电气工程仿真与辅助设计课件

电气工程仿真与辅助设计电气工程仿真与辅助设计1

第1章概述内容：☼系统仿真概述☼MATLAB简介第1章概述内容：21.1系统仿真概述第1章利用仿真模型代替实际系统进行实验与研究的方法。实现对实际系统运行状态和演化规律的综合评估与预测。1、系统仿真基本概念对所研究的对象某些方面进行抽象概括的装置仿真：仿真模型：仿真原则：相似性原则1.1系统仿真概述第1章利用仿真模型代替实际系统进行实验与3仿真分类：物理仿真、数学仿真获得数学模型的途径：通过已知的物理定律及数学推导获得模型仿真分类：物理仿真、数学仿真获得数学模型的途径：通过已知的物4仿真要素：系统——研究的对象模型——系统的抽象计算机——工具与手段系统模型计算机建立数学模型建立仿真模型仿真实验结果分析仿真要素：系统——研究的对象系统模型计算机建立数学模型建立仿5数学仿真过程：辨识实际系统的数学模型建立仿真模型编制仿真程序仿真实验验证是否正确是否返回数学仿真过程：辨识实际系统的数学模型建立仿真模型编制仿真程序62、仿真软件的发展模型化图形组态阶段：符合设计人员对基于模型图形化的描述程序编程阶段：所有问题（如：微分方程求解、矩阵运算、绘图等）都是用高级算法语言（如C、FORTRAN等）来编写。程序软件包阶段：出现了“应用子程序库”。交互式语言阶段（仿真语言）：仿真语言可用一条指令实现某种功能，如“对矩阵求逆”，使用人员不必考虑什么算法，以及如何实现等低级问题。2、仿真软件的发展模型化图形组态阶段：符合设计人员对基于模型71）仿真技术的应用航空与航天工业：飞行员及宇航员训练用飞行仿真模拟器电力工业：电力系统动态模型实验原子能工业：模拟核反应堆石油、化工及冶金工业非工程领域：医学、社会学、宏观经济与商业策略的研究3、仿真技术的应用1）仿真技术的应用航空与航天工业：飞行员及宇航员训练用飞8MATLAB:1.美国MathWorks公司2.数值分析、工程绘图、系统仿真2）常用仿真软件MATLAB:2）常用仿真软件9ANSYS：（结构、热、流体、电磁和声学运用有限元分析软件）1求解“热—结构耦合”、“磁—结构耦合”以及“电—磁—流体—热耦合”等问题2多种物理介质相互作用下的“动态性能”ANSYS：（结构、热、流体、电磁和声学运用有限元分析软件）10ADAMS:1

美国MDI/MSC公司2

运动学/动力学/机电一体化ADAMS:11PSPICE：（模拟电路CAD软件）1电子电路仿真软件2ORCAD公司的商业化EDA软件3直流/交流电路、瞬态特性优化设计、数字模拟混合电路、电路绘图——仿真一体化PSPICE：（模拟电路CAD软件）121.2MATLAB简介第1章1、MATLAB软件MATLAB是MATrixLABoratory(矩阵实验室)的缩写。它是以矩阵为基础的交互式程序计算语言。其功能强大，可方便地进行科学与工程计算，大大地减少了计算工作量。MATLAB包含了众多工程计算、仿真功能及庞大的工程系统，是目前世界上最流行的仿真计算软件之一。1.2MATLAB简介第1章1、MATLAB软件MATLA13之后，正值控制界的蓬勃发展，很快出现了MATLAB编写的控制系统工具箱，成为控制界的计算机语言；2、MATLAB软件的发展1980年前后，MATLAB(MATrixLABoratory,矩阵实验室)语言为数学问题的计算机求解；目前，大部分工具箱都是面向控制和相关学科，也在其他领域被使用。之后，正值控制界的蓬勃发展，很快出现了MATLAB编写的控制143、MATLAB软件的优势及特点：1)友好的工作平台和编程环境3、MATLAB软件的优势及特点：152)简单易用的程序语言，支持二次开发>>m=1+2i;>>n=3+4i;>>s=add(m,n)2)简单易用的程序语言，支持二次开发>>m=1+2i;163)强大的科学计算与数据处理能力MATLAB的解法：>>x=A\b矩阵左除算子C语言的解法：3)强大的科学计算与数据处理能力MATLAB的解法：矩阵左除173)强大的科学计算与数据处理能力MATLAB的解法：>>a=[1,1];fori=3:100,a(i)=a(i-1)+a(i-2);end;aC语言的解法：已知a1=1,a2=1,随后的元素可以由ak=ak-1+ak-2,k=3,4...计算出来。试用计算机列出该数列的前100项。main(）{inta1,a2,a3,i;a1=1;a2=1;printf("%d%d",a1,a2);for(i=3;i<=100;i++){a3=a1+a2;printf("%d",a3);a1=a2;a2=a3;}}容易发现用C语言编写的程序，计算结果是错误的。运行到24项的结果出现负数，之后结果有正有负。由于int表示的数值范围（-32767,32767），超出此范围结果错误。即使用long型也不能解决问题。而MATLAB,即使超出范围，会把结果保留相应的有效数字，只是精度存在局限性。可使用符号运算避免这类问题，a=sym([1,1])。3)强大的科学计算与数据处理能力MATLAB的解法：C语言的184)出色的图形处理功能，支持符号计算4)出色的图形处理功能，支持符号计算194)出色的图形处理功能，支持符号计算基于Maple的SymbolicMathToolbox%符号矩阵>>G=sym(‘[cos(t),sin(t);-sin(t),cos(t)]’)G=[cos(t),sin(t)][-sin(t),cos(t)]%函数微分>>f=’sin(x)^2’;>>diff(f)ans=2*sin(t)*cos(t)4)出色的图形处理功能，支持符号计算基于Maple的S205)应用广泛的模块集和工具箱MatlabSimulationSignalProcessingPartialDifferentialEquationSplineStatisticsImageProcessingNeuralNetworkWavelet………5)应用广泛的模块集和工具箱MatlabSimulation216)实用的程序接口和发布平台、7)模块化的设计和系统级的仿真6)实用的程序接口和发布平台224、MATLAB窗口环境