791-控制系统仿真及matlab概述

控制系统仿真1st控制系统仿真及Matlab概述西南石油大学—电信学院—自动化教研室主讲：张悦2012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦2本章内容2012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦21系统仿真技术的基本概念2关于Matlab2012a安装Matlab概述32012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦32012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦31系统仿真技术的基本概念2关于matlab2012a安装Matlab概述32012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦41.1系统系统是由一些具有特定功能、相互间以一定规律联系的物体所构成的有机体。图1-1温度控制系统调节器功率放大器加热炉传感器放大元件实际温度干扰给定温度电信学院-自动化教研室-张悦42012-11-52012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦51.1.1系统三要素2012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦5实体属性活动存在于系统中有确定意义的物体。组成系统的元素、对象。组成系统的每个实体所具备的有效特性。系统内部发生的任何变化过程。系统外部发生的对系统产生影响的任何变化过程。外部活动内部活动2012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦61.1.1系统三要素2012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦6外界温度变化的干扰外部活动图1-1温度控制系统调节器的调节内部活动调节器功率放大器加热炉传感器放大元件实际温度干扰给定温度实体实体偏差温度属性属性2012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦71.1.2系统三特性2012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦7整体性相关性隶属性系统中各部分不能随意拆分。系统中各部分以一定的规律和方式相互联系，并由此决定了系统特有的性能。根据所研究的问题来确定哪些属于系统的内部因素，哪些属于系统的外部环境，其界限也随研究目标的不同而不同。2012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦8连续系统（ContinuousSystem）系统中状态变量随时间连续变化的系统。比如：电梯速度控制系统、空调温度调节系统离散系统（DiscreteSystem）系统中状态变量的变化仅发生在一组离散时刻上的系统。比如：计算机系统混合系统（HybridSystem）系统中一部分是连续系统，另一部分是离散系统，并有连接环节将两者联系起来。比如：化工生产系统1.1.3系统分类：按时间电信学院-自动化教研室-张悦82012-11-52012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦9工程系统（工程系统即人造系统）指人们为了满足某种需要或实现某个预定的功能，采用某种手段构造而成的系统。如电气、机械、化工、声学、热学等系统非工程系统（非工程系统又称自然系统，非物理系统）指由自然和社会在发展过程中形成的，被人们在长期的生产劳动和社会实践中逐步认识的系统。如社会、经济、交通、管理、生态系统1.1.3系统分类：按系统物理特征电信学院-自动化教研室-张悦92012-11-52012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦10系统模型是对系统特征及变化规律的一种定量抽象，是系统本质的表述，是人们用以认识事物的一种手段或工具。正确建立系统模型，能更深刻、更集中地反映实体的主要特征和运动规律，从而达到对实体的抽象。1.2系统模型电信学院-自动化教研室-张悦102012-11-52012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦11（1）物理模型根据相似性原理，把真实的系统按比例放大或缩小制成的模型，其状态变量与原系统完全相同。例如：空调器的研制中，温度、湿度调节的模拟满足环境相似的原理；空调器样机的制作满足几何相似的原理。按照实际系统的性质构造系统的物理模型进行试验研究。客体存在的实体。比如：飞行器研制中的飞行模型；船舶制造中的船舶模型。1.2.1系统模型分类电信学院-自动化教研室-张悦112012-11-52012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦12（1）物理模型总是有实物介入的，具有实时性和在线性的特点，在物理模型上所做的仿真实验具有效果逼真、精度高等优点。造价昂贵，或者耗时太长，不易为广大的研究人员所接受，大多在一些特殊场合（如导弹或卫星等飞行器的动态仿真）中采用。1.2.1系统模型分类优点：缺点：电信学院-自动化教研室-张悦122012-11-52012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦13（2）数学模型用数学方程或信号图、结构图来描述系统性能的模型。静态模型：仅能表示系统处于平衡状态下的属性。动态模型：描述系统属性随时间而发生的变化。数学模型的仿真是在计算机上进行的，是建立在性能相似的基本原则上，具有非实时性与离线的特点，是一种经济、快捷与实用的实验方法。我们这门课研究重点。1.2.1系统模型分类电信学院-自动化教研室-张悦132012-11-52012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦14（3）数学-物理模型将系统数学模型和物理模型以及部分实物有机地组合在一起进行试验研究，也可称为半实物模型。具体说，将系统的一部分用数学模型描述，用计算机运行仿真计算模型，另一部分以实物（或物理模型）方式引入仿真回路。1.2.1系统模型分类电信学院-自动化教研室-张悦142012-11-52012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦15（3）数学-物理模型（半实物模型）半实物仿真的特点：可将不易建模的部分以实物形式参与仿真，从而避免了建模的困难。进一步检验系统数学模型的正确性和仿真的精确性。可检验构成真实系统的某些实物部件乃至整个系统的性能及可靠性，准确调整系统的参数和控制规律。在航空航天、电力系统等研究中十分重要。1.2.1系统模型分类电信学院-自动化教研室-张悦152012-11-52012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦16建立系统模型是以一定的理论为依据，把系统的行为概括为数学的函数关系，主要包括以下内容：（1）确定模型结构，建立系统的约束条件，确定系统的实体、属性与活动（2）测取有关的模型数据（3）运用适当的理论建立系统的数学模型（4）检验所建数学模型的重要性1.2.2系统模型的建立电信学院-自动化教研室-张悦162012-11-52012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦17系统仿真，就是通过对系统模型的实验，研究一个存在的或设计中的系统。更多的情况是指以系统数学模型为基础，以计算机为工具对系统进行实验研究的一种方法。从广义上讲，为了分析研究，首先建立系统的模型，然后在模型上进行试验研究的过程称为系统仿真，即模拟真实事物。1.3系统仿真电信学院-自动化教研室-张悦172012-11-52012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦18从应用技术的角度讲，系统仿真技术可以定义为以相似性原理、控制理论、计算机技术、信息技术及其应用领域的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用数学模型或部分实物对实际的或设想的系统进行动态试验研究的一门综合性技术。