重庆电讯职业学院汽车系技术培训中心-汽车仿真.ppt

1、重庆电讯职业学院 汽车技术系技术培训中心,汽车仿真技术,学习本课程的意义及要求 一、意义 1. 科技发展的需要 - Accelerate the pace of engineering and science 2. 学习技能提高的载体 Improve learning ability 3. 就业的筹码 - Get a high-paying job 二、要求 作业：以上机练习为主，按时独立完成 纪律：要求上课关手机，不要下面开小会，有问题举手 考试：平时50% ，期末考试50% 三、授课方式 授课方式，课堂讲授+上机实验 以实例为主,讲应用，充分体现案例学习模式。,系统建模与仿真是分析、设计和

2、研究复杂系统的一种基本的理论方法 和重要的技术手段。计算机技术的飞速发展，使得仿真技术的应用领域不 断扩大。计算机仿真已经成为工科学生必须掌握的基本理论，也是他们必 须会使用的一种技术手段。,2020年8月13日星期四,主要讲述内容 概述 Matlab 语言基础 Simulink仿真基础,2020年8月13日星期四,主要参考资料,1 李颖.朱伯立.Simulink 动态系统建模与仿真基础.西安电子科技大学出版社，2004 2 张德丰.MATLAB控制系统设计与仿真.电子工业出版社,2009.06。 3 张志勇.精通MATLAB6.5. 北京航空航天大学出版社2004 4黄忠霖.控制系统MATL

3、AB计算及仿真，国防工业出版社，2001年。,本课程互联网资源 The Mathworks 公司官方网站 产品在中国独家代理（北京九州恒润公司） Matlab 大观园 http:/www.matlab- Matlab 中文论坛 ,2020年8月13日星期四,第一章 概 述 1.1 仿真的出现 1.2 计算机仿真 1.3 仿真软件介绍 1.4 仿真技术的应用与发展 1.5 matlab安装与环境,第一章 概述,2020年8月13日星期四,1.1 仿真的出现,第一章 概述,工程设计中常用的研究方法 1、建立精确数学模型求解 如对于二阶电路求解输出电压（阶跃响应）。 2、实验法 对于各种系统都可以采

4、用实验研究的方法。 3、仿真 在模型上所进行的系统性能分析与研究的方法。,2020年8月13日星期四,1.2 计算机仿真,第一章 概述,1）仿真的概念 仿真是以相似性原理、控制论、信息技术及相关领域的有关知识为基础，以计算机和各种专用物理设备为工具，借助系统模型对真实系统进行试验研究的一门综合性技术。计算机仿真可以用于研制产品或设计系统的全过程中，包括方案论证、技术指标确定、设计分析、生产制造、试验测试、维护训练、故障处理等各个阶段。如训练飞行员、宇航员仿真工作台和仿真机舱等。 2) 仿真三要素:系统、模型和计算机，联系着他们的三项基本活动是模型建立、仿真模型建立（又称二次建模）和仿真试验。,

5、（1）系统：研究的对象 （2）模型：系统的抽象 （3）计算机：工具与手段,2020年8月13日星期四,1.2 计算机仿真,第一章 概述,3）系统与模型 系统 系统是指具有某些特定功能，相互联系、相互作用的元素的集合。这里的系统是指广义上的系统，泛指自然界的一切现象与过程，例如工程系统如控制系统、通信系统等，非工程系统如股市系统、交通系统、生物系统等。 系统模型 系统模型是对实际系统的一种抽象，是对系统本质（或是系统的某种特性）的一种描述。模型具有与系统相似的特性，好的模型能够反映系统的主要特征和运动规律。 模型可分为实体模型和数学模型,2020年8月13日星期四,1.2 计算机仿真,第一章 概

6、述,系统建模,建立系统模型是把系统的行为概括为数学的函数关系。包括： 1、数学建模。把实际系统抽象为数学模型。 2、仿真建模。将数学模型转换为可在计算机上运行的仿真模型。 数学建模是非常重要的，对于复杂的系统，还需要忽略次要环节，留住主要环节。,2020年8月13日星期四,第一章 概述,4）仿真的一般过程,2020年8月13日星期四,1.3 计算机仿真软件,第一章 概述,仿真软件的发展： 1、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。 2、程序软件包阶段： 出现了“应用子程序库”。 3、交互式语言阶段（仿真语言）：仿真语言

7、可用一条指令实现某种功能，如“系统特征值的求解”，使用人员不必考虑什么算法，以及如何实现等低级问题。如MATLAB语言。 4、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。如SIMULINK。,2020年8月13日星期四,1.3 计算机仿真软件,第一章 概述,常见的几种仿真软件：,1、PSPICE、ORCAD、Multisim：通用的电子电路仿真软件，适合于元件级仿真。 2、Simpack :运动学/动力学仿真分析的多体动力学软件 3、Carsim、Trucksim、Bikesim等用于仿真及分析车辆在不同3D路面上，对驾驶控制之反应。 4、MATLAB：具有强大的数值计算能力，包含

