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16第四章MATLAB仿真系统第四章MATLAB仿真系统仿真是衡量系统性能的工具，它通过仿真的仿真结果来推断原系统的性能，从而为新系统的建立或原系统的改造提供可靠的参考。
通过仿真，可以降低新系统失败的可能性。
消除系统中潜在的瓶颈，防止对系统中某些功能部件造成过量的负载，优化系统的整体性能。
实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统，对这个系统做出的任何改变都可能影响到整个系统的性能和稳定。
因此，在对原有的通信系统做改进或建立一个新系统之前，通常需要对这个系统进行建模和仿真，通过仿真结果衡量方案的可行性，从中选择最合理的系统配置和参数设置，然后应用在实际系统中。
§ 4.1通信仿真的概念通信仿真是衡量通信系统性能的工具。
通信仿真可以分成离散和连续仿真。
在离散事件仿真中只对离散事件作出响应，而在连续仿真中，系统对输入信号产生连续的输出信号。
离散事件仿真是对实际通信系统的一种简化，它的仿真建模比较简单，整个过程需要花费的时间也比连续仿真少。
虽然离散事件仿真舍弃了一些仿真细节，但仍然是通信仿真的主要方式。
与一般的仿真过程类似，在对通信系统实施仿真前，首先需要研究通信系统的特性，通过归纳和抽象建立通信系统的仿真模型。
通信系统是一个循环往复的过程，它从当前系统出发，通过分析建立起一个能够在一定程度上描述原通信系统的仿真模型，然后通过仿真实验得到相关的数据。
通过对仿真数据的分析可以得到相应的结论，然后把这个结论应用到当前通信系统的改造中。
值得注意的是，在整个通信系统的仿真过程中，人为因素自始至终起着相当重要的作用。
除了仿真程序的运行之外，通信仿真的每个步骤都需要进行人工干预，由于人对当前的情况做出正确的判断。
因此，通信仿真并不是一个机械的过程，它实际上是人的思维活动在计算机协助下的一种延伸。
§4.2通信仿真的一般步骤通信仿真一般分成三个步骤，即仿真建模、仿真试验和方针分析。
通信仿真是一个螺旋式发展的过程，因此这三个步骤可能要执行多次后才能获得令人满意的效果。
电机与拖动基础及MATLAB仿真习题答案（第四章）4-14 ⼀台直流电动机技术数据如下：额定功率PN=40kW ，额定电压UN=220V ，额定转速nN=1500r/min ，额定效率η=87.5%，求电动机的额定电流和额定负载时的输⼊功率？解：（1）额定电流（2）输⼊功率4-15 ⼀台直流发电机技术数据如下：额定功率PN=82kW ，额定电压UN=230V ，额定转速nN=970r/min ，额定效率η=90%，求发电机的额定电流和额定负载时的输⼊功率？解：（1）额定电流（2）输⼊功率4-16 已知⼀台直流电机极对数p=2，槽数Z 和换向⽚数K 均等于22，采⽤单叠绕组。
试求：（1）绕组各节距；（2）并联⽀路数。
解：（1）第⼀节距5424222y 1=-=±=εp z ，为短距绕组。
单叠绕组的合成节距及换向器节距均为1，即1y ==k y第⼆节距415y 12=-=-=y y（2）并联⽀路数等于磁极数，为4。
4-17 已知直流电机极数2p=6，电枢绕组总导体数N=400，电枢电流Ia=10A ，⽓隙每极磁通Φ=2.1×10-2Wb ，试求：（1）采⽤单叠绕组时电枢所受电磁转矩；（2）绕组改为单波保持⽀路电流ia 不变时的电磁转矩。
解: 电枢绕组为单叠绕组时,并联⽀路对数a=p=3,电磁转矩 m N I a pN T a ?==Φ=38.1310021.0314.3240032π如果把电枢绕组改为单波绕组, 保持⽀路电流a i 的数值不变,则电磁转矩也不变,仍为 13.369m N ?,因为⽆论是叠绕组还是波绕组,所有导体产⽣的电磁转矩的⽅向是⼀致的, 保持⽀路电流a i 不变,就保持了导体电流不变,也就保持了电磁转矩不变。
也可以⽤计算的⽅法: 单叠绕组时并联⽀路数为6,⽀路电流 A I i a a 6106==改为单波绕组, 保持⽀路电流a i 的数值不变,仍为A 610,⽽并联⽀路数为2 (a=1), 电枢电流A i I a a 3102== 电磁转矩 m N T ?==38.13310021.0114.324003。
