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1、第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用MATLAB程序設(shè)計與應(yīng)用程序設(shè)計與應(yīng)用DR. 高彥杰上海電力學(xué)院第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用整個課程學(xué)習(xí)內(nèi)容整個課程學(xué)習(xí)內(nèi)容MATLAB,SIMULINK建?；A(chǔ)MATLAB,SIMULINK高級仿真技巧：創(chuàng)建S-函數(shù)，SIMULINK中微分方程,線性和非線性系統(tǒng)，及優(yōu)化技術(shù)MATLAB,SIMULINK中和專業(yè)相關(guān)工具箱：SIMSCAPESIMELECTRONICSSIMPOWER SYSTEMSOTHER TOOLBOXES (depending on time)綜合系統(tǒng)講解第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用為什么要學(xué)習(xí)為什么要學(xué)習(xí)MATLAB及仿真技術(shù)及仿真技術(shù)為什么？

2、驗證理論分析結(jié)果系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，實際系統(tǒng)無法進行理論分析，所以借助計算機仿真對系統(tǒng)進行數(shù)值分析，提高效率降低產(chǎn)品的研究開發(fā)成本，如通過虛擬技術(shù)降低開發(fā)周期，將系統(tǒng)分割成子系統(tǒng)，同時進行開發(fā)，如hardware-in-loop技術(shù)對系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化操作等等。第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用對于課程的期望對于課程的期望對學(xué)業(yè)1. 2.今后工作1.2，個人興趣愛好1.2.第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用薛定宇、陳陽泉著基于MATLAB/Simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用(第2版)，清華大學(xué)出版社，2010第第1章章 系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用DR. 高彥杰上海電力學(xué)院第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用第

3、第1章章 系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用主要內(nèi)容系統(tǒng)仿真技術(shù)概述仿真軟件的發(fā)展概況MATLAB語言簡介本書的結(jié)構(gòu)和代碼第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用1.1 系統(tǒng)仿真技術(shù)概述系統(tǒng)仿真技術(shù)概述系統(tǒng)是由客觀世界中實體與實體間的相互作用和相互依賴關(guān)系構(gòu)成的具有某種特定功能的有機整體。系統(tǒng)的分類方法是多種多樣的，依照其應(yīng)用范圍可以將系統(tǒng)分為工程系統(tǒng)和非工程系統(tǒng)。工程系統(tǒng)是指由相互關(guān)聯(lián)的部件組成一個整體，實現(xiàn)特定的目標(biāo)。電機驅(qū)動自動控制系統(tǒng)是由執(zhí)行部件、功率轉(zhuǎn)換部件和檢測部件所組成，用來完成電機的轉(zhuǎn)速、位置和其他參數(shù)控制的某個特定目標(biāo)。第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用非工程系統(tǒng)涵蓋的范圍更加廣泛，大至宇宙，小

4、至微觀世界都存在著相互關(guān)聯(lián)、相互制約的關(guān)系，形成一個整體，實現(xiàn)某種目的，所以均可以認(rèn)為是系統(tǒng)。如果想定量地研究系統(tǒng)的行為，可以將其本身的特性及內(nèi)部的相互關(guān)系抽象出來，構(gòu)造出系統(tǒng)的模型。系統(tǒng)的模型分為物理模型和數(shù)學(xué)模型。由于計算機技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用越來越普遍。第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，表示系統(tǒng)運動過程中各個量的關(guān)系，是分析、設(shè)計系統(tǒng)的依據(jù)系統(tǒng)的分類：連續(xù)系統(tǒng)、離散時間系統(tǒng)、離散事件系統(tǒng)和混雜系統(tǒng)線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)定常系統(tǒng)、時變系統(tǒng)集中參數(shù)系統(tǒng)、分布參數(shù)系統(tǒng)確定性系統(tǒng)和隨機系統(tǒng)。第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與

