控制系统计算机仿真第一章 绪论.pptVIP

7、小结 小结 系统是被研究的对象，模型是对系统的抽象描述，仿真是通过模型研究系统的一种工具或手段； 模型是对系统的一种客观写照，反应系统的主要特征。模型可以分为物理模型和数学模型；数学模型又可以分为动态模型和静态模型； 仿真主要分为三个步骤：建立模型、仿真实验、结果分析； * * 第一章： 绪 论 * 1、课程简介 基础知识 自动控制原理(拉氏变换与拉氏反变换) 现代控制理论(状态空间方程) 计算机控制技术(采样系统结构、Z变换、Z反变换等) Matlab基础知识(M语言编程、Simulink仿真) * 1、课程简介 课程安排 总课时量：32学时 课堂教学：26学时 实验教学： 6学时 参考书籍 《控制系统计算机仿真》 蒋珉 电子工业出版社 《控制系统仿真》 郑恩让、聂诗良 中国林业出版社 成绩计算 卷面成绩(60%) + 实验成绩(20%) + 平时成绩(20%) 2、课程目的 课程学习目的 仅能对简单系统仿真是不够的，能够仿真复杂系统 掌握哪些方法可用于系统仿真 理解不同仿真方法之间精度和快速性的区别 掌握提高仿真方法精度和快速性的途径 * 3、仿真的概念 什么是仿真 仿真过程，就是建立实际系统的模型、并在模型的基础上对系统进行试验的过程。也就是说，仿真不是直接在系统上进行试验，而是通过模型间接地对系统进行研究的过程。 研发一种新药 ? 使用小白鼠进行临床试验 ? 改进药物配方 ? 进行病理分析 ? 投放市场，病人使用 * 3、仿真的概念 仿真实例 造船时(航空母舰)，先按一定比例建造船模，然后放在水中进行测试； 在计算机上，使用Matlab软件，模拟倒立摆及其控制系统，对控制器进行改进、研究； 通过数学模型，研究甲型H1N1流感病毒、Internet 中计算机病毒的传播、蔓延趋势； 使用计算机模拟金融市场的运行(金融衍生品)； * 3、仿真的概念 仿真的必要性 在建立实际系统时，如果存在危险因素或难以实现，必须对系统进行仿真验证。例如，导弹、宇航、核反应堆等系统，如果不经过仿真验证就直接实施，可能存在极大的危险。 这时，人们需要建立实际系统的物理模型或数学模型进行研究，然后把研究结果应用到实际系统中去。 仿真是非常必要、甚至是必不可少的一门科学 * 3、仿真的概念 仿真的应用场景 系统处于设计阶段，并没有真正建立起来。不具备试验条件，不可能在真实系统上进行试验； 直接在实际系统上做试验会造成破坏性后果。例如，反应釜或精馏塔控制系统中，改变某一参数，可能导致一炉成品报废；在宏观经济调控时，随意把一个决策付之行动，可能引起市场混乱(“四拍”决策)； 在实际系统上做多次试验时，很难保证每一次的操作条件都相同，因而无法对试验结果的优劣作出正确的判断与评价； 试验时间太长，或试验费用太高，或试验有危险； * 3、仿真的概念 仿真的优点 “经济、安全、方便、灵活、高效” 。例如，在新型飞机的研制过程中，单次飞行成本约 美元，采用仿真技术后仅需原成本的1/10~1/5。英法联合研制的“协和号”飞机，由于采用了仿真技术，使研制周期缩短了1/8~1/6，设计费用降低了15%~25%。(SolidWorks, ProE) 应用愈来愈广泛。逐步发展到了电力、冶金、机械等一些主要工业部门，现在进一步扩大到了生态系统、石油化工等行业； * 3、仿真的概念 物理模型 数学模型 什么是模型：模型，是对系统的特征和变化规律的一种定量抽象 模型的分类： 物理模型 数学模型 物理模型：依据“相似原理”，将真实系统放大或缩小制成的山寨版； 例如：飞行器设计中的“风洞”实验，模拟各种飞行环境； 优点：效果逼真，精度很高； 局限性：造价高昂，只适用于一些特殊场合； * 3、仿真的概念 * 3、仿真的概念 物理模型 数学模型 数学模型：用数学符号描述系统运动变化规律的数学表达式； 数学模型分类： 静态模型：仅能表示系统处于平衡状态下的变量关系 动态模型：描述系统变量随时间的变化规律 * 模型类型 静态模型 动态模型 连续模型 离散模型 数学描述 代数方程 1、微分方程 2、传递函数 3、连续状态空间方程 1、差分方程 2、脉冲传递函数 3、离散状态空间方程 思考：什么叫传递函数，什么叫脉冲传递函数？ 3、仿真的概念 物理模型 数学模型 注意：无论静态数学模型还是动态数学模型都要求具有抽象性(去粗取精、去伪存真)，同时在计算机上仿真还要求具有递归性； 数学模型的优点：具有经济、方便、模型参数易修改等特点，已经得到越来越多的应用； 数学模型的缺点：受不同的计算机软、硬件档次限制，在计算容量