控制系統(tǒng)仿真及MATLAB語(yǔ)言概述

1、 1.1 控制系統(tǒng)的分析方法控制系統(tǒng)的分析方法 1.2 仿真實(shí)驗(yàn)的分類(lèi)與性能比較仿真實(shí)驗(yàn)的分類(lèi)與性能比較 1.3 系統(tǒng)、模型與數(shù)字仿真系統(tǒng)、模型與數(shù)字仿真 1.4 仿真軟件的發(fā)展仿真軟件的發(fā)展 1.5 仿真技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展仿真技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 1.6 Matlab 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 1.7 Simulink簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 簡(jiǎn)單、直觀、真實(shí)簡(jiǎn)單、直觀、真實(shí)費(fèi)用過(guò)高、具有危險(xiǎn)性、費(fèi)用過(guò)高、具有危險(xiǎn)性、周期長(zhǎng)、有時(shí)還可能根周期長(zhǎng)、有時(shí)還可能根本無(wú)法實(shí)驗(yàn)。本無(wú)法實(shí)驗(yàn)。為什么要進(jìn)行仿真？為什么要進(jìn)行仿真？ 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，大部分控制對(duì)象比較復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)造價(jià)高、周期長(zhǎng)、充滿(mǎn)危險(xiǎn)或難于實(shí)現(xiàn)，如導(dǎo)彈飛行、飛行器控制、核

2、反應(yīng)堆控制等等。就需要對(duì)實(shí)際系統(tǒng)構(gòu)建物理或數(shù)學(xué)模型，再把研究結(jié)果應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)中去。什么是仿真？什么是仿真？ 仿真就是用模型模型（物理模型或數(shù)學(xué)模型）代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究。 仿真所遵循的基本原則遵循的基本原則是相似性原理相似性原理，即幾何相似、環(huán)境相似和性能相似。幾何相似幾何相似環(huán)境相似環(huán)境相似性能相似性能相似（3）仿真實(shí)驗(yàn)法）仿真實(shí)驗(yàn)法 當(dāng)輸入量)( 1)(ttrSSR1)( 輸出量SSSSXSGSXnnnio12)()()(222拉氏反變換得12)()(22211SSSLsXLtXnnnoo則根據(jù)阻尼比 的不同取值來(lái)分析二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。01234567891000.20.40

3、.60.811.21.41.61.82Plot of Unit-Step Response Curves with n=1 and = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1t(sec)Response = 00.20.40.60.81.0二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)1.欠阻尼狀態(tài)2.臨界阻尼狀態(tài)3.過(guò)阻尼狀態(tài)4.無(wú)阻尼狀態(tài)) 10 () 1( ) 1( ) 0( 二階系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)為二階系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)為0.4-0.8的欠阻尼狀態(tài)的欠阻尼狀態(tài)024681000.20.40.60.8100.511.52t secThree-dimensional Plot of Unit-

4、Step Response CurvesResponse虛擬模型（3）仿真實(shí)驗(yàn)法）仿真實(shí)驗(yàn)法 實(shí)物模型（3）仿真實(shí)驗(yàn)法）仿真實(shí)驗(yàn)法 （3 3）仿真實(shí)驗(yàn)法）仿真實(shí)驗(yàn)法 仿真實(shí)驗(yàn)性能比較：仿真實(shí)驗(yàn)性能比較：數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型虛虛擬擬模模型型實(shí)實(shí)物物模模型型實(shí)實(shí)物物原原型型仿真精度仿真精度低低高高根據(jù)仿真原理根據(jù)仿真原理物理仿真物理仿真數(shù)字仿真數(shù)字仿真應(yīng)用幾何相似原理，制作與實(shí)際系統(tǒng)相似應(yīng)用幾何相似原理，制作與實(shí)際系統(tǒng)相似但幾何尺寸較小的物理模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究但幾何尺寸較小的物理模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究 應(yīng)用數(shù)學(xué)相似原理，構(gòu)成數(shù)學(xué)模型在計(jì)應(yīng)用數(shù)學(xué)相似原理，構(gòu)成數(shù)學(xué)模型在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)研究算機(jī)上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)

5、研究 。 效果逼真，精度高，可信度高效果逼真，精度高，可信度高 投資大、周期長(zhǎng)、靈活性差投資大、周期長(zhǎng)、靈活性差 周期短，經(jīng)濟(jì)、快速、實(shí)用周期短，經(jīng)濟(jì)、快速、實(shí)用 數(shù)字仿真的基本過(guò)程：數(shù)字仿真的基本過(guò)程：建模建模仿真試驗(yàn)仿真試驗(yàn)結(jié)果分析結(jié)果分析 問(wèn)問(wèn)題題的的闡闡述述設(shè)設(shè)置置目目標(biāo)標(biāo)建建立立數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型仿仿真真實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)編編程程序序驗(yàn)驗(yàn)證證正正確確與與否否確確認(rèn)認(rèn)運(yùn)運(yùn)行行分分析析輸輸出出結(jié)結(jié)果果是是是是否否否否建建立立仿仿真真模模型型1.5仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用MATLAB是美國(guó)Math Works公司的軟件品，是一個(gè)高級(jí)的數(shù)值分析、處理的計(jì)算軟件；1.6 Matlab簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介f

