1、1控制系統(tǒng)計算機仿真技術(shù)控制系統(tǒng)計算機仿真技術(shù)2 1 1 課程性質(zhì)及教學(xué)目的課程性質(zhì)及教學(xué)目的 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)計算機仿真技術(shù)計算機仿真技術(shù)是是分析、分析、研究、設(shè)計研究、設(shè)計控制系統(tǒng)的強有力工具，是從控制系統(tǒng)的強有力工具，是從事自動化、控制系統(tǒng)工程、計算機應(yīng)用技事自動化、控制系統(tǒng)工程、計算機應(yīng)用技術(shù)人員必須掌握的一門術(shù)人員必須掌握的一門新型技術(shù)。新型技術(shù)。 3 開設(shè)本課程的開設(shè)本課程的目的目的是為了適應(yīng)當是為了適應(yīng)當前科技的發(fā)展和實際工程應(yīng)用的需要，前科技的發(fā)展和實際工程應(yīng)用的需要，為高等學(xué)校應(yīng)用型本科教育的工科機為高等學(xué)校應(yīng)用型本科教育的工科機電類控制專業(yè)和計算機應(yīng)用專業(yè)電類控制專業(yè)和計算

2、機應(yīng)用專業(yè)的學(xué)的學(xué)生提供幫助。生提供幫助。41. 使學(xué)生能夠系統(tǒng)地學(xué)習(xí)計算機控制與仿真的基本使學(xué)生能夠系統(tǒng)地學(xué)習(xí)計算機控制與仿真的基本知識、基本理論及其應(yīng)用技術(shù)，知識、基本理論及其應(yīng)用技術(shù)，2.2.理解控制原理和系統(tǒng)的分析方法，理解控制原理和系統(tǒng)的分析方法，3.3.掌握計算機仿真的原理及仿真算法，掌握計算機仿真的原理及仿真算法，4.4.熟練運用熟練運用MATLABMATLAB和和SIMULINKSIMULINK相關(guān)軟件平臺對控制相關(guān)軟件平臺對控制系統(tǒng)進行仿真編程及調(diào)試、運行，培養(yǎng)扎實的操系統(tǒng)進行仿真編程及調(diào)試、運行，培養(yǎng)扎實的操作技能，為今后在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用打下良好的基作技能，為今后在相關(guān)領(lǐng)域

3、的應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。礎(chǔ)。52. 2. 課程教學(xué)安排課程教學(xué)安排總學(xué)時：總學(xué)時：40學(xué)時；其中實驗：學(xué)時；其中實驗：816學(xué)時學(xué)時考試形式：筆試考試形式：筆試+實踐操作實踐操作 3. 3. 教材特點教材特點以以應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用技術(shù)為主線，按控制與仿真的應(yīng)用實例進行為主線，按控制與仿真的應(yīng)用實例進行分析，分析，強化實踐能力強化實踐能力的鍛煉，既掌握的鍛煉，既掌握計算機控制與仿計算機控制與仿真應(yīng)用的基本原理真應(yīng)用的基本原理，又對，又對新興計算機仿真技術(shù)新興計算機仿真技術(shù)有所跟有所跟蹤。蹤。 6 通過各種通過各種典型知識典型知識及其應(yīng)用技術(shù)的學(xué)習(xí)，注重培及其應(yīng)用技術(shù)的學(xué)習(xí)，注重培養(yǎng)面向生產(chǎn)一線的應(yīng)用型人

4、才的養(yǎng)面向生產(chǎn)一線的應(yīng)用型人才的專業(yè)技能專業(yè)技能和和實用技實用技術(shù)術(shù)，以適應(yīng)工程技術(shù)教育的需要。，以適應(yīng)工程技術(shù)教育的需要。 教材中的相關(guān)概念、理論及應(yīng)用均以基本要求為教材中的相關(guān)概念、理論及應(yīng)用均以基本要求為主，主，突出實用突出實用的特點；在表達上做到層次清晰，脈的特點；在表達上做到層次清晰，脈絡(luò)分明，易于理解；在內(nèi)容的編排上由淺入深，循絡(luò)分明，易于理解；在內(nèi)容的編排上由淺入深，循序漸進，序漸進，突出重點突出重點，通俗易懂。，通俗易懂。 7 4. 4. 教材的主要模塊教材的主要模塊自動控制與系統(tǒng)仿真的相關(guān)概念和基礎(chǔ)知識；自動控制與系統(tǒng)仿真的相關(guān)概念和基礎(chǔ)知識；控制系統(tǒng)的微分方程、傳遞函數(shù)、動

5、態(tài)結(jié)構(gòu)圖、控制系統(tǒng)的微分方程、傳遞函數(shù)、動態(tài)結(jié)構(gòu)圖、狀態(tài)空間描述等數(shù)學(xué)模型；狀態(tài)空間描述等數(shù)學(xué)模型；控制原理和系統(tǒng)性能的時域分析及頻域分析法；控制原理和系統(tǒng)性能的時域分析及頻域分析法；計算機控制技術(shù)的應(yīng)用，以常見程序設(shè)計、數(shù)字計算機控制技術(shù)的應(yīng)用，以常見程序設(shè)計、數(shù)字PIDPID調(diào)節(jié)、直接數(shù)字控制等內(nèi)容為主調(diào)節(jié)、直接數(shù)字控制等內(nèi)容為主；8數(shù)值積分法和離散相似法的仿真原理及應(yīng)用；數(shù)值積分法和離散相似法的仿真原理及應(yīng)用；MATLABMATLAB的基本知識及其應(yīng)用；的基本知識及其應(yīng)用；SIMULINK SIMULINK 交互式仿真和基本操作；交互式仿真和基本操作；控制系統(tǒng)仿真的應(yīng)用實例分析?？刂葡到y(tǒng)

6、仿真的應(yīng)用實例分析。9 本章主要教學(xué)內(nèi)容本章主要教學(xué)內(nèi)容自動控制的基本概念及其應(yīng)用自動控制的基本概念及其應(yīng)用開、閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成和特點開、閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成和特點控制系統(tǒng)的分類和總體性能要求控制系統(tǒng)的分類和總體性能要求計算機仿真的概念及其特點計算機仿真的概念及其特點系統(tǒng)仿真的分類及仿真過程系統(tǒng)仿真的分類及仿真過程計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用第第1章章緒論緒論 10本章教學(xué)目的及要求本章教學(xué)目的及要求理解自動控制的基本概念理解自動控制的基本概念掌握自動控制系統(tǒng)的組成及分類掌握自動控制系統(tǒng)的組成及分類掌握計算機仿真的基本概念掌握計算機仿真的基本概念 熟悉計算機仿真的特點及其應(yīng)用熟悉計