8、各种工具箱，其程序不能脱离MATLAB环境而运行，所以严格讲，MATLAB不是一种计算机语言，而是一种高级的科学分析与计算软件。,仿真软件是一类面向仿真用途的专用软件，它可能是面向通用的仿真软件，也可能是面向某个领域的仿真。 本课程重点讲述在MATLAB下的Simulink的建模与仿真,2020年8月13日星期四,第一章 概述,概述 MATLAB（ Matrix Laboratory）是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，着重针对科学计算、工程计算和绘图的需求。 的发展 首创者 Cleve Moler 教授曾在密西根大学、斯坦福大学和新墨西哥大学任数学与计算机科学教授,和 John Litt

9、le 等人成立了 The MathWorks 公司。 1984年，MATLAB第1版(DOS版),2020年8月13日星期四,Academia The MATLAB and Simulink product families are fundamental computational tools at the worlds educational institutions. Adopted by more than 5000 universities and colleges, MathWorks products accelerate the pace of learning, teachi

10、ng, and research in engineering and science. MathWorks products also help prepare students for careers in industry, where the tools are widely used for research and development.,第一章 概述,MATLAB的主要功能 Matlab是功能强大的科学及工程计算软件，它不但具有以矩阵为基础的强大数学计算和分析功能，而且还具有丰富的可视化图形表现功能和方便的程序设计能力。 数值计算和符号计算功能MATLAB以矩阵作为数据操作的基

11、本单位，还提供了十分丰富的数值计算函数。MATLAB和著名的符号计算语言Maple相结合，使得MATLAB具有符号计算功能。 绘图功能MATLAB提供了两个层次的绘图操作：一种是对图形句柄进行的低层绘图操作，另一种是建立在低层绘图操作之上的高层绘图操作。 编程语言MATLAB具有程序结构控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特征，而且简单易学、编程效率高。 MATLAB工具箱 MATLAB包含两部分内容：基本部分和各种可选的工具箱。MATLAB工具箱分为两大类：功能性工具箱和学科性工具箱。,2020年8月13日星期四,关于matlab学习 matlab学习特点 matlab学习

12、方法 matlab的应用,第一章 概述,简介 Sinmulink是一种用来实现计算机仿真的软件工具。它是MATLAB的一个附加组件，可用于实现各种动态系统（包括连续系统、离散系统和混合系统）的建模、分析和仿真。命名直观地表明了该软件具有SIMU(仿真)与LINK(链接)两大功能 特点：易学、易用，能够依托MATLAB提供的丰富仿真资源。 . Simulink的应用领域 （1）通讯与卫星系统 （2）航空航天系统 （3）生物系统 （4）船舶系统 （5）汽车系统 （6）金融系统,2020年8月13日星期四,1.4 仿真技术的应用与发展,第一章 概述,仿真技术的应用领域：,（1）通讯与卫星系统 （2）

13、航空航天系统 （3）生物系统 （4）船舶系统 （5）汽车系统 （6）金融系统,2020年8月13日星期四,1.4 仿真技术的应用与发展,第一章 概述,应用仿真技术的意义,（1）、经济，采用仿真实验仅需成本的1/101/5，而且设备可 以重复使用。 （2）、安全，采用仿真实验可以有效降低危险程度，对系统的 研究起到保障作用。 （3）、快捷，提高设计效率：比如电路设计，服装设计等等。 （4）、具有优化设计和预测的特殊功能,2020年8月13日星期四,1.4 仿真技术的应用与发展,第一章 概述,仿真技术的发展趋势,（1）、硬件方面：基于多CPU并行处理技术的全数字仿真将有效提高仿真系统的速度，大大增

14、强数字仿真的实时性。 （2）、应用软件方面：直接面向用户的数字仿真软件不断推陈出新，各种专家系统与智能化技术将更深入地应用于仿真软件开发之中，使得在人机界面、结果输出、综合评判等方面达到更理想的境界。 （3）、分布式数字仿真：充分利用网络技术，协调合作，投资少，效果好。 （4）、虚拟现实技术：综合了计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、显示技术以及仿真技术等多学科，使人置身于真实环境之中。,2020年8月13日星期四,1.5 MATLAB的运行环境与安装,第一章 概述,1.5.1MATLAB的运行环境硬件环境：(1) CPU (2) 内存(3) 硬盘(4) CD-ROM驱动器和鼠标。软件环境

15、：(1) Windows 98/NT/2000 或Windows XP(2) 其他软件根据需要选用,2020年8月13日星期四,1.5.2MATLAB的安装,第一章 概述,参阅Help的MATLAB Installation Guide for Windows Personal License Password (PLP) System Requirements Who: Specify your name, your company name, and your license information (PLP) What: Select the products and documenta

16、tion you want to install Where: Choose the directory in which you want to install the MathWorks products,2020年8月13日星期四,MATLAB的安装,第一章 概述,Step 1: Start the Installer Step 2: Enter Your Personal License Password (PLP) Step 3: Review the Software Licensing Agreement click Yes Step 4: Enter Your Name and

