计算机仿真课件

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第 1 章 MATLAB 入门与基本运算


1.1 MATLAB 环境与文件管理
1.2 基本数据定义与变量管理
1.3 变量、数组与函数
1.4 数据的输入与输出 1.5 数组与矩阵运算 1.6 M文件与函数 1.7 多项式管理 1.8 控制语句与逻辑管理 1.9 曲线拟合与插值运算
变量、数组与函数

变量
表示变量名,常量名,函数名和文件名的字符串 （ 1）由字母、数字、下划线等符号组成，第一个字 母必须是英文字母 。 （2）变量和常量最长不要超过 19个字符，多余截取。
（3）函数和文件名通常不超过8个字符。
（4）变量名大小写敏感。
变量、数组与函数

变量：特殊变量
ans ----默认临时变量
数据的输入与输出

MATLAB低级文件 I/O函数
MATLAB低级文件I/O函数 fclose 关闭文件
Feof
ferror fgetl fgets fopen
测试文件结束
查询文件I/O的错误状态 读文件的行，忽略回行符 读文件的行，包括回行符 打开文件
fprintf
fread frewind fscanf fseek
3.141592653589793e+000
说 明 16位十进制
5位十进制数加指数 16位十进制数加指数
400921fb54442d18 3.14 +十六进制 两位小数 正、负或零 分数近似 二位整数，四 位小数
基本数据定义与变量管理

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传递函数模型的分子、分母定义：
num c 1 c 2 c n 1 c n den 1 a 1 a 2 a n 1 a n
建 立 模 型 sys tf num ,
den

一、控制系统的数学描述（2）
3． 离 散 系 统 脉 冲 传 递 函 数 模 型
G (z) Y (z) U (z) cm z an z
m n
c m 1 z a n 1 z
m 1 n 1
c1 z c 0 a1 z a 0
传递函数模型的分子、分母定义：
num c m den a n c m 1 a n 1 a n2
北京航空航天大学出版社
课程学习的目的
．了解和掌握自动控制系统计算机仿真的基本原理、方法 ．采用MATLAB工具对控制系统进行仿真 ．采用MATLAB工具对控制系统进行辅助设计
前期课程基础
自动控制原理 自动控制系统 C语言基础
授课学时与分配（40学时）
• • • • • • • • 1．绪论；控制系统数学模型的建立、转换及其连接 （3学时） 2．控制系统的数字仿真 1 （3学时） 3．控制系统的数字仿真2 （3学时） 4．控制系统最优化的计算机辅助设计概述 ；线性规划（3学时） 5．单变量寻优1 （6学时） 6．多变量寻优 （6学时） 7．PID参数寻优 （3学时） 8．总结考试 （2学时）
16 s 4 s 36 s 18 s 17
4 3 2
的单位阶跃响应
clc hold on num=[16]; den=[1 4 36 18 17]; T=20; sys=tf(num,den); step(sys,2,T); grid input a; T=0:2:20 ; step(sys,T); grid hold off

对于模型的实验应该说是在进行系统研究中的主要手段，选择在模型上 进行实验的原因主要有以下原因： （1）系统尚未设计出来 （2）某些实验会对系统造成伤害 （3）难以保证实验条件的一致性 （4）费用高 （5）无法复原
1.1.3 模型的建立
1.模型
不管采用何种相似形式，仿真的进行都是在模型的基础上进行的，系统的仿真离不开相关的模型，而模型 的好坏与否对系统的仿真是否真正能够和系统“相似”具有决定性的作用。对于不同的专业和研究特点， 其模型应用的侧重点是不一样的，并且在系统仿真研究的不同阶段，其模型的应用也是不一样的。例如在 系统的理论学习阶段模型侧重于数学模型，而在系统的应用实验阶段，物理模型是不可或缺的。另外，随 着现代科学技术的发展，一些模型并不能用传统的数学模型来表示，而是需要采用描述性的语言来建立所 谓的系统数学模型，例如模糊控制的模型。在科学研究的过程中，也需要先有理论模型分析、半实物模型 实验分析和实物运行验证等阶段。一个好的模型是工程设计或科学研究的基础，建立一个好的数学模型， 需要对所要研究系统的内涵及外延有一个比较清晰的认识，从而使模型能够代表所研究的系统。模型可以 是物理模型、数学模型、混合模型甚至是语言描述模型，在本书中主要讲述或应用数学模型。
1.理论解析法
所谓理论解析法，就是运用已掌握的理论知识对控制系统进行理论上的 分析、计算。它是在进行理论学习的一个必然应用的方法，其通过 理论的学习掌握有关的系统的客观规律，通过理论分析推导来对系 统进行研究。
q1
hq2图1-2 单容箱液位控制系统如图1-2所示的单容水箱液位控制系统，通过体积和液位的平衡关系,可 以得到其数学模型。 (1.1)
2.数学模型的建立
建立系统模型就是（以一定的理论依据）把系统的行为概括为数学的函数关系。下面以一种直线倒立摆 建模的过程来说明建模的基本步骤： 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。 在忽略了空气阻力和各种摩擦之后，可将直线一级倒立摆系统抽象成小车和均匀质杆组成的系统，如下 图所示：

实现IIR和FIR滤波器
Discrete state-space
实现离散状态空间系统
Discrete-time integrator
离散时间积分器
Discrete transfer fcn
实现离散传递函数
Discrete zero-pol
实现用零极点表达的离散传递函数
First-order hold
实现一阶采样保持系统
Unit delay
单位采样时间延迟器
Zero-order hold
实现采样的零阶保持
表7.2.3 Discrete库
第七章 Simulink建模和仿真 7.2 基本模块
模 块 名
说 明
Derivative
信号的微分运算
Integrator
To file
向文件中写数据
To workspace
向工作间定义的变量写数据到
XY graph
Matlab图形窗口显示信号的二维图
表7.2.2 Sinks库
第七章 Simulink建模和仿真 7.2 基本模块
模 块 名
说 明
Discrete filter
第七章Simulink建模和仿真 7.1 Simulink的概述和基本操作
Simulink模型并不一定要包含全部的三种元素，在实际应用中通常可以缺少其中的一个或两个。例如，若要模拟一个系统偏离平衡位置后的恢复行为，就可以建立一个没有输入而只有系统模块加一个显示模块的模型。在某种情况下，也可以建立一个只有源模块和显示模块的系统。若需要一个由几个函数复合的特殊信号，则可以使用源模块生成信号并将其送入Matlab工作间或文件中。 二、仿真运行原理 Simulink仿真包括两个阶段；初始化阶段和模型执行阶段 (1) 模块初始化 在初始化阶段主要完成以下工作： ① 模型参数传给Matlab进行估值，得到的数值结果将作为模型的实际参数； ② 展开模型的各个层次，每一个非条件执行的子系统被它所包含的模块所代替；