控制系统仿真的研究对象是控制系统，系统的特征主要是采用与之相应的系统数学模型，并在计算机上对其进行相应的处理，从而构成完整的数字仿真过程。1.3系统仿真电信学院-自动化教研室-张悦182012-11-52012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦19模型行为生成时间实时仿真超实时仿真亚实时仿真延伸时间仿真1.3.1系统仿真分类2012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦19数字计算机仿真模拟计算机仿真模拟-数字混合计算机仿真根据计算机分类系统仿真硬件在回路中的仿真根据仿真回路中实现手段不同软件在回路中的仿真人在回路中的仿真连续系统仿真离散系统仿真混合系统仿真根据系统随时间变化的状态分类2012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦201.3.1仿真三要素&三活动2012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦20计算机系统模型系统的抽象工具与手段研究的对象系统建模仿真建模仿真实验系统辨识技术范畴仿真程序的检验及将仿真结果与实际系统的行为进行比较针对不同形式的系统模型研究其求解算法2012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦21（1）根据仿真目的确定仿真方案（2）建立控制系统的数学模型（3）建立控制系统的仿真模型（4）编制控制系统的仿真程序（5）在计算机上进行仿真实验并输出仿真结果（6）结果分析仿真步骤电信学院-自动化教研室-张悦212012-11-52012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦22（1）向广阔的时空发展（2）向快速、高效与海量信息通道发展（3）向规范化模型校核、验证、确认技术发展（4）向虚拟现实技术发展（5）向高水平的一体化、智能化仿真环境发展（6）向广阔的应用领域扩展与其他有关的学科融合仿真技术发展趋势电信学院-自动化教研室-张悦222012-11-52012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦23电信学院-自动化教研室-张悦231系统仿真技术的基本概念2关于Matlab2012a安装Matlab概述32012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦242Matlab安装2012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦24双击图标版本号：2012a2012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦252012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦252012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦262012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦262012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦272012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦27[迈特莱布].MATLAB_R2012a\MATLAB_R2012a\crack\记事本install2012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦282012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦282012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦292012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦292012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦302012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦302012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦312012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦312012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦322012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦322012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦332012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦332012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦342012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦342012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦352012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦352012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦36安装完成后大家会发现在开始菜单和桌面上并没有matlab的启动项。这是因为没有激活matlab。解决方法：（1）开始→运行→cmd→matlab→回车（2）弹出matlab软件激活对话框电信学院-自动化教研室-张悦362012-11-52012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦372012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦372012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦382012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦382012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦392012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦392012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦40激活完成后大家会发现在开始菜单也没有matlab启动项，解决方法：在安装目录下找到bin文件，打开matlab.exe文件（matlab图标那个）matlab即运行。右击matlab图标→附到开始菜单。电信学院-自动化教研室-张悦402012-11-52012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦412012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦412012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦422012-11-5电信学院-自动化教研室-张悦421系统仿真技术的基本概念2关于matlab20