学习使用MATLABSimulink进行系统仿真【第一章：引言】在如今数字化时代，仿真已成为系统设计与优化的重要工具。
系统仿真能够帮助工程师在产品开发的早期阶段快速验证设计，预测产品性能，并提供有关系统行为的深入洞察。
由于其易用性和广泛应用领域，MATLABSimulink成为了工程界最受欢迎的仿真工具之一。
本文将介绍如何学习使用MATLABSimulink进行系统仿真，并强调其专业性。
【第二章：MATLABSimulink概览】MATLABSimulink是一个具有图形化界面的仿真环境，可用于建模、仿真和分析各种复杂动态系统。
它使用块状图形表示系统的组成部分，并通过连接输入和输出端口模拟系统的行为。
用户可以通过简单拖拽和连接块状元件来构建仿真模型，并通过调整参数和设置仿真参数来进行模拟分析。
【第三章：基本建模技巧】在使用MATLABSimulink进行系统仿真之前，掌握基本的建模技巧至关重要。
首先，需要熟悉各种块状元件的功能和用途，例如传感器、执行器、逻辑运算器等。
其次，理解信号流和数据流的概念，以及如何在模型中正确地引导信号传递和数据流动。
最后，学习使用条件语句、循环语句等控制结构来实现特定的仿真逻辑。
【第四章：系统模型的构建】在使用MATLABSimulink进行系统仿真时，首先需要根据实际系统的需求和特点进行系统模型的构建。
这包括确定系统的输入和输出，以及分析系统的功能和性能要求。
然后，使用块状元件将系统的各个组成部分建模，并建立各个组件之间的联系和依赖关系。
在构建模型的过程中，要注意选择恰当的块状元件和参数设置，以确保模型的合理性和可靠性。
【第五章：仿真参数设置与分析】为了获得准确且可靠的仿真结果，需要合理设置仿真参数。
常见的仿真参数包括仿真时间、步长和求解器类型等。
仿真时间应根据系统的实际运行时间确定，步长要足够小以保证仿真的精度，而求解器类型则根据系统的特点选择。
完成仿真后，还需要对仿真结果进行分析，以评估系统的性能和进行优化调整。
4-14 一台直流电动机技术数据如下：额定功率PN=40kW ，额定电压UN=220V ，额定转速nN=1500r/min ，额定效率η=%，求电动机的额定电流和额定负载时的输入功率 解：（1）额定电流（2）输入功率4-15 一台直流发电机技术数据如下：额定功率PN=82kW ，额定电压UN=230V ，额定转速nN=970r/min ，额定效率η=90%，求发电机的额定电流和额定负载时的输入功率 解：（1）额定电流（2）输入功率4-16 已知一台直流电机极对数p=2，槽数Z 和换向片数K 均等于22，采用单叠绕组。
试求：（1）绕组各节距；（2）并联支路数。
解：（1）第一节距5424222y 1=-=±=εp z ，为短距绕组。
单叠绕组的合成节距及换向器节距均为1，即1y ==k y第二节距415y 12=-=-=y y（2）并联支路数等于磁极数，为4。
4-17 已知直流电机极数2p=6，电枢绕组总导体数N=400，电枢电流Ia=10A ，气隙每极磁通Φ=×10-2Wb ，试求：（1）采用单叠绕组时电枢所受电磁转矩；（2）绕组改为单波保持支路电流ia 不变时的电磁转矩。
解: 电枢绕组为单叠绕组时,并联支路对数a=p=3,电磁转矩 m N I a pN T a ⋅=⨯⨯⨯⨯⨯=Φ=38.1310021.0314.3240032π 如果把电枢绕组改为单波绕组, 保持支路电流a i 的数值不变,则电磁转矩也不变,仍A U P I N N N N 79.207875.022010403=⨯⨯==ηkWI U P N N 71.4579.2072201=⨯=⨯=A U P I N N N 5.35623010823=⨯==KW P P N 11.911==η为m N ⋅,因为无论是叠绕组还是波绕组,所有导体产生的电磁转矩的方向是一致的,保持支路电流a i 不变,就保持了导体电流不变,也就保持了电磁转矩不变。
第四章MATLAB与过程控制系统仿真4.1MATLAB在过程控制系统仿真中的作用过程控制系统是指用于控制工艺过程的一种自动化系统，其目标是保持工艺过程的稳定性和优化工艺过程的运行。
在过程控制系统的设计和优化中，仿真是一种重要的工具。
MATLAB作为一种强大的技术计算工具，可以在过程控制系统的仿真中发挥重要的作用。
