控制系统仿真及MATLAB语言概述

1、 1.1 控制系统的分析方法控制系统的分析方法 1.2 仿真实验的分类与性能比较仿真实验的分类与性能比较 1.3 系统、模型与数字仿真系统、模型与数字仿真 1.4 仿真软件的发展仿真软件的发展 1.5 仿真技术的应用与发展仿真技术的应用与发展 1.6 Matlab 简介简介 1.7 Simulink简介简介 简单、直观、真实简单、直观、真实费用过高、具有危险性、费用过高、具有危险性、周期长、有时还可能根周期长、有时还可能根本无法实验。本无法实验。为什么要进行仿真？为什么要进行仿真？ 在实际生产过程中，大部分控制对象比较复杂，现场实验造价高、周期长、充满危险或难于实现，如导弹飞行、飞行器控制、核

2、反应堆控制等等。就需要对实际系统构建物理或数学模型，再把研究结果应用到实际系统中去。什么是仿真？什么是仿真？ 仿真就是用模型模型（物理模型或数学模型）代替实际系统进行实验和研究。 仿真所遵循的基本原则遵循的基本原则是相似性原理相似性原理，即几何相似、环境相似和性能相似。几何相似几何相似环境相似环境相似性能相似性能相似（3）仿真实验法）仿真实验法 当输入量)( 1)(ttrSSR1)( 输出量SSSSXSGSXnnnio12)()()(222拉氏反变换得12)()(22211SSSLsXLtXnnnoo则根据阻尼比 的不同取值来分析二阶系统的单位阶跃响应。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 = 00.20.40.60.81.0二阶系统的单位阶跃响应二阶系统的单位阶跃响应1.欠阻尼状态2.临界阻尼状态3.过阻尼状态4.无阻尼状态) 10 () 1( ) 1( ) 0( 二阶系统一般设计为二阶系统一般设计为0.4-0.8的欠阻尼状态的欠阻尼状态024681000.20.40.60.8100.511.52t secThree-dimensional Plot of Unit-

4、Step Response CurvesResponse虚拟模型（3）仿真实验法）仿真实验法 实物模型（3）仿真实验法）仿真实验法 （3 3）仿真实验法）仿真实验法 仿真实验性能比较：仿真实验性能比较：数数学学模模型型虚虚拟拟模模型型实实物物模模型型实实物物原原型型仿真精度仿真精度低低高高根据仿真原理根据仿真原理物理仿真物理仿真数字仿真数字仿真应用几何相似原理，制作与实际系统相似应用几何相似原理，制作与实际系统相似但几何尺寸较小的物理模型进行实验研究但几何尺寸较小的物理模型进行实验研究 应用数学相似原理，构成数学模型在计应用数学相似原理，构成数学模型在计算机上进行仿真实验研究算机上进行仿真实验

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 投资大、周期长、灵活性差投资大、周期长、灵活性差 周期短，经济、快速、实用周期短，经济、快速、实用 数字仿真的基本过程：数字仿真的基本过程：建模建模仿真试验仿真试验结果分析结果分析 问问题题的的阐阐述述设设置置目目标标建建立立数数学学模模型型仿仿真真实实验验设设计计编编程程序序验验证证正正确确与与否否确确认认运运行行分分析析输输出出结结果果是是是是否否否否建建立立仿仿真真模模型型1.5仿真技术的应用仿真技术的应用MATLAB是美国Math Works公司的软件品，是一个高级的数值分析、处理的计算软件；1.6 Matlab简介简介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 工作空间工作空间=空白的工作簿空白的工作簿 “”提示符之后的空间称为命令行。表示提示符之后的空间称为命令行。表示MATLAB正在处于准备状态。正在处于准备状态。 在命令提示符后键入命令并按下在命令提示符后键入命令并按下回车键后，回车键后，MATLAB就会解释执行所输入的命令，并在就会解释执行所输入的命令，并在命令后面给出计算结果。命令后面给出计算结果。 可键入各种送给可键入各种送给MATLAB 运作的指令、函数、表达式，运作的指令、函数、表达式，并显示除图形外的所有运算结果并显示除图形外的所有运算结果。 n该窗口记录已经运作过的指令

9、、函数、表达式；允许该窗口记录已经运作过的指令、函数、表达式；允许用户对它们进行选择、重运行，以及产生用户对它们进行选择、重运行，以及产生M 文件。文件。 。 +当前目录浏览窗口当前目录浏览窗口(Current Directory Browser) 在该交互界面中，可以进行当前目录的设置；展示相应目录上在该交互界面中，可以进行当前目录的设置；展示相应目录上的的M、MDL 等文件；复制、编辑、和运行等文件；复制、编辑、和运行M 文件；装载文件；装载MAT 数据文件。数据文件。+工作空间浏览窗口工作空间浏览窗口(Workspace Browser) 罗列出罗列出MATLAB 工作空间中所有的变量名

10、、大小、字节数。在工作空间中所有的变量名、大小、字节数。在该窗口中，可对变量进行观察、编辑、提取和保存。该窗口中，可对变量进行观察、编辑、提取和保存。 +交互界面分类目录窗口交互界面分类目录窗口(Launch Pad) 该窗口罗列出该窗口罗列出MATLAB 提供的所有交互界面，包括：帮助界面、提供的所有交互界面，包括：帮助界面、演示界面、各种应用交互界面。演示界面、各种应用交互界面。SIMULINKSIMULINK是基于是基于模型化图形组态的动态系统仿真软模型化图形组态的动态系统仿真软件件，是，是MATLABMATLAB的一个工具箱。它与的一个工具箱。它与MATLABMATLAB语言的主语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于要区别在于，其与用户交互接口是基于WindowsWindows的的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。精力投入到系统模