7、算機仿真的特點及其應(yīng)用第第1章章緒論緒論 11 1.1 1.1 自動控制的基本概念及其應(yīng)用自動控制的基本概念及其應(yīng)用1.1.1 1.1.1 控制理論的發(fā)展控制理論的發(fā)展1. 1. 經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論 經(jīng)典控制理論以經(jīng)典控制理論以反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性為目標，主要研的穩(wěn)定性為目標，主要研究單輸入究單輸入/ /單輸出（單輸出（SISOSISO）系統(tǒng)。）系統(tǒng)。 此類控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計主要以此類控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計主要以拉普拉斯（拉普拉斯（LaplaceLaplace）變換和變換和Z Z變換變換為數(shù)學(xué)工具，用為數(shù)學(xué)工具，用微分方程、傳遞函數(shù)和結(jié)構(gòu)圖微分方程、傳遞函數(shù)和結(jié)構(gòu)圖等描等描述

8、系統(tǒng)的動態(tài)特性，用述系統(tǒng)的動態(tài)特性，用時域法、頻域響應(yīng)、根軌跡法時域法、頻域響應(yīng)、根軌跡法來分析研來分析研究和設(shè)計控制系統(tǒng)。究和設(shè)計控制系統(tǒng)。 第第1章章緒論緒論 12 經(jīng)典控制理論特點：經(jīng)典控制理論特點：（1 1）本質(zhì)上是一種）本質(zhì)上是一種頻域法頻域法，以控制系統(tǒng)的，以控制系統(tǒng)的輸入輸入/ /輸出特性輸出特性作為研究的依據(jù)，側(cè)重于系統(tǒng)的作為研究的依據(jù)，側(cè)重于系統(tǒng)的輸出響應(yīng)性能輸出響應(yīng)性能。（2 2）在）在特定信號特定信號作用下對控制系統(tǒng)進行分析并研究作用下對控制系統(tǒng)進行分析并研究系統(tǒng)輸系統(tǒng)輸出的響應(yīng)出的響應(yīng)。（3 3）系統(tǒng)控制器由能實現(xiàn)）系統(tǒng)控制器由能實現(xiàn)典型控制規(guī)律典型控制規(guī)律的調(diào)節(jié)器構(gòu)成

9、，通的調(diào)節(jié)器構(gòu)成，通過校正使控制系統(tǒng)達到預(yù)期的響應(yīng)性能。過校正使控制系統(tǒng)達到預(yù)期的響應(yīng)性能。（4 4）經(jīng)典控制理論的基本內(nèi)容包括時域法、頻域法、根軌）經(jīng)典控制理論的基本內(nèi)容包括時域法、頻域法、根軌跡法、描述函數(shù)法、相平面法、代數(shù)與幾何判據(jù)以及校正跡法、描述函數(shù)法、相平面法、代數(shù)與幾何判據(jù)以及校正網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計等，研究的主要問題是網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計等，研究的主要問題是控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度，以及改善系統(tǒng)性能的方法，以及改善系統(tǒng)性能的方法。 第第1章章緒論緒論 13 2. 2. 現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論 現(xiàn)代控制理論以現(xiàn)代控制理論以線性代數(shù)為數(shù)學(xué)工具線性代數(shù)為數(shù)

10、學(xué)工具，用，用狀狀態(tài)空間態(tài)空間法來描述系統(tǒng)的法來描述系統(tǒng)的內(nèi)部性能內(nèi)部性能，用零極點配置、，用零極點配置、最優(yōu)控制、狀態(tài)方程等理論來研究和設(shè)計控制系統(tǒng)。最優(yōu)控制、狀態(tài)方程等理論來研究和設(shè)計控制系統(tǒng)。主要處理主要處理多輸入多輸入/ /多輸出多輸出（MIMOMIMO）系統(tǒng)的）系統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)定性、能控性能控性、能觀測性能觀測性等問題。等問題。 第第1章章緒論緒論 14 現(xiàn)代控制理論特點現(xiàn)代控制理論特點：（1 1）本質(zhì)上是一種）本質(zhì)上是一種時域時域方法，建立在方法，建立在狀態(tài)變量狀態(tài)變量的基礎(chǔ)上以多的基礎(chǔ)上以多變量、線性及非線性系統(tǒng)為研究對象。變量、線性及非線性系統(tǒng)為研究對象。（2 2）以）以狀態(tài)空間

11、狀態(tài)空間法對系統(tǒng)進行數(shù)學(xué)描述，并在此基礎(chǔ)上進行法對系統(tǒng)進行數(shù)學(xué)描述，并在此基礎(chǔ)上進行各種各種定性和定量的分析定性和定量的分析以及期望特性的控制規(guī)律設(shè)計。以及期望特性的控制規(guī)律設(shè)計。（3 3）以）以現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法為主要分析手段。為主要分析手段。（4 4）以）以計算機計算機為主要計算及分析工具。為主要計算及分析工具。（5 5）能夠處理復(fù)雜非線性、多輸入）能夠處理復(fù)雜非線性、多輸入/ /多輸出、參數(shù)時變等多輸出、參數(shù)時變等復(fù)復(fù)雜控制對象雜控制對象。第第1章章緒論緒論 15第第1章章緒論緒論 1.1.2 1.1.2 自動控制的概念及其應(yīng)用自動控制的概念及其應(yīng)用1. 1. 系統(tǒng)的定義系統(tǒng)的定義

12、 控制工程中系統(tǒng)定義為：由控制工程中系統(tǒng)定義為：由相互聯(lián)系相互聯(lián)系、相互作用相互作用的物體所形成的具有的物體所形成的具有特定功能特定功能和和運動規(guī)律運動規(guī)律的的有機整體有機整體。 如：一個如：一個大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)可以看作是一個系統(tǒng)，可以看作是一個系統(tǒng)，它由相互聯(lián)系和相互作用的采礦、選礦、煉鐵、煉鋼、它由相互聯(lián)系和相互作用的采礦、選礦、煉鐵、煉鋼、軋鋼、成品制造等工廠軋鋼、成品制造等工廠有機的組合在一起有機的組合在一起。16 2.2.系統(tǒng)的三要素系統(tǒng)的三要素 如果從系統(tǒng)本身的如果從系統(tǒng)本身的組成、特點和規(guī)律組成、特點和規(guī)律等方面進行評價，一等方面進行評價，一個系統(tǒng)應(yīng)具備以下三大要

13、素：個系統(tǒng)應(yīng)具備以下三大要素： （1 1）實體）實體 系統(tǒng)是由一些相互聯(lián)系的系統(tǒng)是由一些相互聯(lián)系的實際物體實際物體組合而成的，這些物體組合而成的，這些物體稱為實體。稱為實體。 如圖如圖1-11-1所示的溫度控制系統(tǒng)，由所示的溫度控制系統(tǒng)，由比較器、調(diào)節(jié)器、加熱爐、比較器、調(diào)節(jié)器、加熱爐、溫度傳感器溫度傳感器等裝置組合而成，這些裝置就是實體。等裝置組合而成，這些裝置就是實體。 緒論緒論 第第1章章17圖圖1-1 溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)第第1章章緒論緒論 調(diào)節(jié)器加熱爐傳感器溫度反饋給定擾動18 （2 2）屬性）屬性 組成系統(tǒng)的每個實體都具備一定的組成系統(tǒng)的每個實體都具備一定的特征特征，這些特征稱