首先，MATLAB提供了丰富的数学建模和仿真工具，可以对过程控制系统进行系统的建模和仿真分析。
MATLAB提供了各种数学函数和工具箱，可以帮助工程师对过程控制系统进行数学建模，并通过仿真分析系统的动态行为。
通过MATLAB可以方便地进行过程控制系统的建模和仿真分析，分析系统的动态行为，评估系统的性能。
其次，MATLAB还提供了强大的数值计算和优化工具，可以对过程控制系统进行性能优化。
通过MATLAB可以进行系统的参数优化和控制策略优化，以提高系统的稳定性和性能。
MATLAB提供了各种优化函数和工具箱，可以帮助工程师对过程控制系统进行性能优化，实现最优的控制策略。
此外，MATLAB还提供了图形界面开发工具，可以快速开发面向过程控制系统的仿真界面。
MATLAB提供了丰富的图形绘制函数和交互界面设计工具，可以方便地开发出直观、友好的过程控制系统仿真界面，方便工程师进行系统的操作和分析。
总之，MATLAB在过程控制系统仿真中具有重要的作用。
它通过提供数学建模和仿真工具、数值计算和优化工具以及图形界面开发工具，帮助工程师进行系统的建模、仿真分析和性能优化。
MATLAB的使用可以提高过程控制系统的设计效率和优化效果，为工程师提供了强大的工具和方法。
4.2MATLAB在过程控制系统仿真中的具体应用在过程控制系统的仿真中，MATLAB可以应用于多个方面，包括系统建模、参数优化、控制策略设计以及系统性能评估等。
首先，MATLAB可以用于过程控制系统的建模。
MATLAB提供了丰富的数学函数和工具箱，可以帮助工程师对过程控制系统进行数学建模。
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第四章MATLAB仿真系统
第四章MATLAB仿真系统
仿真是衡量系统性能的工具，它通过仿真的仿真结果来推断原系统的性能，从而为新系统的建立或原系统的改造提供可靠的参考。
通过仿真，可以降低新系统失败的可能性。
消除系统中潜在的瓶颈，防止对系统中某些功能部件造成过量的负载，优化系统的整体性能。
实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统，对这个系统做出的任何改变都可能影响到整个系统的性能和稳定。
因此，在对原有的通信系统做改进或建立一个新系统之前，通常需要对这个系统进行建模和仿真，通过仿真结果衡量方案的可行性，从中选择最合理的系统配置和参数设置，然后应用在实际系统中。
§ 4.1通信仿真的概念
通信仿真是衡量通信系统性能的工具。
通信仿真可以分成离散和连续仿真。
在离散事件仿真中只对离散事件作出响应，而在连续仿真中，系统对输入信号产生连续的输出信号。
离散事件仿真是对实际通信系统的一种简化，它的仿真建模比较简单，整个过程需要花费的时间也比连续仿真少。
虽然离散事件仿真舍弃了一些仿真细节，但仍然是通信仿真的主要方式。
与一般的仿真过程类似，在对通信系统实施仿真前，首先需要研究通信系统的特性，通过归纳和抽象建立通信系统的仿真模型。
通信系统是一个循环往复的过程，它从当前系统出发，通过分析建立起一个能够在一定程度上描述原通信系统的仿真模型，然后通过仿真实验得到相关的数据。
通过对仿真数据的分析可以得到相应的结论，然后把这个结论应用到当前通信系统的改造中。
值得注意的是，在整个通信系统的仿真过程中，人为因素自始至终起着相当重要的作用。
除了仿真程序的运行之外，通信仿真的每个步骤都需要进行人工干预，由于人对当前的情况做出正确的判断。
因此，通信仿真并不是一个机械的过程，它实际上是人的思维活动在计算机协助下的一种延伸。
§4.2通信仿真的一般步骤
通信仿真一般分成三个步骤，即仿真建模、仿真试验和方针分析。
通信仿真是一个螺旋式发展的过程，因此这三个步骤可能要执行多次后才能获得令人满意的效果。
4.2.1仿真建模
仿真建模是根据实际通信系统建立仿真模型的过程，它是整个通信仿真过程的一个关键步骤，因为仿真模型的好坏直接影响着仿真的结果以及方针结果真实性和可靠性。
仿真建模是对实际系统的一种模拟和抽象，但又不是完全的福祉。
简单的
仿真模型容易被理解和操作，但是由于忽略了许多关于实际的细节，因而在一定程度上影响了仿真的可靠性。
如果仿真模型比较复杂，虽然它是对实际系统的一种真实反映，但是其中包含了过多的相互因素，这些因素不仅需要消耗过多的仿真时间，而且使仿真结果的分析过程变得相当复杂。
