MATLAB及工程應用教材《MATLAB/Simulink與控制系統仿真》王正林（第3版）電子工業出版社計劃學時:40(20上課+20上機)1~14周單周上課，雙周實驗11.4控制系統仿真基本概念系統仿真作為一種特殊的試驗技術，在20世紀

30～90年代的半個多世紀中經歷了飛速發展，到今天已經發展成為一種真正的、系統的實驗科學。仿真的基本思想：利用物理的或數學的模型來類比模仿現實過程，以尋求對真實過程的認識，它所遵循的基本原則是相似性原理。第1章自動控制系統與仿真概述2一、計算機仿真基本概念計算機仿真——基于所建立的系統仿真模型，利用計算機對系統進行分析與 研究的技術與方法。1、模型——對現實系統有關結構信息和行為的某種形式的描述，是對系統特征與變化規律的一種定量抽象，是人們認識事物的一種手段或工具。模型分三類（1）物理模型：客觀存在的實體。（2）數學模型：從功能或結構上進行相似，用數學方法再現原型的功能或結構特征。（3）仿真模型：根據數學模型，用仿真語言轉化為計算機可以實現的模型。3物理仿真：采用物理模型。具有實時、在線的特點。效果逼真、精度高，但造價高、耗時長。

數學仿真：采用數學模型，在計算機上進行。具有非實時、離線的特點。經濟、快速、實用。

按模型分類2、仿真分類4按計算機類型分類模擬仿真：采用數學模型，在模擬計算機上進行的仿真實驗。數字仿真：采用數學模型，在數字計算機上進行的仿真實驗。混合仿真：結合模擬仿真與數字仿真的技術和特點。現代計算機仿真：采用微型計算機，基于專用的仿真軟件、仿真語言來實現。是當前主流的仿真技術與方法。53、仿真應用仿真技術有著廣泛的應用，而且應用的深度和廣度也越來越大，目前主要應用在（1）航空與航天工業（2）電力工業（3）原子能工業（4）石油、化工及冶金工業（5）非工程領域，如醫學、社會學、宏觀經濟等。64、仿真技術應用意義仿真技術的應用具有重要的意義，主要體現在（1）經濟（2）安全（3）快捷（4）具有優化設計和預測的特殊功能7二、控制系統仿真控制系統仿真是系統仿真的一個重要分支，它是一門涉及自動控制理論、計算數學、計算機技術、系統辨識、控制工程以及系統科學的綜合性新型學科。控制系統仿真是以控制系統模型為基礎，采用數學模型替代實際控制系統，以計算機為工具，對控制系統進行實驗、分析、評估及預測研究的一種技術與方法。控制系統仿真通過控制系統的數學模型和計算方法，編寫程序運算語句，使之能自動求解各環節變量的動態變化情況，得到關于系統輸出和所需中間各變量的有關數據、曲線等，以實現對控制系統性能指標的分析與設計。8三、控制系統計算機仿真基本過程1.建立數學模型：微分方程2.建立仿真模型：傳遞函數3.編寫仿真程序：matlab/simulink4.進行仿真實驗并分析實驗結果91.5MATLAB/Simulink下的控制系統仿真控制系統的MATLAB/Simulink仿真有兩種途徑：(1)在MATLAB命令窗口下，運行M文件，調用指令和各種用于系統仿真的函數，進行系統仿真。(2)直接在Simulink窗口進行面向系統結構方框圖的系統仿真

這兩種方式可解決任意復雜系統的動態仿真問題。10一、MATLAB適合控制系統仿真的特點MATLAB具有以下主要特點，非常適合于控制系統的仿真（1）強大的運算功能：向量、數組、矩陣、復數運算、求解高次微分方程、常微分方程。（2）特殊功能的TOOLBOX工具箱：算法包（3）高效的編程效率：庫函數（4）簡單易學的編程語言：腳本語言（5）方便友好的編程環境11二、Simulink適合控制系統仿真的特點Simulink是matlab重要軟件包，用于動態系統仿真。適用于連續系統和離散系統，也適用于線性系統和非線性系統。它采用系統模塊直觀地描述系統典型環節，可方便地建立系統模型而不需要花較多時間編程。由于這些特點，Simulink廣泛流行，是最受歡迎的仿真軟件。121.6MATLAB中控制相關的工具箱Matlab有一個專用的產品系列，用于解決不同領域的問題，稱之為工具箱（toolbox）。Matlab工具箱是用matlab語言編寫的特定應用方向的工具。MATLAB中與控制相關的基礎工具箱主要有6個：控制系統工具箱（ControlSystemToolbox）系統辨識工具箱（SystemIdentificationToolbox）模型預測控制工具箱（ModelPredictiveControlToolbox）魯棒控制工具箱（RobustControlToolb