14、為系統(tǒng)，這些特征稱為系統(tǒng)的屬性。圖的屬性。圖1-11-1溫度控制系統(tǒng)中，溫度控制系統(tǒng)中，溫度、偏差值、干擾量、燃料溫度、偏差值、干擾量、燃料量量等就是實體的屬性。等就是實體的屬性。 （3 3）活動）活動 在內(nèi)外部因素的作用下系統(tǒng)會按照一定的在內(nèi)外部因素的作用下系統(tǒng)會按照一定的規(guī)律發(fā)生變化規(guī)律發(fā)生變化，該，該過程稱之為活動。溫度控制系統(tǒng)中，以調(diào)節(jié)電壓或燃料的輸入過程稱之為活動。溫度控制系統(tǒng)中，以調(diào)節(jié)電壓或燃料的輸入量作為主要的活動。量作為主要的活動。第第1章章緒論緒論 19 3. 3. 系統(tǒng)的特性系統(tǒng)的特性（1 1）整體性整體性：系統(tǒng)作為一個整體存在，各組成部分不可分割。：系統(tǒng)作為一個整體存在，

15、各組成部分不可分割。（2 2）結(jié)構(gòu)性結(jié)構(gòu)性：各類系統(tǒng)均按照一定的內(nèi)部特性或外部結(jié)構(gòu)組合：各類系統(tǒng)均按照一定的內(nèi)部特性或外部結(jié)構(gòu)組合而成。而成。（3 3）相關(guān)性相關(guān)性：系統(tǒng)內(nèi)部各物體之間以一定的規(guī)律進行相互聯(lián)系：系統(tǒng)內(nèi)部各物體之間以一定的規(guī)律進行相互聯(lián)系和作用。和作用。（4 4）歷時性歷時性：在控制過程中會隨著時間的推移，使系統(tǒng)的狀態(tài)：在控制過程中會隨著時間的推移，使系統(tǒng)的狀態(tài)和效果發(fā)生變化。和效果發(fā)生變化。（5 5）有序性有序性：各實體在變化過程中按照一定的操作順序進行動：各實體在變化過程中按照一定的操作順序進行動作。作。第第1章章緒論緒論 201.1.3 1.1.3 自動控制的任務(wù)自動控制的

16、任務(wù)1. 1. 基本概念基本概念（1 1）控制控制：對被控對象進行主動干預(yù)、管理和操縱的過程。：對被控對象進行主動干預(yù)、管理和操縱的過程。（2 2）自動控制自動控制：采用控制裝置有目的地對機器設(shè)備或生產(chǎn)過程：采用控制裝置有目的地對機器設(shè)備或生產(chǎn)過程進行控制并達到預(yù)期狀態(tài)或性能的過程。進行控制并達到預(yù)期狀態(tài)或性能的過程。（3 3）自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)：能夠?qū)Ρ豢貙ο蟮囊恍┪锢砹窟M行自動控：能夠?qū)Ρ豢貙ο蟮囊恍┪锢砹窟M行自動控制的有機整體。制的有機整體。緒論緒論 第第1章章21 2 2自動控制的任務(wù)自動控制的任務(wù) 自動控制的任務(wù)自動控制的任務(wù)就是利用控制裝置就是利用控制裝置自動地自動地操縱控制

17、對象，操縱控制對象，使被控量等于系統(tǒng)所應(yīng)保持的給定值。使被控量等于系統(tǒng)所應(yīng)保持的給定值。 如果系統(tǒng)的輸入量以時間函數(shù)來表示，輸出量以時間函數(shù)如果系統(tǒng)的輸入量以時間函數(shù)來表示，輸出量以時間函數(shù)來表示，則自動控制的任務(wù)可以表示為：來表示，則自動控制的任務(wù)可以表示為： 第第1章章緒論緒論 )()(trtc221.1.4 1.1.4 自動控制的基本方式自動控制的基本方式 按照系統(tǒng)輸入信號特點和有無測量反饋信號，可將系統(tǒng)控制按照系統(tǒng)輸入信號特點和有無測量反饋信號，可將系統(tǒng)控制方式分為方式分為開環(huán)控制開環(huán)控制和和閉環(huán)控制閉環(huán)控制兩大類，開環(huán)控制又有按給定值操兩大類，開環(huán)控制又有按給定值操縱和按干擾值補償兩

18、種方式?？v和按干擾值補償兩種方式。 1.1.按給定值操縱的開環(huán)控制按給定值操縱的開環(huán)控制 該方式是按照系統(tǒng)的該方式是按照系統(tǒng)的給定值來控制輸出量給定值來控制輸出量，兩者之間一一對，兩者之間一一對應(yīng)?？刂七^程如圖應(yīng)。控制過程如圖1-51-5所示。所示。 第第1章章緒論緒論 23圖圖1-5 按給定值操縱的開環(huán)控制系統(tǒng)按給定值操縱的開環(huán)控制系統(tǒng)緒論緒論 第第1章章控制器執(zhí)行機構(gòu)被控對象給定值被控量干擾24按給定值操縱的開環(huán)控制具備以下特點：按給定值操縱的開環(huán)控制具備以下特點：信號信號單向傳遞單向傳遞。給定給定一個輸入一個輸入與之對應(yīng)與之對應(yīng)一個輸出一個輸出?？刂瓶刂凭染缺容^比較低低，自身無法糾正

19、內(nèi)部和外部的干擾影響。，自身無法糾正內(nèi)部和外部的干擾影響。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單簡單，成本低，容易實現(xiàn)。，成本低，容易實現(xiàn)。多用于精度要求不高，內(nèi)外部干擾影響比較小的場合。多用于精度要求不高，內(nèi)外部干擾影響比較小的場合。 例如，自動化流水線、自動售貨機、全自動洗衣機等都是例如，自動化流水線、自動售貨機、全自動洗衣機等都是采用給定值操縱的開環(huán)控制方式。采用給定值操縱的開環(huán)控制方式。 第第1章章緒論緒論 25緒論緒論 第第1章章2.2.按干擾值補償?shù)拈_環(huán)控制按干擾值補償?shù)拈_環(huán)控制 該方式中，系統(tǒng)的該方式中，系統(tǒng)的輸入量是外部干擾信號輸入量是外部干擾信號，經(jīng)過，經(jīng)過測量利用干擾信號產(chǎn)生控制作用，以測量利用干擾

