控制系统计算机仿真
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小结

系统是被研究的对象,模型是对系统的描述,仿真是通过模型研究系统的一种工具或手段。

系统是相互联系、相互制约、相互作用的实体集合,是具有一定整体功能和行为的统一体。系统存在于环境之中,其活动受到环境的影响。根据研究目的的不同,可以把系统划分成连续系统、离散系统、采样数据系统和离散-连续系统4大类。

模型是对系统的一种客观写照或缩影,它反应系统的主要特征。模型可以分为物理模型和数学模型两大类。数学模型又可分为静态模型和动态模型两类,它们都采用不同的数学方程来描述系统的行为和特征。

仿真包括建立系统的仿真模型,在模型上进行试验并对结果分析的过程。基于物理模型进行试验称为物理仿真;基于系统的数学模型,并在计算机上进行试验称为数学仿真或计算机仿真或数字仿真;而把数学模型与物理模型连接在一起进行试验称为数学-物理混合仿真。仿真依据的基本原则是相似原理。

计算机仿真通常需要经过若干步骤才能完成,与解析法通过数学推导和演绎去研究系统不一样,它是经过一系列的试验找出系统的性质和运动规律的一种方法。同时,计算机仿真也不等同于数值求解,数值求解只是整个仿真过程中的一个环节。

仿真技术已被广泛应用于工程及非工程领域中,用于系统研究、分析、决策、设计、理论验证和人员培训等各个方面,具有经济、安全、灵活、方便等优点。

在控制系统的仿真中,常见的数学模型可以分为连续时间模型、离散时间模型和采样数据模型3大类。其中,前两类又分别有3种数学描述形式,并且对于线性定常系统,3种形式可以相互转换。

MATLAB程序设计语言是一个高级的数学分析与运算软件,它是一个开放的集成环境。在这个环境下,人们开发了许多具有特殊用途的软件工具箱,其中的控制系统工具箱是MAT-LAB语言中专门针对控制系统工程分析设计的函数和工具的集合。

Simulink是MATLAB下的数字仿真工具,主要用于动态系统的仿真,提供了用鼠标“画”出系统框图的方式。它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统的仿真。对于一般常见的控制系统,用户甚至无须编制一条仿真程序就可以进行仿真。