仿真教學(xué)教學(xué)ppt課件

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1、控制系統(tǒng)數(shù)字仿真主講魏文元2013年9-11月（基于MATLAB的控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真）參考教材：◆瞿亮等.基于MATLAB的控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真.北京交通大學(xué)出版社.2006年參考書：◆張聚.基于MATLAB的控制系統(tǒng)仿真及應(yīng)用.電子工業(yè)出版社.2012年.◆王正林等.MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真.電子工業(yè)出版社.2008年.參考書目第一章緒論2第二章MATLAB程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)4第三章連續(xù)系統(tǒng)數(shù)字仿真4第四章控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型2第五章控制系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)與特性分析4第五章基于Simulink

2、的建模與仿真4第六章控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì)4實(shí)驗(yàn)8教學(xué)安排（32學(xué)時(shí)／8）控制系統(tǒng)數(shù)字仿真數(shù)值方法（高數(shù)、數(shù)值計(jì)算方法）系統(tǒng)工程（建模技術(shù)）控制理論（傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程、方框圖）計(jì)算機(jī)技術(shù)（編程）仿真技術(shù)是近幾十年發(fā)展起來的一門綜合性、新技術(shù)學(xué)科，它為對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究、分析、設(shè)計(jì)、決策等提供了先進(jìn)的手段。在科學(xué)研究及生產(chǎn)實(shí)踐中，由于受到客觀條件（如經(jīng)濟(jì)、安全、時(shí)間等）的限制，常常不能對(duì)所研究的對(duì)象直接進(jìn)行試驗(yàn)。在這種情況下，可以采用間接試驗(yàn)的方法，即建立一個(gè)與所研究的系統(tǒng)相似的模型，通過模型間接地研究

3、原系統(tǒng)。這種間接試驗(yàn)技術(shù)就是仿真技術(shù)。比如，工程界：生物、醫(yī)學(xué)界：軍事界：追擊敵機(jī)問題已知：敵機(jī)在100KM高空，以20KM/min的速度勻速直線行駛。假設(shè)：（1）只要兩機(jī)相距在10公里之內(nèi)，我機(jī)就可以摧毀敵機(jī)；（2）如果10分鐘之內(nèi)沒有捕捉到，就認(rèn)為失敗。問：我方飛機(jī)應(yīng)以怎樣的速度，沿著什么航線飛行，需要多長(zhǎng)時(shí)間可捕捉到目標(biāo)。比如我機(jī)以30KM/min的速度，每1分鐘改變一次方向，能不能捕捉到？我機(jī)以40KM/min的速度，每2分鐘改變一次方向，能不能捕捉到？MATLAB程序vd=20;vw=3

4、0;time=1;%我機(jī)以30KM/min的速度,每1分鐘改變一次方向i=1;ts=0;xw=0;yw=0;t(1)=0;W(1,:)=[00];D(1,:)=[0100];xd=0;while1i=i+1;theta=atan((100-yw)/(xd-xw));%計(jì)算我機(jī)的方向ctheta=cos(theta);stheta=sin(theta);globalAA=[vw*cthetavw*stheta];[T,Y]=ode45(‘plane’,[ts,ts+time],[xw,yw]);%計(jì)

5、算我機(jī)的位置n=length(Y);W(i,:)=Y(n,:);t(i)=ts+time;xd=vd*(ts+time);%計(jì)算敵機(jī)的位置D(i,1)=xd;D(i,2)=100;xw=Y(n,1);yw=Y(n,2);Displace=sqrt((xd-xw)*(xd-xw)+(100-yw)*(100-yw));%計(jì)算兩者距離ifDisplace<10disp('success');breakend%條件判斷ts=ts+time;ifts>10disp('fail');breakendendf

6、igure(1)plot(W(:,1),W(:,2),'g+',W(:,1),W(:,2),'r',D(:,1),D(:,2),'bo');我機(jī)以30KM/min的速度,每1分鐘改變一次方向,6分鐘可捕捉到敵機(jī)我機(jī)以40KM/min的速度,每2分鐘改變一次方向,不能捕捉到敵機(jī)我機(jī)以40KM/min的速度,每1.3分鐘改變一次方向,能捕捉到敵機(jī)第一章緒論§1-1系統(tǒng)、模型與仿真一、系統(tǒng)（System）二、模型（Model）三、仿真（Simulation）§1-2計(jì)算機(jī)仿真一、計(jì)算機(jī)仿真的過程、步驟

7、二、計(jì)算機(jī)仿真的分類三、計(jì)算機(jī)仿真的意義四、系統(tǒng)仿真的應(yīng)用及發(fā)展五、仿真軟件§1-3控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真§1-1系統(tǒng)、模型與仿真一、系統(tǒng)（System）1．定義所謂“系統(tǒng)”，是指相互聯(lián)系又相互作用著的對(duì)象的有機(jī)組合。該組合體可以完成某項(xiàng)任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)某個(gè)預(yù)定的目標(biāo)。特點(diǎn)：整體性：系統(tǒng)由許多要素組成，各個(gè)組成部分是不可分割的。相關(guān)性：系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間相互以一定規(guī)律聯(lián)系著。層次性：系統(tǒng)可以分解為一系列的子系統(tǒng)，并存在一定的層次結(jié)構(gòu)。目的性：系統(tǒng)具有某種目的，要達(dá)到既定的目的，系統(tǒng)必須具有一定的功能（

8、如控制、調(diào)節(jié)和管理的功能）。系統(tǒng)工程系統(tǒng)（如：電氣、機(jī)械、機(jī)電、化工、熱力等）非工程系統(tǒng)（如：經(jīng)濟(jì)、交通、管理、生態(tài)等）比較器調(diào)節(jié)器加熱爐溫度計(jì)溫度擾動(dòng)溫度給定值溫度偏差噴油量例如，下圖所示的加熱爐溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是一個(gè)工程系統(tǒng)。2．分類通常，根據(jù)系統(tǒng)的物理特征，可將系統(tǒng)分為兩大類：生產(chǎn)管理部門采購部門制造車間裝配車間運(yùn)輸車間原料成品用戶訂單實(shí)體——組成系統(tǒng)的具體對(duì)象。屬性——實(shí)體的特性?；顒?dòng)——對(duì)象隨時(shí)間推移而發(fā)生的狀態(tài)變化。3．構(gòu)成系統(tǒng)的三大要素：實(shí)體、屬性、活動(dòng)下圖所示的工廠系