20、信號產(chǎn)生控制作用，以補償或抵消補償或抵消其對其對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。其控制過程如圖系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。其控制過程如圖1-71-7所示。所示。26緒論緒論 第第1章章計算執(zhí)行被控對象測量被控量干擾量圖圖1-7 按干擾補償?shù)拈_環(huán)控制按干擾補償?shù)拈_環(huán)控制27按干擾值補償?shù)拈_環(huán)控制具備以下特點：按干擾值補償?shù)拈_環(huán)控制具備以下特點：外部輸入的外部輸入的干擾量干擾量經(jīng)測量、計算、執(zhí)行裝置到被控對經(jīng)測量、計算、執(zhí)行裝置到被控對象象單向傳遞單向傳遞。在系統(tǒng)的干擾信號端加入測量裝置以后，可將干擾量在系統(tǒng)的干擾信號端加入測量裝置以后，可將干擾量檢測出來并對其進行檢測出來并對其進行補償補償。該方式通常用于系統(tǒng)該方式通常用于

21、系統(tǒng)內(nèi)外部干擾信號內(nèi)外部干擾信號較大且較大且可以測量可以測量的場合。的場合。 例如，機械加工恒速控制裝置，電源穩(wěn)壓控制裝置例如，機械加工恒速控制裝置，電源穩(wěn)壓控制裝置等都是按干擾值補償?shù)拈_環(huán)控制方式。等都是按干擾值補償?shù)拈_環(huán)控制方式。緒論緒論 第第1章章283.3.按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制（反饋控制）按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制（反饋控制） 系統(tǒng)輸出量反饋到輸入端產(chǎn)生偏差后對輸出量再進行控制的系統(tǒng)輸出量反饋到輸入端產(chǎn)生偏差后對輸出量再進行控制的系統(tǒng)叫做系統(tǒng)叫做閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)。 反饋是把反饋是把系統(tǒng)輸出量全部或一部分回送到輸入端系統(tǒng)輸出量全部或一部分回送到輸入端以增強或減以增強或減弱輸入信號的效應(yīng)

22、。起增強效應(yīng)時為正反饋，起減弱效應(yīng)時為負弱輸入信號的效應(yīng)。起增強效應(yīng)時為正反饋，起減弱效應(yīng)時為負反饋。正反饋會使系統(tǒng)的偏差越來越大；只有反饋。正反饋會使系統(tǒng)的偏差越來越大；只有負反饋控制負反饋控制才能完才能完成自動控制的任務(wù)。成自動控制的任務(wù)。 閉環(huán)控制的原理就是通過傳感器測量出系統(tǒng)的閉環(huán)控制的原理就是通過傳感器測量出系統(tǒng)的實際輸出值實際輸出值，反饋到輸入端與系統(tǒng)的反饋到輸入端與系統(tǒng)的給定值給定值比較產(chǎn)生比較產(chǎn)生偏差偏差，再按照偏差的大小，再按照偏差的大小自動地加以修正。自動地加以修正。第第1章章緒論緒論 29圖圖1-8 按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制緒論緒論 第第1章章控制器執(zhí)行機

23、構(gòu)被控對象測量給定值被控量干擾-30 按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制主要表現(xiàn)在以下兩個過程：按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制主要表現(xiàn)在以下兩個過程：（1 1）輸入量測量反饋比較環(huán)節(jié)）輸入量測量反饋比較環(huán)節(jié)產(chǎn)生測量偏差產(chǎn)生測量偏差；（2 2）放大環(huán)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)）放大環(huán)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)消除偏差消除偏差。 閉環(huán)控制系統(tǒng)特點：閉環(huán)控制系統(tǒng)特點：信號既可單向傳遞又有反饋傳遞，形成信號既可單向傳遞又有反饋傳遞，形成閉合回路閉合回路。為了得到偏差信號必須為了得到偏差信號必須采用負反饋采用負反饋?？煽勺詣有拚敵隽康钠钭詣有拚敵隽康钠?，并對系統(tǒng)內(nèi)外部干擾進行補償。，并對系統(tǒng)內(nèi)外部干擾進行補償?？刂凭瓤刂凭容^高，使用場合比較廣。較

24、高，使用場合比較廣。第第1章章緒論緒論 313. 3. 開環(huán)控制與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較開環(huán)控制與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較開環(huán)控制開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)，成本低，系統(tǒng)調(diào)試方便，但抗干系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)，成本低，系統(tǒng)調(diào)試方便，但抗干擾能力差，控制精度較低，一般多用于擾能力差，控制精度較低，一般多用于控制過程比較簡單控制過程比較簡單、精度要求不高的場合。精度要求不高的場合。閉環(huán)控制閉環(huán)控制系統(tǒng)具有自動糾正偏差的能力，并可對內(nèi)、外部干擾信號系統(tǒng)具有自動糾正偏差的能力，并可對內(nèi)、外部干擾信號進行補償，控制精度高，但組成的系統(tǒng)包含元件多、結(jié)構(gòu)復(fù)進行補償，控制精度高，但組成的系統(tǒng)包含元件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價

25、格也較高，多用于控制精度要求較高，雜，價格也較高，多用于控制精度要求較高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的場合雜的場合。第第1章章緒論緒論 321.1.5 1.1.5 對控制系統(tǒng)的性能要求對控制系統(tǒng)的性能要求 對控制系統(tǒng)的總體性能要求是：對控制系統(tǒng)的總體性能要求是：系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)定穩(wěn)定程度高程度高動態(tài)過程動態(tài)過程平穩(wěn)性平穩(wěn)性好好動態(tài)響應(yīng)時間動態(tài)響應(yīng)時間短短最終最終控制精度高控制精度高 工程上把它歸結(jié)為工程上把它歸結(jié)為穩(wěn)、快、準穩(wěn)、快、準三個方面。三個方面。緒論緒論 第第1章章33 控制原理需要解決的問題和方法：控制原理需要解決的問題和方法：（1 1）分析系統(tǒng)分析系統(tǒng)穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)、參量之間的穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)

26、、參量之間的對應(yīng)關(guān)系對應(yīng)關(guān)系，給出判斷，給出判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。（2 2）分析分析參量與暫態(tài)響應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系以及控制規(guī)律，提供計算參量與暫態(tài)響應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系以及控制規(guī)律，提供計算暫態(tài)響應(yīng)性能指標的方法。暫態(tài)響應(yīng)性能指標的方法。（3 3）指出指出系統(tǒng)的控制規(guī)律、參量與穩(wěn)態(tài)響應(yīng)之間的關(guān)系，給出系統(tǒng)的控制規(guī)律、參量與穩(wěn)態(tài)響應(yīng)之間的關(guān)系，給出計算系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的方法。計算系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的方法。（4 4）當原有性能不能達到規(guī)定的性能指標時，根據(jù)需求適當）當原有性能不能達到規(guī)定的性能指標時，根據(jù)需求適當加加入校正入校正裝置，提供改善系統(tǒng)整體性能的方法和手段。裝置，提供改善系統(tǒng)整體性能的方法和手

