華東交通大學(xué) 教材 MATLAB Simulink及控制系統(tǒng)仿真 王正林(第3版) 電子工業(yè)出版社matlab第1章

MATLAB及工程應(yīng)用教材《MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真》王正林（第3版）電子工業(yè)出版社計劃學(xué)時:40(20上課+20上機(jī))1~14周單周上課，雙周實(shí)驗(yàn)11.4控制系統(tǒng)仿真基本概念系統(tǒng)仿真作為一種特殊的試驗(yàn)技術(shù)，在20世紀(jì)

30～90年代的半個多世紀(jì)中經(jīng)歷了飛速發(fā)展，到今天已經(jīng)發(fā)展成為一種真正的、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)科學(xué)。仿真的基本思想：利用物理的或數(shù)學(xué)的模型來類比模仿現(xiàn)實(shí)過程，以尋求對真實(shí)過程的認(rèn)識，它所遵循的基本原則是相似性原理。第1章自動控制系統(tǒng)與仿真概述2一、計算機(jī)仿真基本概念計算機(jī)仿真——基于所建立的系統(tǒng)仿真模型，利用計算機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行分析與 研究的技術(shù)與方法。1、模型——對現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)有關(guān)結(jié)構(gòu)信息和行為的某種形式的描述，是對系統(tǒng)特征與變化規(guī)律的一種定量抽象，是人們認(rèn)識事物的一種手段或工具。模型分三類（1）物理模型：客觀存在的實(shí)體。（2）數(shù)學(xué)模型：從功能或結(jié)構(gòu)上進(jìn)行相似，用數(shù)學(xué)方法再現(xiàn)原型的功能或結(jié)構(gòu)特征。（3）仿真模型：根據(jù)數(shù)學(xué)模型，用仿真語言轉(zhuǎn)化為計算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)的模型。3物理仿真：采用物理模型。具有實(shí)時、在線的特點(diǎn)。效果逼真、精度高，但造價高、耗時長。

數(shù)學(xué)仿真：采用數(shù)學(xué)模型，在計算機(jī)上進(jìn)行。具有非實(shí)時、離線的特點(diǎn)。經(jīng)濟(jì)、快速、實(shí)用。

按模型分類2、仿真分類4按計算機(jī)類型分類模擬仿真：采用數(shù)學(xué)模型，在模擬計算機(jī)上進(jìn)行的仿真實(shí)驗(yàn)。數(shù)字仿真：采用數(shù)學(xué)模型，在數(shù)字計算機(jī)上進(jìn)行的仿真實(shí)驗(yàn)?；旌戏抡妫航Y(jié)合模擬仿真與數(shù)字仿真的技術(shù)和特點(diǎn)?，F(xiàn)代計算機(jī)仿真：采用微型計算機(jī)，基于專用的仿真軟件、仿真語言來實(shí)現(xiàn)。是當(dāng)前主流的仿真技術(shù)與方法。53、仿真應(yīng)用仿真技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，而且應(yīng)用的深度和廣度也越來越大，目前主要應(yīng)用在（1）航空與航天工業(yè)（2）電力工業(yè)（3）原子能工業(yè)（4）石油、化工及冶金工業(yè)（5）非工程領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)、社會學(xué)、宏觀經(jīng)濟(jì)等。64、仿真技術(shù)應(yīng)用意義仿真技術(shù)的應(yīng)用具有重要的意義，主要體現(xiàn)在（1）經(jīng)濟(jì)（2）安全（3）快捷（4）具有優(yōu)化設(shè)計和預(yù)測的特殊功能7二、控制系統(tǒng)仿真控制系統(tǒng)仿真是系統(tǒng)仿真的一個重要分支，它是一門涉及自動控制理論、計算數(shù)學(xué)、計算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)辨識、控制工程以及系統(tǒng)科學(xué)的綜合性新型學(xué)科。控制系統(tǒng)仿真是以控制系統(tǒng)模型為基礎(chǔ)，采用數(shù)學(xué)模型替代實(shí)際控制系統(tǒng)，以計算機(jī)為工具，對控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析、評估及預(yù)測研究的一種技術(shù)與方法?？刂葡到y(tǒng)仿真通過控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和計算方法，編寫程序運(yùn)算語句，使之能自動求解各環(huán)節(jié)變量的動態(tài)變化情況，得到關(guān)于系統(tǒng)輸出和所需中間各變量的有關(guān)數(shù)據(jù)、曲線等，以實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的分析與設(shè)計。8三、控制系統(tǒng)計算機(jī)仿真基本過程1.建立數(shù)學(xué)模型：微分方程2.建立仿真模型：傳遞函數(shù)3.編寫仿真程序：matlab/simulink4.進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果91.5MATLAB/Simulink下的控制系統(tǒng)仿真控制系統(tǒng)的MATLAB/Simulink仿真有兩種途徑：(1)在MATLAB命令窗口下，運(yùn)行M文件，調(diào)用指令和各種用于系統(tǒng)仿真的函數(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)仿真。(2)直接在Simulink窗口進(jìn)行面向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖的系統(tǒng)仿真

這兩種方式可解決任意復(fù)雜系統(tǒng)的動態(tài)仿真問題。10一、MATLAB適合控制系統(tǒng)仿真的特點(diǎn)MATLAB具有以下主要特點(diǎn)，非常適合于控制系統(tǒng)的仿真（1）強(qiáng)大的運(yùn)算功能：向量、數(shù)組、矩陣、復(fù)數(shù)運(yùn)算、求解高次微分方程、常微分方程。（2）特殊功能的TOOLBOX工具箱：算法包（3）高效的編程效率：庫函數(shù)（4）簡單易學(xué)的編程語言：腳本語言（5）方便友好的編程環(huán)境11二、Simulink適合控制系統(tǒng)仿真的特點(diǎn)Simulink是matlab重要軟件包，用于動態(tài)系統(tǒng)仿真。適用于連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)，也適用于線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。它采用系統(tǒng)模塊直觀地描述系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)，可方便地建立系統(tǒng)模型而不需要花較多時間編程。由于這些特點(diǎn)，Simulink廣泛流行，是最受歡迎的仿真軟件。121.6MATLAB中控制相關(guān)的工具箱Matlab有一個專用的產(chǎn)品系列，用于解決不同領(lǐng)域的問題，稱之為工具箱（toolbox）。Matlab工具箱是用matlab語言編寫的特定應(yīng)用方向的工具。MATLAB中與控制相關(guān)的基礎(chǔ)工具箱主要有6個：控制系統(tǒng)工具箱（ControlSystemToolbox）系統(tǒng)辨識工具箱（SystemIdentificationToolbox）模型預(yù)測控制工具箱（ModelPredictiveControlToolbox）魯棒控制工具箱（RobustControlToolb