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* 第一章绪 论 1.* * 第一章绪 论 1.* 返回总目录 第1章绪 论 控制系统仿真中的名词术语 控制系统仿真基本概念 仿真技术的发展概括及应用 习题 本章内容 系统 控制系统 控制系统模型 控制系统建模 控制系统仿真中的名词术语 控制系统仿真 系统的概念 控制系统仿真中的名词术语 不同的领域对于系统的含义有不同的解释。在控制工程中，系统的定义为：由相互联系、相互作用的物体所形成的具有特定功能和运动规律的有机整体。 一．系统 控制系统仿真中的名词术语 例如：一个大型钢铁联合企业可以看作是一个系统，它由相互联系和相互作用的采矿、选矿、炼铁、炼钢、轧钢等工厂有机的组合在一起。 又如：一个工厂管理系统，它可由生产管理部门、原材料仓库、生产加工车间、销售服务部门等组成，各部门是相互联系和相互作用的。 诸如此类的还有温度控制系统、速度调节系统、交通管理系统、民航订票系统、生态监控系统等。 控制系统仿真中的名词术语 一般来说，构成一个系统应具备以下三大要素。 (1) 实体。系统是由一些相互联系的实际物体组合而成的，这些物体称为实体。如图1.1所示的温度控制系统，它就是由比较器、调节器、加热炉、温度传感器等装置组合而成的； (2) 属性。组成系统的每个实体都具备一定的特征，即系统的属性。例如图1.1温度控制系统中的温度、偏差值、干扰量、燃料量等就是实体的属性； (3) 活动。作为系统三大要素之一的是系统内部发生的变化过程，称之为活动。在温度控制系统中，以调节电压或燃料的输入量作为主要的活动。 控制系统仿真中的名词术语 温度控制系统 二. 控制系统 控制系统仿真中的名词术语 在工业生产过程中，为了实现特定的控制目标，控制系统具有两种不同的工作方式，即手动控制和自动控制。 按照手动控制方式工作的控制系统称为手动控制系统，按照自动控制方式工作的控制系统称为自动控制系统。 控制系统仿真中的名词术语 手动控制系统：需要在人的直接参与下才能使被控对象(生产设备或装置)按照预先确定的理想规律运动，以达到控制目标的要求。 在手动控制系统中，操作者需要频繁地调整对被控对象的控制作用，才能保证控制目标的实现，因此操作人员的劳动强度很大，而且常常出现控制作用不够及时、不够准确的现象，系统的控制精度较低，从而影响产品质量。 控制系统仿真中的名词术语 自动控制系统：不需要人的直接参与，通过控制装置代替人的控制作用，使被控对象按照预先确定的理想规律运动，以达到控制目标的要求。 自动控制系统可以将操作人员从繁杂的工作中解脱出来，大大降低了劳动强度，改善了工作环境，而且控制作用及时、准确，可使控制系统达到较高的控制精度，大大提高生产效率和产品质量。因此实现生产过程的自动化是促进生产力高速发展的重要手段。 控制系统仿真中的名词术语 三. 控制系统模型 控制系统模型是对控制系统的特征与变化规律的一种定量抽象，是人们用来认识事物的一种手段，一般有以下几种模型。 (1) 物理模型：根据相似原理，把真实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，飞行器的研制，船舶设计制造。 (2) 数学模型：用数学方程(或信号流图、结构图)来描述系统性能的模型。数学模型又分静态模型和动态模型。 控制系统仿真中的名词术语 如果其变量不含时间因素则为静态模型，如果与时间有关，则为动态模型，数学模型的分类可用表1-1表示。 表1-1 数学模型的分类表 交通系统、 市场系统、 电话系统 计算机数据采样系统、计算机控制系统 热传导问题 工程动力学、系统动力学 系统稳态解 应用举例 概率分布、 排队论 差分方程、 z变换离散 状态方程 偏微分方程 微分方程、 传递函数、 状态方程 代数方程 数学描述 随机离散 时间离散 分布参数 集中参数 离散模型 连续模型 动态系统模型 静态系统模型 模型类型 控制系统仿真中的名词术语 四. 控制系统建模 控制系统建模就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。其包括以下内容： (1) 确定模型的结构，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) 运用适当理论建立系统的数学描述。 (4) 检验所建立的数学模型的准确性。 控制系统仿真中的名词术语 五. 控制系统仿真 控制系统仿真研究的对象是控制系统，而系统特性的表征主要采用与之相应的系统数学模型，将其放到计算机上进行相应的处理，就构成完整的系统仿真过程。 因此，将实际系统、数学模型、计算机称为