27、段。第第1章章緒論緒論 341.2 1.2 控制系統(tǒng)的組成及分類控制系統(tǒng)的組成及分類1.2.1 1.2.1 控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)的組成 典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖1-121-12所示，圖中相應(yīng)控制信號和所示，圖中相應(yīng)控制信號和各類裝置、名詞術(shù)語討論如下。各類裝置、名詞術(shù)語討論如下。圖圖1-12 1-12 典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第第1章章緒論緒論 G1G2H+rebmnc+-351. 1. 典型裝置及其含義典型裝置及其含義（1 1）控制裝置控制裝置G1G1：能夠?qū)Ρ豢貙ο笃鹂刂谱饔玫脑O(shè)備：能夠?qū)Ρ豢貙ο笃鹂刂谱饔玫脑O(shè)備總稱?？偡Q。 （2 2）被控對象

28、被控對象G2G2：系統(tǒng)中的控制對象。：系統(tǒng)中的控制對象。（3 3）反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)H H：用于檢測系統(tǒng)輸出狀況的測量裝置。：用于檢測系統(tǒng)輸出狀況的測量裝置。（4 4）比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)：也稱比較元件，系統(tǒng)中進行信號疊加：也稱比較元件，系統(tǒng)中進行信號疊加的作用點，以產(chǎn)生偏差信號。的作用點，以產(chǎn)生偏差信號。 第第1章章緒論緒論 362. 2. 各類信號及其含義各類信號及其含義（1 1）輸入信號輸入信號r r：系統(tǒng)給定值。：系統(tǒng)給定值。（2 2）輸出信號輸出信號c c：系統(tǒng)的輸出量。：系統(tǒng)的輸出量。（3 3）主反饋信號主反饋信號b b：主反饋環(huán)節(jié)的輸出信號。：主反饋環(huán)節(jié)的輸出信號。（4 4）偏差信號偏

29、差信號e e：輸入信號與主反饋信號之差，：輸入信號與主反饋信號之差，e er rb b。（5 5）控制信號控制信號m m：控制裝置的輸出量。：控制裝置的輸出量。（6 6）干擾信號干擾信號n n：系統(tǒng)內(nèi)部和外部的干擾量。：系統(tǒng)內(nèi)部和外部的干擾量。第第1章章緒論緒論 37 3. 3. 有關(guān)名詞術(shù)語有關(guān)名詞術(shù)語（1 1）前向通道前向通道：從輸入端到輸出端的正向傳輸通道。：從輸入端到輸出端的正向傳輸通道。（2 2）主反饋通道主反饋通道：從輸出量到主反饋信號之間的通道。：從輸出量到主反饋信號之間的通道。（3 3）主反饋回路主反饋回路：前向通道與主反饋通道所形成的連續(xù)傳輸?shù)模呵跋蛲ǖ琅c主反饋通道所形成的連

30、續(xù)傳輸?shù)拈]合回路。閉合回路。（4 4）局部反饋回路局部反饋回路：信號從前向通道與反饋通道連續(xù)傳輸?shù)拈]：信號從前向通道與反饋通道連續(xù)傳輸?shù)拈]合回路。合回路。（5 5）單位反饋系統(tǒng)單位反饋系統(tǒng)：當主反饋環(huán)節(jié)的：當主反饋環(huán)節(jié)的H=1H=1時，主反饋信號等于輸時，主反饋信號等于輸出量的系統(tǒng)。出量的系統(tǒng)。（6 6）非單位反饋系統(tǒng)非單位反饋系統(tǒng)：主反饋信號不等于輸出量的系統(tǒng)，此時：主反饋信號不等于輸出量的系統(tǒng)，此時主反饋環(huán)節(jié)主反饋環(huán)節(jié)H1H1。 第第1章章緒論緒論 381.2.2 1.2.2 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類1. 1. 按系統(tǒng)的物理特征分類按系統(tǒng)的物理特征分類（1 1）工程系統(tǒng)工程系統(tǒng)（2 2

31、）非工程系統(tǒng)非工程系統(tǒng)2. 2. 按系統(tǒng)的輸出特征分類按系統(tǒng)的輸出特征分類 （1 1）隨動系統(tǒng)）隨動系統(tǒng)（2 2）自動穩(wěn)定系統(tǒng)）自動穩(wěn)定系統(tǒng)（3 3）程序控制系統(tǒng)）程序控制系統(tǒng)（4 4）數(shù)字控制系統(tǒng)）數(shù)字控制系統(tǒng)第第1章章緒論緒論 393. 3. 按系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分類按系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分類（1 1）線性系統(tǒng)）線性系統(tǒng)（2 2）非線性系統(tǒng)）非線性系統(tǒng)4. 4. 按系統(tǒng)中信號的變化規(guī)律分類按系統(tǒng)中信號的變化規(guī)律分類（1 1）線性連續(xù)系統(tǒng)）線性連續(xù)系統(tǒng) （2 2）采樣系統(tǒng)）采樣系統(tǒng)（3 3）離散事件系統(tǒng)）離散事件系統(tǒng)5. 5. 按系統(tǒng)的復(fù)雜程度分類按系統(tǒng)的復(fù)雜程度分類（1 1）簡單系統(tǒng)）簡單系統(tǒng)（2

32、2）復(fù)雜系統(tǒng)）復(fù)雜系統(tǒng)第第1章章緒論緒論 40緒論緒論 第第1章章1.3 1.3 計算機仿真概述計算機仿真概述 在工程設(shè)計與理論學(xué)習(xí)中，會接觸許多控制系統(tǒng)的分析、綜合在工程設(shè)計與理論學(xué)習(xí)中，會接觸許多控制系統(tǒng)的分析、綜合與設(shè)計問題，需要對相應(yīng)的系統(tǒng)進行實驗研究與設(shè)計問題，需要對相應(yīng)的系統(tǒng)進行實驗研究解析法、實解析法、實驗法、仿真實驗法驗法、仿真實驗法。 一、解析法：運用已掌握的一、解析法：運用已掌握的理論知識（定理、定律）理論知識（定理、定律）對控制對控制系統(tǒng)進行理論上的分析、計算。純系統(tǒng)進行理論上的分析、計算。純理論意義理論意義上的上的實驗分析方法實驗分析方法。 受理論的不完善性以及對事物認

