用物理模型或者数学模型来类比模仿现实过程，以寻求对真实过程的认识，它遵循相似性原理。,5,1.1.2 计算机仿真的分类,1按模型分类 (1) 物理仿真
3、：采用物理模型，有实物介入 优点：效果逼真，精度高，实时 缺点：造价高，耗时长 (2) 数学仿真：采用数学模型，在计算机上进行仿真 优点：经济、快速且实用 缺点：非实时、离线,6,1.1.2 计算机仿真的分类,2按计算机类型分类 (1) 模拟仿真：采用数学模型，在模拟计算机上进行的仿真实验 优点：仿真速度快、失真小和结果可靠 缺点：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 (2) 数字仿真：采用数学模型，在数字计算机上借助数值计算方法所进行的仿真实验 优点：计算与仿真精度较高，自动化程度也较高，可方便的实现显示、打印等功能 缺点：计算速度较低，精度受限，没有专用的仿真软件支持，
4、需要设计人员用高级程序设计语言编写程序,7,1.1.2 计算机仿真的分类,2按计算机类型分类 (3) 混合仿真：指将模拟仿真和数字仿真相结合的仿真实验 特点：兼具模拟仿真和数字仿真的特点 (4) 现代计算机仿真：指采用先进的微型计算机，基于专用的仿真软件、仿真语言来进行的仿真实验 特点：数值计算功能强大，易学易用,8,1.1.3 控制系统仿真,控制系统仿真是系统仿真的一个重要分支。 它为控制系统的分析、计算、研究、设计以及控制系统的计算机辅助教学等提供了快速、经济、科学和有效的手段。 控制系统仿真是以控制系统模型为基础，采用数学模型描述实际的控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验、分析、
5、预测和评估的一种技术方法。,9,10,1.2 控制系统仿真研究的步骤,控制系统仿真过程总体上分为系统建模、仿真建模、仿真实验和实验结果分析这四个步骤。 仿真的三个要素是系统、模型和计算机。,图1-1 计算机仿真三要素,11,1.2 控制系统仿真研究的步骤,1系统建模 系统建模就是建立所研究的控制系统的数学模型，具体是指建立描述控制系统输入、输出变量以及内部各变量之间关系的数学表达式。 控制系统的数学模型是进行仿真的主要依据。 2仿真建模 仿真建模是根据所建立的控制系统的数学模型，用适当的算法和仿真语言转换为计算机可以实施计算和仿真的模型。,12,1.2 控制系统仿真研究的步骤,3仿真实验 仿真
6、实验首先需要根据所使用仿真软件语言编写仿真程序，将仿真模型载入计算机，再按照预先设计的实验方案运行仿真模型，得到一系列仿真实验结果。 4实验结果分析 通过对仿真实验结果进行分析来检验仿真模型和仿真程序的正确性，多次反复分析和修改后，最终可以得到预期或满意的仿真结果。,13,1.2 控制系统仿真研究的步骤,图1-2 控制系统仿真流程图,14,15,1.3.1 控制系统仿真的应用,16,1.3.1 控制系统仿真的发展,1.控制系统仿真软件的发展,17,1.3.1 控制系统仿真的发展,2.控制系统仿真技术的发展趋势,硬件方面：基于多CPU并行处理技 术的全数字仿真将有效提高仿真系统 的速度，大大增强
7、数字仿真的实时性。,(2) 应用软件方面：直接面向用户的数字 仿真软件不断推陈出新，人机界面更理想。,(3) 分布式数字仿真：充分利用网络 技术进行分布式仿真，投资少，效果好。,控制系统仿真技术在飞速发展！,(4) 虚拟现实技术：综合了计算机图形 技术、多媒体技术、传感器技术、显示 技术以及仿真技术等多学科。,18,19,1.4.1 MATLAB简介,Matlab : Matrix Laboratory 矩阵实验室,20,1.4.1 MATLAB简介,Matlab是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言，自 1984 年推向市场以来，历经二十多年的发展与竞争，现已成为国际公认的最优
8、秀的工程应用开发环境。,21,1.4.1 MATLAB简介,在欧美各高等院校，Matlab 已经成为线性代数、数值分析、数理统计、自动控制理论、数字信号处理、动态系统仿真、图像处理等课程的基本教学工具，已成为大学生必须掌握的基本技能之一。Matlab 功能强大、简单易学、编程效率高，深受广大科技工作者的欢迎。,22,1.4.1 MATLAB简介,1MATLAB的发展历程,1980年，Moler 教授用 Fortran 语言编写了集命令翻译、 科学计算于一身的一套交互式软件系统。设计初衷是为 解决“线性代数”课程的矩阵运算问题。,1984年，Moler 等成立了 The MathWorks 的公
