控制系統(tǒng)仿真

前言

系統(tǒng)仿真是研究、設(shè)計、分析各種復雜系統(tǒng)的重要工具，廣泛應(yīng)用于國防、軍事、能源、交通等工程與非工程領(lǐng)域，特別是近幾十年來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，在各類應(yīng)用需求的拉動和相關(guān)學科技術(shù)的推動下，系統(tǒng)仿真技術(shù)已經(jīng)迅速發(fā)展成為一門具有通用性、戰(zhàn)略性和跨學科的綜合性技術(shù)，并與科學計算一起，成為繼理論研究、實驗研究之后第3種認識和改造客觀世界的重要手段。目前，系統(tǒng)仿真課程已經(jīng)成為系統(tǒng)工程、自動化等多個學科專業(yè)的一門主要課程。當前國內(nèi)關(guān)于系統(tǒng)仿真方面的教材或?qū)Ｖ?，主要講述系統(tǒng)仿真的基本原理及理論，或者圍繞專門的工具軟件如MATLAB等以講述其使用，或者針對特定的領(lǐng)域如國防軍事、電力、化工等的仿真應(yīng)用，并不適合學生的學習。鑒于以上情況，作者在多年從事本課程教學和相關(guān)科研的基礎(chǔ)上，組織編寫一本適合自動化及相關(guān)專業(yè)本科學生的控制系統(tǒng)仿真教材?？紤]到離散事件系統(tǒng)的重要性和廣泛應(yīng)用，將離散事件系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識也加入其中。本書共10章，分為4個部分。第一部分即第1章，介紹系統(tǒng)仿真的基本概念、分類以及應(yīng)用等基本知識。第二部分中第2～5章，對當前最常用的MATLAB仿真軟件包的基本使用做了介紹，包括基本數(shù)值運算、符號運算、圖形界面控制、控制系統(tǒng)仿真應(yīng)用等；第6章介紹了Simulink在控制系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用，包括Simulink的基本使用、線性系統(tǒng)工具箱以及利用S函數(shù)擴展Simulink功能，并講述了LabVIEW與Simulink的接口，以便利用前者的硬件接口等功能進行硬件在環(huán)仿真。第三部分包括第7～9章，介紹了連續(xù)系統(tǒng)仿真的基本方法，包括數(shù)值積分法、時域和頻域離散相似法、根匹配法等，并對數(shù)字系統(tǒng)及其他特殊的系統(tǒng)仿真方法也做了簡單的介紹。第四部分即第10章，對離散事件系統(tǒng)的基本概念、建模、仿真方法做了介紹。本書側(cè)重于系統(tǒng)仿真，尤其是控制系統(tǒng)仿真的基本原理與基本理論及其實現(xiàn)和應(yīng)用的介紹，為了盡量減少與其他課程或教材內(nèi)容重復，對可以在其他課程學習的知識如自動控制理論、程序設(shè)計基礎(chǔ)知識等不做過多講述。書中吸收了作者在汽車電子控制及仿真開發(fā)中積累的一些研究經(jīng)驗和成果，注意理論和實踐相結(jié)合，所有例子均采用MATLAB語言及其基礎(chǔ)的函數(shù)來實現(xiàn)和驗證相關(guān)理論方法，以便于讀者理解和實踐，并方便以圖形方式直觀表示及與MATLAB的專用仿真庫函數(shù)實現(xiàn)的結(jié)果進行比較，同時使代碼更加簡潔，讀者可直接將電子文檔中的源代碼復制到MA'I'LAB集成環(huán)境中即可運行。本書適合作為高等院校自動控制、電子工程、通信等電子信息類專業(yè)"控制系統(tǒng)仿真"課程的教材，也可為相關(guān)工程技術(shù)人員提供參考。讀者應(yīng)學習過自動控制理論相關(guān)的前修課程，本書建議學時為32～48學時，并配以適當?shù)纳蠙C實驗或結(jié)合相關(guān)課程的課程設(shè)計以加強對相關(guān)知識的理解和實踐。

內(nèi)容概要

全書共10章，主要內(nèi)容包括系統(tǒng)仿真的基本概念、分類等基本知識；當前最常用的MATLAB仿真軟件包及其在控制系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用，以及Simulink的應(yīng)用、S函數(shù)以及硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的開發(fā)；連續(xù)系統(tǒng)仿真的基本理論和連續(xù)系統(tǒng)模型的離散化方法(包括基本原理、適用范圍和程序設(shè)計實現(xiàn)，數(shù)字系統(tǒng)及其他特殊的系統(tǒng)仿真方法)；簡介離散事件系統(tǒng)的基本概念、建模、仿真方法?！　”緯空戮才帕肆曨}，并給出了以MATLAB語言編寫、可直接運行的所有實例仿真源代碼，便于學生參考和實踐?！　”緯勺鳛楦叩葘W校自動控制、電子工程、通信等電子信息類專業(yè)“控制系統(tǒng)仿真”課程的教材，也可作為工程技術(shù)人員的參考用書。