17、 Company Name Step 5: Select the Products You Want to Install,2020年8月13日星期四,MATLAB的安装,第一章 概述,2020年8月13日星期四,1.5.3Matlab简介,第一章 概述,Matlab 的5个主要组成部分,MATLAB开发环境：由一组工具和组件组成，这些工具是图形化的用户界面，包括Matlab桌面好命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览器、文件和搜索路径浏览器. MATLAB数学函数库：数学函数库，其强大的计算能力覆盖了从基本函数（如求和、正弦、余弦和复数运算等）到高级函数（如矩阵求逆、矩阵特征值

18、、贝塞尔函数好快速傅立叶变换等）的范围。 MATLAB语言：是一种以矩阵运算为基础的高级语言，可以编制快速使用小程序，也可以编制大型复杂的应用程序。 强大的绘图功能：既可以用高级命令完成二维好三维数据的可视化、图像处理、动画好图像表达等功能，也可以通过使用图像句柄完成复杂的图形功能，实现对所有图形对象的操作。 The MATLAB 与其它程序的接口（API）,2020年8月13日星期四,第一章 概论,MATLAB集成环境 1.5.4启动与退出MATLAB集成环境MATLAB系统的启动与一般的Windows程序一样，启动MATLAB系统有3种常见方法：(1)使用Windows“开始”菜单。(2)

19、运行MATLAB系统启动程序matlab.exe。(3) 利用快捷方式。,2020年8月13日星期四,第一章 概论,启动MATLAB后，将进入MATLAB R2009a集成环境。MATLAB R2009a集成环境包括MATLAB主窗口、命令窗口(Command Window)、工作空间窗口(Workspace)、命令历史窗口(Command History)、当前目录窗口(Current Directory)和启动平台窗口(Launch Pad)。,2020年8月13日星期四,第一章 概论,当MATLAB安装完毕并首次启动时，展现在屏幕上的界面为MATLAB的默认界面，如下图所示。,2020年

20、8月13日星期四,第一章 概论,1.5.5 MATLAB系统的退出要退出MATLAB系统，也有3种常见方法：(1) 在MATLAB主窗口File菜单中选择Exit MATLAB命令。(2) 在MATLAB命令窗口输入Exit或Quit命令。(3) 单击MATLAB主窗口的“关闭”按钮。,2020年8月13日星期四,第一章 概论,MATLAB工作环境 MATLAB的工作环境就是一系列便于使用MATLAB函数和文件的工具。 基本的工具包括启动和退出MATLAB，使用MATLAB的桌面，使用MATLAB的函数，以及MATLAB的在线帮助(Help)。 其它的工具则有：工作空间、路径搜索、文件操作、数

21、据输入输出、编辑和调试M文件以及改善M文件的性能，资源控制系统的利用等。 这里主要就MATLAB桌面(MATLAB Desktop)中的各应用窗口的主要功能分别作一简单介绍。,2020年8月13日星期四,第一章 概论,MATLAB桌面(MATLAB Desktop),2020年8月13日星期四,第一章 概论,命令窗口(Command Window),在命令窗口内执行的MATLAB主要操作有： 运行函数和输入变量；控制输入和输出；执行程序，包括M文件和外部程序；保存一段日志；打开或关闭其他应用窗口，以及各应用窗口的参数选择。,命令窗口中可直接运行MATLAB 函数，而这些函数往往又和MATLAB

22、命令直接联系。,2020年8月13日星期四,第一章 概论,历史命令（Command History）,显示已执行过的命令,2020年8月13日星期四,第一章 概论,启动平台（Launch Pad ）,2020年8月13日星期四,第一章 概论,工作空间（Workplace),工作空间窗口以列表形式显示了MATLAB工作区中当前所有变量的名称及其属性，属性中包括了变量的类型、长度及其占用空间大小。 工作空间由运行MATLAB的程序或命令所生成的所有变量和MATLAB本身提供的常量构成。 MATLAB 6.x后才提供。早期版本是在命令窗口中键入who查看变量名，或者键入whos命令查看变量名、变量大

23、小和数据类型等内容。,2020年8月13日星期四,第一章 概论,当前目录(Current Directory),当前目录窗口中显示了MATLAB当前工作目录下的所有文件夹与文件，以便用户对当前目录下的文件进行管理。,2020年8月13日星期四,第一章 概论,1.5.6 MATLAB帮助系统 帮助窗口进入帮助窗口可以通过以下3种方法：(1) 单击MATLAB主窗口工具栏中的Help按钮。(2) 在命令窗口中输入helpwin、helpdesk或doc。(3) 选择Help菜单中的“MATLAB Help”选项。,帮助命令MATLAB帮助命令包括help、lookfor以及模糊查询。1help命令在MATLAB 6.5命令窗口中直接输入help命令将会显示当前帮助系统中所包含的所有项目，即搜索路径中所有的目录名称。同样，可以通过help加函数名来显示该函数的帮助说明。,2020年8月13日星期四,第一章 概论,2lookfor命令h