9、司，用 C 语言完全改写 Matlab，并推出第一个商业版。,增添图形图像处理、符号运算、以及与其他流行软件 的接口功能，使得 Matlab 的功能越来越强大。,到二十世纪九十年代，在国际上 30 几个数学类科技应用 软件中，Matlab 在数值计算方面已经独占鳌头。,23,1.4.1 MATLAB简介,2MATLAB的影响,目前，Matlab 已成为世界顶尖的数学应用软件，以其强大的工程计算、算法研究、工程绘图、应用程序开发、数据分析和动态仿真等功能，在航空航天、机械制造和工程建筑等领域发挥着越来越重要的作用。就影响而言，至今仍然没有一个别的计算软件可与 Matlab 匹敌。,24,1.4.
10、1 MATLAB简介,2MATLAB的影响,在欧美大学里，诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动态系统仿真等课程的教科书都把MATLAB作为内容。MATLAB已成为攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本工具。,25,1.4.1 MATLAB简介,2MATLAB的影响,在国际学术界，MATLAB已经被确认为准确、可靠的科学计算标准软件。在许多国际一流学术刊物上（尤其是信息科学刊物），都可以看到MATLAB的应用。,26,1.4.1 MATLAB简介,3MATLAB与控制系统仿真,MATLAB的问世和发展，也给控制系统的分析和设计带来极大的便利，已
11、成为盛行的控制系统仿真软件，因为MATLAB具有如下显著特点： (1) 强大的运算功能 (2) 简单易学的编程语言 (3) 大量配套工具箱 (4) 强大的图形功能 (5) 高效的编程效率 (6) 方便友好的编程环境,27,1.4.2 Simulink简介,Simulink Simulation (仿真) + Link(连接),SIMULINK的出现，给控制系统分析与设计带来了福音。 顾名思义，该软件的名称表明了该系统的两个主要功能：仿真和连接。,28,1.4.2 Simulink简介,Simulink是Mathworks公司开发的一个著名的动态仿真系统，它是MATLAB的一个附加组件，为用户提
12、供了一个建模与仿真的工作平台。 由于它的许多功能是基于MATLAB软件平台的，而且必须是在MATLAB环境下运行，也将Simulink称之为MATLAB的一个工具箱。 利用鼠标即可在模型窗口上绘制出所需要的控制系统模型，然后进行仿真和分析。 它能够实现动态系统建模与仿真的环境集成，且可以根据设计及使用的要求，对系统进行修改与优化，以提高系统工作的性能，实现高效开发系统的目的。,29,1.4.2 Simulink简介,Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更
13、多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。 所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型(以.mdl文件进行存取)，进而进行仿真与分析。,30,1.4.2 Simulink简介,一个典型的Simulink模型由输入、状态及输出等3部分组成。 输入提供系统的输入信号，如常量、正弦波、方波、用户自定义信号等。 状态是对仿真对象的数学描述，比如连续线性系统，对输入信号进行求和还是进行了一次调制。是系统建模的核心。 输出是信号显示模块，包括图形、数据和文件等。例如用户可以把它送到示波器显示，还可以保存到相应当mat文件中去。,31,32,1.5 本章小结,1.仿真是对系统进行研究的一种实验方法，它的基本原则是相似性原理。 2.仿真是在模型上进行的，建立系统模型是仿真的关键内容。 3.系统、模型、计算机是数字仿真的三个基本要素。 4.系统建模、仿真建模、仿真实验和实验结果分析是仿真的几项基本内容。 5.MATLAB与Simulink是当今广泛为人们采用的控制系统仿真软件，功能强大。,33,Thank You !,