書籍目錄

第1章　系統(tǒng)仿真概述　1.1　基本概念　　1.1.1　系統(tǒng)的概念和類型　　1.1.2　建模和數(shù)學模型　　1.1.3　系統(tǒng)仿真　1.2　系統(tǒng)仿真　　1.2.1　系統(tǒng)仿真的優(yōu)點　　1.2.2　仿真與數(shù)學求解（解析法）的關(guān)系　　1.2.3　仿真的分類　　1.2.4　系統(tǒng)仿真的工具　　1.2.5　系統(tǒng)仿真的步驟　小結(jié)　　習題　第2章　MATLAB基礎(chǔ)　2.1　概論　　2.1.1　MATLAB的發(fā)展歷程和影響　　2.1.2　MATLAB語言的特點　　2.1.3　MATLAB命令平臺　　2.1.4　MATLAB文件系統(tǒng)　　2.1.5　MATLAB工具箱　　2.1.6　MATLAB的幫助系統(tǒng)　2.2　數(shù)據(jù)類型　　2.2.1　數(shù)值類型　　2.2.2　邏輯類型　　2.2.3　字符和字符串　2.3　基本語法結(jié)構(gòu)　　2.3.1　變量與賦值語句　　2.3.2　函數(shù)語句　2.4　MATLAB編程基礎(chǔ)　　2.4.1　MATLAB命令行操作　　2.4.2　獨立M文件　　2.4.3　M函數(shù)　　2.4.4　MATLAB編程知識和規(guī)則　　2.4.5　MATLAB程序控制　小結(jié)　習題第3章　MATLAB的運算　3.1　矩陣操作　　3.1.1　矩陣構(gòu)造　　3.1.2　矩陣的訪問　　3.1.3　矩陣的運算　3.2　特殊數(shù)組　　3.2.1　元胞數(shù)組的定義及編址　　3.2.2　元胞數(shù)組的創(chuàng)建和顯示　3.3　基本數(shù)學函數(shù)　3.4　多項式運算　　3.4.1　多項式的表示　　3.4.2　多項式的運算　　3.4.3　多項式的曲線擬合　　3.4.4　多項式的展開　　3.5　函數(shù)插值運算　3.6　數(shù)值求解方法　　3.6.1　數(shù)值積分　　3.6.2　數(shù)值微分　　3.6.3　微分方程數(shù)值求解　3.7　MATLAB的符號運算　　3.7.1　基本符號運算　　3.7.2　符號運算在控制理論中的應(yīng)用　小結(jié)　習題第4章　MATLAB繪圖　4.1　基本繪圖功能　　4.1.1　基本繪圖函數(shù)　　4.1.2　多圖繪制　　4.1.3　圖形標識　　4.1.4　坐標軸的控制　　4.1.5　交互式繪圖指令　　4.1.6　三維繪圖　　4.1.7　三維圖形的影片動畫　　4.1.8　其他命令簡介　4.2　句柄繪圖　　4.2.1　基本概念　　4.2.2　圖形對象的創(chuàng)建　　4.2.3　對象句柄的獲取　　4.2.4　對象屬性的獲取和設(shè)置　小結(jié)　習題第5章　MATLAB控制系統(tǒng)仿真第6章　Simulink仿真第7章　數(shù)值積分法第8章　快速數(shù)字仿真方法第9章　其他系統(tǒng)的仿真第10章　離散事件系統(tǒng)仿真參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：前面的章節(jié)已經(jīng)詳細介紹了系統(tǒng)仿真中各種常用的連續(xù)系統(tǒng)的仿真方法，包括數(shù)值積分法、離散相似法以及各種快速數(shù)字仿真方法。在本章中，將就其他一些典型系統(tǒng)，如采樣控制系統(tǒng)、病態(tài)系統(tǒng)、間斷特性系統(tǒng)和分布參數(shù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真方法及特點分別進行簡單介紹。9．1采樣控制系統(tǒng)的仿真采樣控制系統(tǒng)（離散時間系統(tǒng)）目前一般都采用數(shù)字計算機來實現(xiàn)。從實現(xiàn)或物理構(gòu)成的角度來說也稱計算機控制系統(tǒng)，由于其實現(xiàn)方法同連續(xù)系統(tǒng)，所以仿真上也歸為連續(xù)系統(tǒng)仿真。離散相似法中的虛擬采樣開關(guān)和信號保持器，其位置、仿真的步長等可根據(jù)需要設(shè)置和調(diào)整；而采樣控制系統(tǒng)采用的實際采樣／保持器（A／D、D／A），其位置、性能等是由實際需要確定的，影響或決定其仿真或采樣控制周期或步長的因素主要包括以下幾方面。數(shù)字控制器：受執(zhí)行器運算速度、計算量、計算機I／o速度、傳感器或輸入信號的特性、驅(qū)動裝置的物理特性等各方面的影響；連續(xù)對象：受對象的變化速度、復雜度或仿真精度的影響并可以調(diào)整步長或周期。由于上述原因，采樣控制系統(tǒng)的仿真步長可分為兩部分，即控制器或原離散部分的模型和步長以及連續(xù)對象的模型和步長，這是兩個部分，需要分別考慮以及處理兩者之間的關(guān)系。

編輯推薦

《控制系統(tǒng)仿真》可作為高等學校自動控制、電子工程、通信等電子信息類專業(yè)“控制系統(tǒng)仿真”課程的教材，也可作為工程技術(shù)人員的參考用書。

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