因此，仿真模型的建立需要综合考虑其可行性和简单性。
在仿真建模过程中，我们可以先建立一个相对简单的仿真模型，然后再根据方针结果和方针过程的需要逐步增加仿真模型的复杂度。
仿真模型一般是一个数学模型。
数学模型有多种分类方式，包括确定性模型
水声信道的编码分析及MATLAB仿真应用17
和随即模型，静态模型和动态模型。
确定性模型的输入变量和输出变量多有固定数值，而在随机模型中，至少有一个输入变量是随机的。
静态模型不需要考虑时间的因素，动态模型的输入输出变量则需要考虑时间的因素。
一般情况下通信仿真是一个随机动态仿真。
在仿真建模过程中，首先需要分析实际系统存在的问题或设立系统改造的目标，并且把这些问题和目标转化成数学变量和公式。
有了这些具体的仿真目标后，下一步是获取实际通信系统的各种运行参数，如通信系统占用的带宽及其频率分布，系统对于特定的输入信号产生的输出等。
同时，对于通信系统的各个随即变量，可以采集这些变量的数据，然后通过数学工具来确定随即变量的分布特性。
准备工作后，下一步就可以通过仿真软件来建造仿真模型了。
最简单的工具是采用c语言等编程工具直接编写仿真程序，这种方法的优点是效率高，缺点是不够灵活。
没有一个易于实现的人机交互界面，不便于对仿真结果进行分析。
除此之外，还可以采用专用的仿真软件建造仿真模型。
在完成仿真模型的软件实现后，还需要对这个模型的有效性进行初步的验证。
一种简单的验证方法是采用特定的已知的输入信号，这个输入信号分别通过仿真模型和实际模型产生两种输出信号。
如果仿真模型的输出与实际模型的吻合，说明这个仿真模型与原系统有较好的相似性。
当这两种输出信号差别很大时，最好先检验一下仿真模型内部的联结和设置，找出造成这种差异的原因。
4.2.2仿真试验
仿真试验是一个或一系列针对仿真模型的测验。
在仿真试验过程中，通常需要多次改变仿真模型输入新好的数值，以观察和分析仿真模型对这些输入信号的反应，以及仿真系统在这个过程中表现出来的性能。
需要强调的事，仿真过程中使用的输入数据必须具有一定的代表性，即能够从各个角度显著的改变仿真输出信号的数值。
实施仿真之前需要确定的另一个因素是性能尺度。
性能尺度指的是能够衡量仿真过程中系统性能的输出信号的数值，因此，在实施仿真之前，首先需要确定仿真过程中应该收集那些仿真数据，这些数据以什么样的格式存在，以及收集多少数据。
最后，还应该明确各个输入信号的初始设置以及仿真系统内部各个状态的初始值。
仿真的运行实际上是计算机的计算过程，这个过程一般不需要人工干扰，花费的时间由仿真的复杂度决定。
如果需要比较仿真系统在不同参数设置下的性能，应该使仿真系统在不同参数值时具有相同的输入信号，这样才能保证分析和比较的可靠性。
对于需要较长时间的仿真，应该尽可能的是用批处理方式，使得仿真过程在完成一种参数配置的仿真之后能够自动启动下一个参数培植下一个仿真。
这种方式减少了仿真过程中的人工干预，提高了系统利用率和仿真效率。
4.2.3仿真分析
仿真分析是一个通信仿真流程的最后一个步骤。
在仿真分析过程中，用户已经从仿真过程中获得了足够的关于系统性能的信息，但是这些信息只是一些原始数据，一般还需要经过数值分析和处理才能获得衡量系统性能的尺度，从而获得对仿真系统性能的一个总体的评价，常用的性能尺度包括平均值、方差、标准差、最大值和最小值等。
它们从不同的角度描绘了仿真系统的性能。
如果仿真过程需要一定的时间才能够达到平衡状态，在对输出数据进行分析
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第四章MATLAB仿真系统
和处理时一般要忽略最初的若干个数据，而只考虑平衡之后的输出。
对于仿真尺度不随时间变化的平衡系统，还可能涉及到输出变量稳定状态的求解。
另外一个要注意的地方是，即使仿真过程中收集的数据正确无误，由此得到的仿真结果并不一定就是准确的。
造成这种结果的原因可能是输入信号恰好与仿真系统的内部特性相吻合，或者输入的随机信号不具有足够的代表性。
应该强调的是，仿真分析并不一定就意味着通信仿真的完全结束。
如果仿真分析得到的结果达不到预期的目标，用户还需要重新修改通信仿真模型，这时候仿真分析就成为另一个循环的开始。