33、識的不全面性等影響，解受理論的不完善性以及對事物認識的不全面性等影響，解析法有很大析法有很大局限性局限性。41緒論緒論 第第1章章二、實驗法：對二、實驗法：對已有的已有的實際系統(tǒng)，利用儀器設(shè)備對系統(tǒng)實際系統(tǒng)，利用儀器設(shè)備對系統(tǒng)施加施加一一定類型的定類型的信號或用運行型號信號或用運行型號，測取，測取系統(tǒng)響應(yīng)系統(tǒng)響應(yīng)來確定系統(tǒng)性能的來確定系統(tǒng)性能的方法。方法。 簡明、直觀、真實，經(jīng)常使用。簡明、直觀、真實，經(jīng)常使用。 1 1）控制系統(tǒng)的設(shè)計問題，）控制系統(tǒng)的設(shè)計問題，系統(tǒng)還未建立系統(tǒng)還未建立，無法實驗。，無法實驗。 2 2）實際系統(tǒng)）實際系統(tǒng)不允許實驗不允許實驗，化工控制中，隨意改變系統(tǒng)運，化工控

34、制中，隨意改變系統(tǒng)運行參數(shù)，會導(dǎo)致最終成品報廢，造成巨額損失。行參數(shù)，會導(dǎo)致最終成品報廢，造成巨額損失。 3 3）費用過高、具有危險性、周期較長費用過高、具有危險性、周期較長。如：大型加熱爐、。如：大型加熱爐、飛行器、核反應(yīng)裝置等。飛行器、核反應(yīng)裝置等。42緒論緒論 第第1章章三、仿真實驗法：在三、仿真實驗法：在模型上模型上（物理的或數(shù)學(xué)的）所進行的系統(tǒng)（物理的或數(shù)學(xué)的）所進行的系統(tǒng)性能分析與研究的實驗方法，遵循的基本原則是性能分析與研究的實驗方法，遵循的基本原則是相似原理相似原理。 物理模型，物理模型，“風洞風洞”，環(huán)境相似環(huán)境相似?！按霸O(shè)計船舶設(shè)計”，幾何幾何相似相似。效果逼真、精度高；

35、造價高，耗時長。效果逼真、精度高；造價高，耗時長。 數(shù)學(xué)模型，可用計算機實現(xiàn)。性能相似。建立高精度的數(shù)學(xué)模型，可用計算機實現(xiàn)。性能相似。建立高精度的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型。43緒論緒論 第第1章章1.3.11.3.1系統(tǒng)仿真的概念和仿真過程系統(tǒng)仿真的概念和仿真過程1. 1. 仿真的定義仿真的定義 仿真是指利用仿真是指利用模型模型對對實際系統(tǒng)實際系統(tǒng)進行進行實驗研究實驗研究的過程，或者的過程，或者說，仿真是一種通過說，仿真是一種通過模型實驗?zāi)Ｐ蛯嶒灲沂鞠到y(tǒng)原型的揭示系統(tǒng)原型的運動規(guī)律運動規(guī)律的方法。的方法。2. 2. 相似原理相似原理（1 1）描述系統(tǒng)原型和模型的數(shù)學(xué)表達式在）描述系統(tǒng)原型和模型的數(shù)

36、學(xué)表達式在形式上形式上是完全相同是完全相同的。的。（2 2）系統(tǒng)中變量之間存在著）系統(tǒng)中變量之間存在著一一對應(yīng)一一對應(yīng)的關(guān)系且成比例。的關(guān)系且成比例。44第第1章章緒論緒論 （3 3）一個表達式的變量被另一個表達式中相應(yīng)變量置換后，）一個表達式的變量被另一個表達式中相應(yīng)變量置換后，表達式對應(yīng)各項的表達式對應(yīng)各項的系數(shù)保持相等系數(shù)保持相等。3. 3. 系統(tǒng)仿真的系統(tǒng)仿真的三要素三要素 仿真研究的對象是仿真研究的對象是控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)，而系統(tǒng)特性的表征主要采用，而系統(tǒng)特性的表征主要采用與之相應(yīng)的系統(tǒng)與之相應(yīng)的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型，將模型放到，將模型放到計算機計算機上進行相應(yīng)的處理上進行相應(yīng)的處理就

37、構(gòu)成完整的系統(tǒng)仿真過程。就構(gòu)成完整的系統(tǒng)仿真過程。 因此，我們將實際系統(tǒng)、數(shù)學(xué)模型、計算機稱為系統(tǒng)仿真因此，我們將實際系統(tǒng)、數(shù)學(xué)模型、計算機稱為系統(tǒng)仿真的的三要素三要素。其相互關(guān)系可表示為圖。其相互關(guān)系可表示為圖1-151-15所示。所示。 對應(yīng)三要素有三個基本活動：對應(yīng)三要素有三個基本活動：模型建立模型建立、仿真實驗仿真實驗、結(jié)果結(jié)果分析分析。45數(shù)學(xué)模型計算機實際系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換仿真試驗?zāi)Ｐ徒D圖1-15系統(tǒng)仿真三要素的對應(yīng)關(guān)系系統(tǒng)仿真三要素的對應(yīng)關(guān)系第第1章章緒論緒論 46 4. 4. 系統(tǒng)仿真過程系統(tǒng)仿真過程描述問題描述問題，明確目的，進行方案設(shè)計與系統(tǒng)定義，明確目的，進行方案設(shè)計與系統(tǒng)

38、定義 ；建立建立系統(tǒng)的系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 ；將系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化換將系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化換仿真模型仿真模型； 編制編制仿真程序仿真程序； 進行仿真實驗并進行仿真實驗并輸出結(jié)果輸出結(jié)果。 第第1章章緒論緒論 47第第1章章p借助功能非常強大的科學(xué)計算軟件借助功能非常強大的科學(xué)計算軟件MATLABMATLAB及其及其SIMUKINKSIMUKINK集成集成環(huán)境作為仿真工具來研究和分析控制系統(tǒng)已經(jīng)比較普遍。環(huán)境作為仿真工具來研究和分析控制系統(tǒng)已經(jīng)比較普遍。p利用利用MATLABMATLAB提供的工具箱和軟件包，用戶可以完成諸如系統(tǒng)提供的工具箱和軟件包，用戶可以完成諸如系統(tǒng)辨識、系統(tǒng)建模、仿真以及模

39、糊控制等系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)，既方辨識、系統(tǒng)建模、仿真以及模糊控制等系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)，既方便又直觀形象。便又直觀形象。pSIMULINKSIMULINK是是MATLABMATLAB環(huán)境下的模擬工具，可以用來數(shù)學(xué)建模、環(huán)境下的模擬工具，可以用來數(shù)學(xué)建模、分析和仿真各種動態(tài)系統(tǒng)的交互環(huán)境，包括連續(xù)系統(tǒng)、離散系分析和仿真各種動態(tài)系統(tǒng)的交互環(huán)境，包括連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)。統(tǒng)。p有關(guān)有關(guān)MATLABMATLAB和和SIMUKINKSIMUKINK的知識在后續(xù)章節(jié)作專門的討論。的知識在后續(xù)章節(jié)作專門的討論。緒論緒論 48第第1章章1.3.2 1.3.2 系統(tǒng)仿真的分類系統(tǒng)仿真的分類1. 1. 按仿真模型的種類分類按