5、應(yīng)用系統(tǒng)仿真技術(shù)概述系統(tǒng)仿真技術(shù)概述系統(tǒng)仿真是根據(jù)被研究的真實系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型研究系統(tǒng)性能的一門學(xué)科，尤指利用計算機去研究數(shù)學(xué)模型行為的方法。計算機仿真的基本內(nèi)容包括系統(tǒng)、模型與算法計算機程序設(shè)計仿真結(jié)果顯示分析與驗證第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用1.2 仿真軟件的發(fā)展概況仿真軟件的發(fā)展概況早期計算機仿真技術(shù)大致經(jīng)歷了幾個階段：20世紀(jì)40年代模擬計算機仿真50年代初數(shù)字仿真60年代早期仿真語言的出現(xiàn)20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的面向?qū)ο蠓抡婕夹g(shù)為系統(tǒng)仿真方法注入了活力中國仿真技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用：20世紀(jì)50年代開始研究仿真技術(shù)，國防領(lǐng)域，以模擬計算機的仿真為主。20世紀(jì)70年代初開始應(yīng)用數(shù)字計算機進行仿真第1

6、章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用隨著數(shù)字計算機的普及，近20年以來，國際、國內(nèi)出現(xiàn)了許多專門用于計算機數(shù)字仿真的仿真語言與工具CSMP、ACSL、 SIMNON、MATLAB/Simulink、 MatrixX/System Build、CSMP-C隨著MATLAB/Simulink等仿真工具的日益強大，很多仿真語言已退出歷史舞臺MATLAB/Simulink已經(jīng)成為仿真領(lǐng)域事實上的首選計算機語言和工具。第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用1.2.2 早期數(shù)學(xué)軟件包的發(fā)展概況早期數(shù)學(xué)軟件包的發(fā)展概況數(shù)字計算機的出現(xiàn)給數(shù)值計算技術(shù)的研究注入了新的活力數(shù)學(xué)軟件是仿真領(lǐng)域的基礎(chǔ)軟件早期有代表性的數(shù)學(xué)軟件包：基于特征值的

7、軟件包EISPACK和線性代數(shù)軟件包LINPACK英國牛津數(shù)值算法研究組（Numerical Algorithm Group）開發(fā)的NAG軟件包Numerical Recipes程序集第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用EISPACK舉例舉例計算矩陣特征值的專用軟件包由Fortran語言編寫的源程序組成的求 矩陣特征值的建議命令采用QR算法，500多條源程序當(dāng)時最先進，現(xiàn)在看很繁瑣、易錯第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用軟件包的形式編寫程序的局限性軟件包的形式編寫程序的局限性使用不方便、編程困難且易出錯調(diào)用過程繁瑣 編寫主程序再經(jīng)過必要的編譯和連接過程 花大量的時間去調(diào)試程序以保證其正確性執(zhí)行程序過多 想求解一

8、個特定的問題就需要編寫一個專門的程序不利于傳遞數(shù)據(jù) 對每個具體問題形成一個孤立的可執(zhí)行文件 一個程序中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)無法傳入另一個程序維數(shù)指定困難、繪圖不便、不易移植、第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用數(shù)學(xué)軟件包仍在繼續(xù)發(fā)展數(shù)學(xué)軟件包仍在繼續(xù)發(fā)展數(shù)學(xué)軟件包發(fā)展方向是采用國際上最先進的數(shù)值算法，提供更高效的、更穩(wěn)定的、更快速、更可靠的數(shù)學(xué)軟件包。在線性代數(shù)計算領(lǐng)域，全新的LAPACK已經(jīng)成為當(dāng)前最有影響的軟件包目的不再是為 一般用戶提供解決問題的方法為數(shù)學(xué)軟件提供底層的支持新版MATLAB拋棄了一直使用的LINPACK和EISPACK，采用LAPACK為底層支持很多其他語言也用LAPACK做底層支持第1章：

9、系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用1.2.3 仿真軟件的發(fā)展概況仿真軟件的發(fā)展概況仿真技術(shù)引起該領(lǐng)域各國學(xué)者、專家們的重視，建立起國際的仿真委員會（Simulation Councils Inc，SCi）1967年通過了仿真語言規(guī)范。仿真語言CSMP（Computer Simulation Modelling Language）應(yīng)該屬于建立在該標(biāo)準(zhǔn)上的最早的專用仿真語言。中科院沈陽自動化研究所在1988年推出了該語言的推廣版本CSMP-C。20世紀(jì)80年代初期，美國Mitchell and Gauthier Associate公司推出了ACSL（Advanced Continuous Simulation L