6、unction function num1,num2,num3=test3(varargin)num1,num2,num3=test3(varargin)global firstlevel secondlevelglobal firstlevel secondlevelnum1=0;num2=0;num3=0;num1=0;num2=0;num3=0;list=zeros (nargin);list=zeros (nargin);for i=1:narginfor i=1:nargin list(i)=sum(varargini(:); list(i)=sum(varargini(:); li

7、st(i)=list(i)/length(vararginlist(i)=list(i)/length(varargini);i); if list(i)firstlevel if list(i)firstlevel num1=num1+1; num1=num1+1; elseif list(i)secondlevel elseif list(i)secondlevel num2=num2+1; num2=num2+1; else else num3=num3+1; num3=num3+1; end endendend 0246810121416180100200024681012141618

8、00.20.4-4-2024-4-2024010203040 工作空間工作空間=空白的工作簿空白的工作簿 “”提示符之后的空間稱(chēng)為命令行。表示提示符之后的空間稱(chēng)為命令行。表示MATLAB正在處于準(zhǔn)備狀態(tài)。正在處于準(zhǔn)備狀態(tài)。 在命令提示符后鍵入命令并按下在命令提示符后鍵入命令并按下回車(chē)鍵后，回車(chē)鍵后，MATLAB就會(huì)解釋執(zhí)行所輸入的命令，并在就會(huì)解釋執(zhí)行所輸入的命令，并在命令后面給出計(jì)算結(jié)果。命令后面給出計(jì)算結(jié)果。 可鍵入各種送給可鍵入各種送給MATLAB 運(yùn)作的指令、函數(shù)、表達(dá)式，運(yùn)作的指令、函數(shù)、表達(dá)式，并顯示除圖形外的所有運(yùn)算結(jié)果并顯示除圖形外的所有運(yùn)算結(jié)果。 n該窗口記錄已經(jīng)運(yùn)作過(guò)的指令

9、、函數(shù)、表達(dá)式；允許該窗口記錄已經(jīng)運(yùn)作過(guò)的指令、函數(shù)、表達(dá)式；允許用戶(hù)對(duì)它們進(jìn)行選擇、重運(yùn)行，以及產(chǎn)生用戶(hù)對(duì)它們進(jìn)行選擇、重運(yùn)行，以及產(chǎn)生M 文件。文件。 。 +當(dāng)前目錄瀏覽窗口當(dāng)前目錄瀏覽窗口(Current Directory Browser) 在該交互界面中，可以進(jìn)行當(dāng)前目錄的設(shè)置；展示相應(yīng)目錄上在該交互界面中，可以進(jìn)行當(dāng)前目錄的設(shè)置；展示相應(yīng)目錄上的的M、MDL 等文件；復(fù)制、編輯、和運(yùn)行等文件；復(fù)制、編輯、和運(yùn)行M 文件；裝載文件；裝載MAT 數(shù)據(jù)文件。數(shù)據(jù)文件。+工作空間瀏覽窗口工作空間瀏覽窗口(Workspace Browser) 羅列出羅列出MATLAB 工作空間中所有的變量名

10、、大小、字節(jié)數(shù)。在工作空間中所有的變量名、大小、字節(jié)數(shù)。在該窗口中，可對(duì)變量進(jìn)行觀察、編輯、提取和保存。該窗口中，可對(duì)變量進(jìn)行觀察、編輯、提取和保存。 +交互界面分類(lèi)目錄窗口交互界面分類(lèi)目錄窗口(Launch Pad) 該窗口羅列出該窗口羅列出MATLAB 提供的所有交互界面，包括：幫助界面、提供的所有交互界面，包括：幫助界面、演示界面、各種應(yīng)用交互界面。演示界面、各種應(yīng)用交互界面。SIMULINKSIMULINK是基于是基于模型化圖形組態(tài)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真軟模型化圖形組態(tài)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真軟件件，是，是MATLABMATLAB的一個(gè)工具箱。它與的一個(gè)工具箱。它與MATLABMATLAB語(yǔ)言的主語(yǔ)言的主要區(qū)別在于，其與用戶(hù)交互接口是基于要區(qū)別在于，其與用戶(hù)交互接口是基于WindowsWindows的的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶(hù)可以把更多的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶(hù)可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語(yǔ)言的編程上。精力投入到系統(tǒng)模