40、仿真模型的種類分類（1 1）物理物理仿真仿真采用物理模型，有實物介入，實時在線。采用物理模型，有實物介入，實時在線。（2 2）數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)仿真仿真采用數(shù)學(xué)模型，計算機，非實時離線。采用數(shù)學(xué)模型，計算機，非實時離線。（3 3）數(shù)學(xué)）數(shù)學(xué)物理仿真物理仿真兩者結(jié)合兩者結(jié)合 2.2.按仿真模型與實際系統(tǒng)的時間關(guān)系劃分按仿真模型與實際系統(tǒng)的時間關(guān)系劃分 （1 1）實時仿真）實時仿真（2 2）超實時仿真）超實時仿真（3 3）慢實時仿真）慢實時仿真3.3.按系統(tǒng)隨時間變化的狀態(tài)分類按系統(tǒng)隨時間變化的狀態(tài)分類 （1 1）連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)仿真仿真（2 2）離散事件離散事件系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真 緒論緒論 49第第1章章1

41、.4 1.4 計算機仿真的特點及其應(yīng)用計算機仿真的特點及其應(yīng)用1.4.1 1.4.1 計算機仿真的特點計算機仿真的特點1.1.模擬計算機仿真模擬計算機仿真 模擬計算機是一種以模擬計算機是一種以運算放大器運算放大器為基本部件，可進行積分、為基本部件，可進行積分、微分、求和等運算，適用于以微分方程描述的仿真系統(tǒng)。微分、求和等運算，適用于以微分方程描述的仿真系統(tǒng)。優(yōu)點優(yōu)點：采用并行運算，速度快，輸出為連續(xù)量，易于與實：采用并行運算，速度快，輸出為連續(xù)量，易于與實物連接，比較接近實際的控制系統(tǒng)；物連接，比較接近實際的控制系統(tǒng)；缺點缺點：計算精度比較低，復(fù)雜系統(tǒng)仿真線路實現(xiàn)難度較大，：計算精度比較低，復(fù)

42、雜系統(tǒng)仿真線路實現(xiàn)難度較大，自動化程度低，價格昂貴，一般較少采用。自動化程度低，價格昂貴，一般較少采用。 緒論緒論 50第第1章章2. 2. 數(shù)字計算機仿真數(shù)字計算機仿真 由于數(shù)字計算機硬、軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，功能不斷增強，由于數(shù)字計算機硬、軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，功能不斷增強，所以采用數(shù)字計算機仿真得到了廣泛的應(yīng)用。所以采用數(shù)字計算機仿真得到了廣泛的應(yīng)用。優(yōu)點優(yōu)點：仿真計算精度高，使用方便，修改參數(shù)容易，采用：仿真計算精度高，使用方便，修改參數(shù)容易，采用程序控制，自動化程度高；程序控制，自動化程度高；缺點缺點：仿真速度較慢，對反應(yīng)較快的系統(tǒng)進行實時仿真有：仿真速度較慢，對反應(yīng)較快的系統(tǒng)進行實時仿

43、真有一定困難。一定困難。3. 3. 混合計算機仿真混合計算機仿真 該方式將模擬計算機和數(shù)字計算機有機地該方式將模擬計算機和數(shù)字計算機有機地結(jié)合結(jié)合起來，在對起來，在對控制系統(tǒng)進行參數(shù)尋優(yōu)、統(tǒng)計分析等反復(fù)迭代運算，以及要求與控制系統(tǒng)進行參數(shù)尋優(yōu)、統(tǒng)計分析等反復(fù)迭代運算，以及要求與實物結(jié)合連續(xù)進行實時仿真實物結(jié)合連續(xù)進行實時仿真、同時又有一些、同時又有一些復(fù)雜的函數(shù)需要計算復(fù)雜的函數(shù)需要計算的場合中有著明顯的優(yōu)勢。的場合中有著明顯的優(yōu)勢。緒論緒論 51 4.4.微型計算機陣列仿真微型計算機陣列仿真 由于微型計算機的迅速發(fā)展，仿真語言及仿真軟件包的不由于微型計算機的迅速發(fā)展，仿真語言及仿真軟件包的不

44、斷完善，采用斷完善，采用多臺微型計算機多臺微型計算機構(gòu)成構(gòu)成全數(shù)字式仿真系統(tǒng)全數(shù)字式仿真系統(tǒng)，這就是，這就是微型計算機陣列仿真。它可以進一步提高仿真的功能和自動化微型計算機陣列仿真。它可以進一步提高仿真的功能和自動化程度，也為集散控制系統(tǒng)仿真打下良好的基礎(chǔ)。程度，也為集散控制系統(tǒng)仿真打下良好的基礎(chǔ)。第第1章章緒論緒論 521.4.2 1.4.2 計算機仿真軟件計算機仿真軟件一、一、仿真軟件的發(fā)展仿真軟件的發(fā)展四個階段四個階段（1 1）程序編制程序編制，初級階段，高級語言編寫（數(shù)學(xué)求解），仿真，初級階段，高級語言編寫（數(shù)學(xué)求解），仿真效率低，難以廣泛應(yīng)用。效率低，難以廣泛應(yīng)用。（2 2）程序軟件

45、包程序軟件包，數(shù)值計算組成，數(shù)值計算組成“應(yīng)用子程序應(yīng)用子程序”，便于調(diào)用，便于調(diào)用，為仿真奠定基礎(chǔ)；但使用不便，調(diào)用繁瑣，專業(yè)性強，可信度為仿真奠定基礎(chǔ)；但使用不便，調(diào)用繁瑣，專業(yè)性強，可信度低。低。（3 3）交互式語言交互式語言，仿真語言可用一條指令實現(xiàn)，仿真語言可用一條指令實現(xiàn)“系統(tǒng)特征值求系統(tǒng)特征值求取取”，不必考慮用什么算法以及如何實現(xiàn)等低級問題。，不必考慮用什么算法以及如何實現(xiàn)等低級問題。（4 4）模型化圖形組態(tài)模型化圖形組態(tài)，基于模型的圖形化描述方法，基于模型的圖形化描述方法，MATLABMATLAB( (美國美國Math WorkMath Work公司的軟件產(chǎn)品公司的軟件產(chǎn)品)

46、 ),SIMULINK,SIMULINK。第第1章章緒論緒論 531.4.3 1.4.3 仿真技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展仿真技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展一、一、仿真技術(shù)在工程中的應(yīng)用仿真技術(shù)在工程中的應(yīng)用（1 1）航空與航天工業(yè)航空與航天工業(yè)，系統(tǒng)龐雜、造價高昂等因素促成了其必，系統(tǒng)龐雜、造價高昂等因素促成了其必須建立起完備的仿真實驗體系；須建立起完備的仿真實驗體系； 美國美國19581958年四次發(fā)射全部失敗，年四次發(fā)射全部失敗，19591959年年成功率成功率57%57%，美國宇航局逐步建，美國宇航局逐步建立了一整套仿真實驗體系，立了一整套仿真實驗體系，6060年代年代成功率達成功率達79%79%，7070年年