10、anguage)第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用ACSL簡介簡介ACSL提供了幾十個系統(tǒng)子模塊（macros）：傳遞函數(shù)模塊 TRAN、積分器模塊 INTEG、超前滯后環(huán)節(jié) LEDLAG、延遲模塊DELAY、死區(qū)非線性模塊DEAD、磁滯回環(huán)BAKLSH和限幅積分器LIMINT用戶可以利用這些子模塊簡單地編寫出描述給定系統(tǒng)的仿真模型編寫完ACSL源程序需要編譯和連接，形成一個可執(zhí)行文件第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用Van der Pol方程的方程的ACSL模型模型Van der Pol方程ACSL不能對關(guān)節(jié)微分方程直接建模，需要變換成一階方程，取狀態(tài)變量 ，則ACSL模型第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用其他仿真

11、工具其他仿真工具SIMNON和ESL語言MATLAB+Simulink仿照MATLAB語句的Ctrl-C、Matrix-X、O-Matrix、CemTool免費的語言O(shè)ctave、Scilab計算機代數(shù)系統(tǒng)早期：mumath、reduce主流：Mathematica、MapleMATLAB符號運算工具箱（mupad）第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用1.3 MATLAB語言簡介語言簡介MATLAB已經(jīng)成為仿真領(lǐng)域事實上的首選計算機語言，長期保持獨一無二的地位MATLAB/Simulink是本書的主線本節(jié)主要內(nèi)容MATLAB語言發(fā)展簡史MATLAB語言的特色MATLAB版本選擇和建議第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)

12、與應(yīng)用1.3.1 MATLAB語言發(fā)展簡史語言發(fā)展簡史首創(chuàng)者：Cleve Moler教授，Uni. Of New MexicoMATLAB（MATrix LABoratory），1980Jack Little， 成立了 MathWorks，1984第一個Windows下版本3.5i，1990Simulink (早期Simulab)，19901991支持Windows界面編程MATLAB 4.0，1992面向?qū)ο蟮腗ATLAB 5.0，1997每年3、9月兩個新版本a、b，2007當(dāng)前最新版本2012b第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用1.3.2 MATLAB語言的特色語言的特色強大的數(shù)學(xué)運算功能高精度

13、、高效、高可靠性、高可信度的數(shù)值計算強大的解析運算（符號運算）強大的計算機圖形學(xué)功能強大的仿真功能基于框圖的仿真方法多領(lǐng)域物理建模半實物仿真與實時控制的接口可以在任何計算機平臺下運行，可移植性第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用1.3.3 MATLAB版本選擇和建議版本選擇和建議仿真功能選擇盡可能新的版本 最新版2012b，2012年9月推出符號運算選擇2008a或以前版本(Maple內(nèi)核支持)盡量采用32位的MATLABR2008b及以后版本下使用符號運算工具箱 2008b起引入muPad作為內(nèi)核，功能和效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原來的Maple內(nèi)核 弱化了很多符號運算功能，如微分功能 原來版本的maple函數(shù)不再

14、能使用 符號變量的重載函數(shù)，早期版本置于sym目錄下即可，新版本復(fù)制到toolbox/symbolic/symbolic，再運行rehash toolboxcache第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用1.4 本書的結(jié)構(gòu)和代碼本書的結(jié)構(gòu)和代碼學(xué)好MATLAB的“竅門”帶著問題學(xué)，活學(xué)活用，學(xué)用結(jié)合，急用先學(xué)，立竿見影，在用字上狠下工夫點滴積累本書結(jié)構(gòu)，詳見目錄：MATLAB入門（第12章）MATLAB數(shù)學(xué)運算方法（第3章）Simulink仿真的初級、中級和高級技術(shù)（46）工程系統(tǒng)和非工程系統(tǒng)仿真（78）半實物仿真與實時控制（第9章）第1章：系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用1.4.2 代碼下載和網(wǎng)上資源代碼下載和網(wǎng)上資源本書的網(wǎng)站 /simubook2ed/index.html網(wǎng)站內(nèi)容 作者編寫的MATLAB程序和Si