第一章 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)概述

MATLAB語(yǔ)言與控制系統(tǒng)仿真華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院應(yīng)用電子工程系康勇李勛二00一年十一月通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步掌握當(dāng)前流行的演算式MATLAB語(yǔ)言的基本知識(shí)，結(jié)合所學(xué)課程《自動(dòng)控制原理》，學(xué)會(huì)運(yùn)用MATLAB語(yǔ)言進(jìn)行控制系統(tǒng)仿真和輔助設(shè)計(jì)的基本技能，為今后從事科學(xué)研究打下較好的基礎(chǔ)。課程任務(wù)學(xué)時(shí)安排與考試形式

總學(xué)時(shí)：32（其中上機(jī)學(xué)時(shí)12）

考試方式：上機(jī)操作第一章計(jì)算機(jī)仿真和輔助設(shè)計(jì)概述（1）

第二章MATLAB語(yǔ)言基礎(chǔ)（5）

第三章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述與建模（4）

第四章控制系統(tǒng)的分析方法（4）

第五章SIMULINK仿真基礎(chǔ)（6）教學(xué)內(nèi)容參考書(shū)目《MATLAB語(yǔ)言與自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》機(jī)械工業(yè)出版社，1997年，魏克新《控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD》機(jī)械工業(yè)大學(xué)出版社，1999年，張曉華《反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析——MATLAB語(yǔ)言應(yīng)用》清華大學(xué)出版社，2000年，薛定宇《基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)——控制系統(tǒng)》，西安電子科技大學(xué)出版社，1999年，樓順天《MATLAB5.X應(yīng)用與技巧》，科學(xué)出版社，1999年，蒙以正《MATLAB5.X入門(mén)與應(yīng)用》，科學(xué)出版社，1999年，柳承茂《MATLAB電子仿真與應(yīng)用》，國(guó)防工業(yè)出版社，2001年，韓竹利CH1、計(jì)算機(jī)仿真和輔助設(shè)計(jì)概述第一節(jié) 計(jì)算機(jī)仿真和輔助設(shè)計(jì)的基本概念一、初識(shí)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真和輔助設(shè)計(jì)例exp1_1.m例exp1_2.m/exp1_3.m/exm1_2.mdl二、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與仿真的概念1、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的概念計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)高速而精確的計(jì)算能力、大容量存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)的能力，結(jié)合設(shè)計(jì)者的綜合分析、邏輯判斷及創(chuàng)造性思維，用以加快設(shè)計(jì)進(jìn)程、縮短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的技術(shù)。說(shuō)明：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)從廣義上來(lái)講它包含了計(jì)算機(jī)仿真的內(nèi)容，從狹義上說(shuō)它的主要工作是利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力來(lái)處理設(shè)計(jì)者手工處理所遇到的不便與繁瑣。2、計(jì)算機(jī)仿真的概念仿真的定義仿真的基本思想是利用物理的或數(shù)學(xué)的模型來(lái)類(lèi)比模仿現(xiàn)實(shí)過(guò)程，以尋求對(duì)真實(shí)過(guò)程的認(rèn)識(shí)。它所遵循的基本原則是相似性原理。計(jì)算機(jī)仿真的定義計(jì)算機(jī)仿真是基于所建立的系統(tǒng)仿真模型，利用計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析與研究的方法。1、模型的定義模型是對(duì)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(duì)系統(tǒng)的特征與變化規(guī)律的一種定量抽象，是人們認(rèn)識(shí)事物的一種手段或工具。2、模型的分類(lèi)（1）物理模型指不以人的意志為轉(zhuǎn)移的客觀存在的實(shí)體，如：飛行器研制中的飛行模型；船舶制造中的船舶模型等。（2）數(shù)學(xué)模型是從一定的功能或結(jié)構(gòu)上進(jìn)行相似，用數(shù)學(xué)的方法來(lái)再現(xiàn)原型的功能或結(jié)構(gòu)特征。三、計(jì)算機(jī)仿真模型（3）仿真模型指根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，用仿真語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以實(shí)施的模型。四、計(jì)算機(jī)仿真的三要素及基本步驟（內(nèi)容）

1、三要素（1）系統(tǒng)：研究的對(duì)象（2）模型：系統(tǒng)的抽象（3）計(jì)算機(jī)：工具與手段

2、基本步驟包括三個(gè)基本的內(nèi)容：建模 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析第二節(jié) 仿真的分類(lèi)一、按模型分類(lèi)1、物理仿真：采用物理模型，有實(shí)物介入！具有效果逼真，精度高等優(yōu)點(diǎn)，但造價(jià)高或耗時(shí)長(zhǎng)，大多在一些特殊場(chǎng)合下采用（如導(dǎo)彈、衛(wèi)星一類(lèi)飛行器的動(dòng)態(tài)仿真，發(fā)電站綜合調(diào)度仿真與培訓(xùn)系統(tǒng)等），具有實(shí)時(shí)性、在線的特點(diǎn)。2、數(shù)學(xué)仿真：采用數(shù)學(xué)模型在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，具有非實(shí)時(shí)性、離線的特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)、快速、實(shí)用。二、按計(jì)算機(jī)類(lèi)型分類(lèi)1、模擬仿真：采用數(shù)學(xué)模型，在模擬計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究。50年代描述連續(xù)物理系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程比較自然、逼真，具有仿真速度快、失真小、結(jié)果可靠的優(yōu)點(diǎn)，但受元器件性能影響，仿真精度較低，對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的仿真較困難，自動(dòng)化程度低。模擬計(jì)算機(jī)的核心是運(yùn)算部分，它由我們熟知的“模擬運(yùn)算放大器”為主要部件所構(gòu)成。2、數(shù)字仿真：采用數(shù)學(xué)模型，在數(shù)字計(jì)算機(jī)上借助于數(shù)值計(jì)算方法所進(jìn)行的仿真實(shí)驗(yàn)。60年代計(jì)算與仿真的精度較高。理論上計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)可以根據(jù)精度要求來(lái)“隨意”設(shè)計(jì)，因此其仿真精度可以是無(wú)限，但是由于受到誤差積累、仿真時(shí)間等因素影響，其精度也不易定得太高。對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的仿真比較方便。仿真實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)化程度較高，可方便地實(shí)現(xiàn)顯示、打印等功能。計(jì)算速度比較低，在一定程度上影響到仿真結(jié)果的可信度。但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，“速度問(wèn)題”會(huì)在不同程度上有所改進(jìn)與提高。數(shù)字仿真沒(méi)有專(zhuān)用的仿真軟件支持，需要設(shè)計(jì)人員用高級(jí)程