47、達達91%91%，近期已很少有，近期已很少有不成功的情況；不成功的情況； 目前，許多國家航空與航天工業(yè)相繼建立了大型仿真實驗機構(gòu)，形成了目前，許多國家航空與航天工業(yè)相繼建立了大型仿真實驗機構(gòu)，形成了三級仿真實驗體系三級仿真實驗體系，保證飛行器從設(shè)計到定型生產(chǎn)過程的經(jīng)濟性與安全性。，保證飛行器從設(shè)計到定型生產(chǎn)過程的經(jīng)濟性與安全性。 飛行員及宇航員飛行員及宇航員訓(xùn)練用飛行仿真模擬器訓(xùn)練用飛行仿真模擬器方面相繼研制出多種產(chǎn)品。方面相繼研制出多種產(chǎn)品。第第1章章緒論緒論 54（2 2）電力工業(yè)電力工業(yè)，最早采用仿真技術(shù)的領(lǐng)域之一，電力系統(tǒng)，最早采用仿真技術(shù)的領(lǐng)域之一，電力系統(tǒng)負荷負荷分配、瞬態(tài)穩(wěn)定性以

48、及最優(yōu)潮流分配、瞬態(tài)穩(wěn)定性以及最優(yōu)潮流等方面，國內(nèi)較早地采用了數(shù)等方面，國內(nèi)較早地采用了數(shù)字仿真技術(shù)，取得顯著的經(jīng)濟效益。字仿真技術(shù)，取得顯著的經(jīng)濟效益。 近年來，國內(nèi)在電站操作人員近年來，國內(nèi)在電站操作人員培訓(xùn)模擬系統(tǒng)培訓(xùn)模擬系統(tǒng)的研制上，達的研制上，達到國際先進水平，為仿真技術(shù)的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。到國際先進水平，為仿真技術(shù)的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。（3 3）原子能工業(yè)原子能工業(yè)，原子能利用越來越廣泛，原子能電站運行的，原子能利用越來越廣泛，原子能電站運行的穩(wěn)定性、安全性與可靠性穩(wěn)定性、安全性與可靠性等問題成為必須解決的首要問題；核等問題成為必須解決的首要問題；核電站都有相應(yīng)的仿真系統(tǒng)，許

49、多電站都有相應(yīng)的仿真系統(tǒng)，許多仿真器是全尺寸仿真器是全尺寸的，即仿真系的，即仿真系統(tǒng)與真實系統(tǒng)是完全一致的，只是對象部分如：統(tǒng)與真實系統(tǒng)是完全一致的，只是對象部分如：反應(yīng)堆、渦輪反應(yīng)堆、渦輪發(fā)電機發(fā)電機及有關(guān)的動力裝置則是用及有關(guān)的動力裝置則是用計算機來模擬計算機來模擬的。的。第第1章章緒論緒論 55（4 4）石油、化工及冶金工業(yè)石油、化工及冶金工業(yè)，石油、化工生產(chǎn)過程中有一個顯著特點，石油、化工生產(chǎn)過程中有一個顯著特點就是就是過程緩慢過程緩慢，而且往往過程控制、生產(chǎn)管理、生產(chǎn)計劃、經(jīng)濟核算等攪在，而且往往過程控制、生產(chǎn)管理、生產(chǎn)計劃、經(jīng)濟核算等攪在一起，使綜合效益指標難以一起，使綜合效益指標

50、難以預(yù)測與控制預(yù)測與控制；仿真實驗成為石油、化工及冶金系；仿真實驗成為石油、化工及冶金系統(tǒng)設(shè)計與分析研究的統(tǒng)設(shè)計與分析研究的基本手段基本手段，對這些領(lǐng)域的技術(shù)進步也不同程度地起到了，對這些領(lǐng)域的技術(shù)進步也不同程度地起到了促進作用。促進作用。（5 5）非工程領(lǐng)域非工程領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)，病變模型建立、治療方案尋優(yōu)、化療與電療強，病變模型建立、治療方案尋優(yōu)、化療與電療強度選擇以及最佳照射條件等，為醫(yī)生提供參考依據(jù)；度選擇以及最佳照射條件等，為醫(yī)生提供參考依據(jù)； 社會學(xué)社會學(xué)，人口增長、環(huán)境污染、能源消耗以及病情防疫等，利用仿真，人口增長、環(huán)境污染、能源消耗以及病情防疫等，利用仿真技術(shù)有效解決預(yù)測與控制

51、問題。技術(shù)有效解決預(yù)測與控制問題。 宏觀經(jīng)濟與商業(yè)策略宏觀經(jīng)濟與商業(yè)策略的研究，金融、證卷、期貨以及國家宏觀經(jīng)濟調(diào)的研究，金融、證卷、期貨以及國家宏觀經(jīng)濟調(diào)整等方面，數(shù)字仿真技術(shù)成為不可缺少的有力工具。整等方面，數(shù)字仿真技術(shù)成為不可缺少的有力工具。第第1章章緒論緒論 56二、應(yīng)用二、應(yīng)用仿真技術(shù)的重要意義仿真技術(shù)的重要意義（1 1）仿真技術(shù)的優(yōu)點）仿真技術(shù)的優(yōu)點u經(jīng)濟經(jīng)濟，對于大型復(fù)雜系統(tǒng)，直接實驗的，對于大型復(fù)雜系統(tǒng)，直接實驗的費用往往十分昂貴費用往往十分昂貴，如：空間飛行器一次飛行實驗的成本在如：空間飛行器一次飛行實驗的成本在10108 8美元左右，采用仿真美元左右，采用仿真實驗僅需其成本

52、的實驗僅需其成本的1/101/101/51/5，而，而設(shè)備可以重復(fù)使用設(shè)備可以重復(fù)使用。u安全安全，對某些系統(tǒng)（載人飛行器、核電裝置等），直接實驗，對某些系統(tǒng)（載人飛行器、核電裝置等），直接實驗往往往往存在很大危險存在很大危險，甚至不允許，采用仿真實驗可以，甚至不允許，采用仿真實驗可以有效降低有效降低危險程度，對系統(tǒng)研究起到保障作用。危險程度，對系統(tǒng)研究起到保障作用。u快捷快捷，在系統(tǒng)分析與設(shè)計、產(chǎn)品前期開放以及新理論的檢驗，在系統(tǒng)分析與設(shè)計、產(chǎn)品前期開放以及新理論的檢驗等方面，采用仿真技術(shù)可使等方面，采用仿真技術(shù)可使工作進程大大加快工作進程大大加快，如：服裝設(shè)計。，如：服裝設(shè)計。第第1章章緒論緒論 57（2 2）仿真技術(shù)的特殊功能）