控制系统计算机仿真第一章-绪论-PPT课件.ppt
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- 控制系统 计算机 仿真 第一章 绪论 PPT 课件
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1、第一章第一章:绪绪 论论21、课程简介、课程简介基础知识基础知识自动控制原理(拉氏变换与拉氏反变换)现代控制理论(状态空间方程)计算机控制技术(采样系统结构、Z变换、Z反变换等)Matlab基础知识(M语言编程、Simulink仿真)31、课程简介、课程简介课程安排课程安排总课时量:32学时课堂教学:26学时实验教学: 6学时参考书籍参考书籍控制系统计算机仿真蒋珉电子工业出版社 控制系统仿真郑恩让、聂诗良中国林业出版社成绩计算成绩计算卷面成绩(60%) + 实验成绩(20%) + 平时成绩(20%)2、课程目的、课程目的课程学习目的课程学习目的仅能对简单系统仿真是不够的,能够仿真复杂系统掌握哪
2、些方法可用于系统仿真理解不同仿真方法之间精度和快速性的区别掌握提高仿真方法精度和快速性的途径43、仿真的概念、仿真的概念什么是仿真什么是仿真仿真过程,就是建立实际系统的模型模型、并在模型模型的基础上对系统进行试验的过程。也就是说,仿真不是直接在系统上进行试验,而是通过模型模型间接间接地地对系统进行研究的过程。研发一种新药 使用小白鼠进行临床试验 改进药物配方 进行病理分析 投放市场,病人使用53、仿真的概念、仿真的概念仿真实例仿真实例造船时(航空母舰),先按一定比例建造船模,然后放在水中进行测试;在计算机上,使用Matlab软件,模拟倒立摆及其控制系统,对控制器进行改进、研究;通过数学模型,研
3、究甲型H1N1流感病毒、Internet 中计算机病毒的传播、蔓延趋势;使用计算机模拟金融市场的运行(金融衍生品);63、仿真的概念、仿真的概念仿真的必要性仿真的必要性在建立实际系统时,如果存在危险因素或难以实现,必须对系统进行仿真验证。例如,导弹、宇航、核反应堆等系统,如果不经过仿真验证就直接实施,可能存在极大的危险。这时,人们需要建立实际系统的物理模型或数学模型进行研究,然后把研究结果应用到实际系统中去。仿真是非常必要、甚至是必不可少的一门科学73、仿真的概念、仿真的概念仿真的应用场景仿真的应用场景系统处于设计阶段,并没有真正建立起来。不具备试验条件,不可能在真实系统上进行试验;直接在实际
4、系统上做试验会造成破坏性后果。例如,反应釜或精馏塔控制系统中,改变某一参数,可能导致一炉成品报废;在宏观经济调控时,随意把一个决策付之行动,可能引起市场混乱(“四拍”决策);在实际系统上做多次试验时,很难保证每一次的操作条件都相同,因而无法对试验结果的优劣作出正确的判断与评价;试验时间太长,或试验费用太高,或试验有危险;83、仿真的概念、仿真的概念仿真的优点仿真的优点“经济、安全、方便、灵活、高效” 。例如,在新型飞机的研制过程中,单次飞行成本约 美元,采用仿真技术后仅需原成本的1/101/5。英法联合研制的“协和号”飞机,由于采用了仿真技术,使研制周期缩短了1/81/6,设计费用降低了15%
5、25%。(SolidWorks, ProE)应用愈来愈广泛。逐步发展到了电力、冶金、机械等一些主要工业部门,现在进一步扩大到了生态系统、石油化工等行业;93、仿真的概念、仿真的概念物理模型物理模型 & 数学模型数学模型什么是模型:模型,是对系统的特征和变化规律的一种定量抽象模型的分类:物理模型数学模型物理模型:依据“相似原理”,将真实系统放大或缩小制成的山寨版;例如:飞行器设计中的“风洞”实验,模拟各种飞行环境;优点:效果逼真,精度很高;局限性:造价高昂,只适用于一些特殊场合;103、仿真的概念、仿真的概念113、仿真的概念、仿真的概念物理模型物理模型 & 数学模型数学模型数学模型:用数学符号
6、描述系统运动变化规律的数学表达式;数学模型分类:静态模型:仅能表示系统处于平衡状态下的变量关系动态模型:描述系统变量随时间的变化规律12模型类型静态模型动态模型连续模型离散模型数学描述代数方程1、微分方程2、传递函数3、连续状态空间方程1、差分方程2、脉冲传递函数3、离散状态空间方程思考:什么叫传递函数,什么叫脉冲传递函数?3、仿真的概念、仿真的概念物理模型物理模型 & 数学模型数学模型注意:无论静态数学模型还是动态数学模型都要求具有抽象性(去粗取精、去伪存真),同时在计算机上仿真还要求具有递归性;数学模型的优点:具有经济、方便、模型参数易修改等特点,已经得到越来越多的应用;数学模型的缺点:受
7、不同的计算机软、硬件档次限制,在计算容量、仿真速度和精度等方面存在不同的差别;133、仿真的概念、仿真的概念物理仿真物理仿真 & 数学仿真数学仿真早期的仿真大多采用物理仿真,因为系统比较简单,容易构成仿真系统;随着科学技术的发展,自动控制系统日益复杂,采用物理仿真难度较大;与此同时,数值分析的推广、现代控制理论的崛起和计算机的发展,使数学仿真得到了广泛应用;(工具的重要性)数学仿真就是通过一定途径,对系统的数学模型进行仿真实验。通常使用计算机作为工具,因此也称为计算机仿真;143、仿真的概念、仿真的概念解析解解析解 & 数值解数值解解析解解析解: (Analytical Solution),使
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