测控系统仿真技术.ppt

计算机仿真的基本概念 飞机设计中有一个重要环节：风洞试验。 实际的风洞试验费用巨大。 使用计算机仿真进行模拟风洞试验，使费用大大降低。 飞机设计 第三十页，共四十七页，2022年，8月28日 计算机仿真举例 例1.1 ：追击问题 我辑私舰雷达发现距c里处有一艘走私船正以匀速度a沿直线行驶,辑私舰立即以最大的速度 b追赶 , 若用雷达进行跟踪,保持船的瞬时速度方向始终指向走私船 , 试求辑私舰追逐路线和追上的时间 ,并且给出缉私舰和走私船的路线图。 第三十一页，共四十七页，2022年，8月28日 计算机仿真举例 选取坐标系如图: 假设缉私艇初始位置在点(c,0),走私船初始位置在点(0,0),走私船的行驶方向为y方向. O x y (c,0) D(x,y). R(0,at) 设缉私艇为动点D,走私船 为动点R. 在时刻 t,缉私艇的位 置是D(x,y),走私船的位置是R(0,at). 取时间间隔(步长)为 ,则在时刻 t+ ,D的位置是 , 追赶方向(D的运动方向)为DR.用方向余弦表示为: (*) 第三十二页，共四十七页，2022年，8月28日 计算机仿真举例 算法: 赋初值:初始时刻 t0,时间步长 ,速度a,b,初始位置c 循 环: 由公式(*)计算动点D在各时刻的坐标 D 计算动点R在各时刻的坐标R. 终 止: 当D,R的距离小于给定值 时终止 第三十三页，共四十七页，2022年，8月28日 计算机仿真举例 将上述算法中求出的点D用直线段连接起来，就得到追赶曲线。循环终止时的即为追赶时间。可以看出，步长选取得越小，所求的曲线越精确。 第三十四页，共四十七页，2022年，8月28日 第一页，共四十七页，2022年，8月28日 课程简介及要求 1. 课程性质及教学目的 计算机控制与仿真是从事自动化、控制系统工程、计算机应用技术人员应该掌握的一门新型技术，是分析、研究、设计控制系统的强有力工具，是自动控制、计算机及其相关专业的一门重要专业应用技术课程。 本课程的授课目的在于适应当前科技发展的需要，学习控制与仿真的基本知识、基本理论及其应用技术，掌握在计算机上进行系统仿真的原理、模型变换方法、程序设计及调试、运行等技能，为今后在相关领域的应用打下良好的基础。 第二页，共四十七页，2022年，8月28日 课程简介及要求 2. 课程教学安排 教学参考学时：28学时 其中实验学时：4 学时 考试形式：命题 3. 教材内容体系结构 基本知识与基本概念 计算机仿真的概念 仿真算法的描述和实现 控制系统的数学模型及系统性能的分析方法 微分方程 传递函数 动态结构图 状态空间描述 时域法及其应用 频域法及其应用 第三页，共四十七页，2022年，8月28日 课程简介及要求 仿真方法描述、程序设计及其应用 数值积分法仿真原理、程序设计及其应用 离散相似法仿真原理、程序设计及其应用 仿真工具及其应用 MATLAB程序设计语言的介绍及其应用 SIMULINK 交互式仿真环境和基本操作 随机数的产生 时间步长法 事件步长法 第四页，共四十七页，2022年，8月28日 一、计算机仿真的基本概念 1．系统的定义 在控制工程中，系统的定义为：按照某些规律结合起来，互相作用、互相依存的所有实体的集合或总和． 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、炼钢、轧钢、制品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。 系统边界：为了限制所研究问题涉及的范围, 用系统边界把所研究的系统与影响系统的环境区分开来. 第五页，共四十七页，2022年，8月28日 图1-1 温度控制系统 第六页，共四十七页，2022年，8月28日 1.1 系统的含义 2．系统的三要素 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，也即系统的属性，可以是文字型、数字型或逻辑型。 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状态(指在某一时刻实体及其属性值的集合)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。 第七页，共四十七页，2022年，8月28日 1.