文档介绍：测控系统仿真技术
课程简介及要求
1. 课程性质及教学目的
计算机控制与仿真是从事自动化、控制系统工程、计算机应用技术人员应该掌握的一门新型技术,是分析、研究、设计控制系统的强有力工具,是自动控制、计算机及其相关专业的一门重要专业应用技术课程。
本课程的授课目的在于适应当前科技发展的需要,学习控制与仿真的基本知识、基本理论及其应用技术,掌握在计算机上进行系统仿真的原理、模型变换方法、程序设计及调试、运行等技能,为今后在相关领域的应用打下良好的基础。
课程简介及要求
2. 课程教学安排
教学参考学时:28学时
其中实验学时:4 学时
考试形式:命题
3. 教材内容体系结构
基本知识与基本概念
计算机仿真的概念
仿真算法的描述和实现
控制系统的数学模型及系统性能的分析方法
微分方程
传递函数
动态结构图
状态空间描述
时域法及其应用
频域法及其应用
课程简介及要求
仿真方法描述、程序设计及其应用
数值积分法仿真原理、程序设计及其应用
离散相似法仿真原理、程序设计及其应用
仿真工具及其应用
MATLAB程序设计语言的介绍及其应用
SIMULINK 交互式仿真环境和基本操作
随机数的产生
时间步长法
事件步长法
一、计算机仿真的基本概念

在控制工程中,系统的定义为:按照某些规律结合起来,互相作用、互相依存的所有实体的集合或总和.
例如:一个大型钢铁联合企业可以看作是一个系统,它由相互联系和相互作用的采矿、选矿、炼钢、轧钢、制品等工厂有机的组合在一起。
又如:一个工厂管理系统,它可由生产管理部门、原材料仓库、生产加工车间、销售服务部门等组成,各部门是相互联系和相互作用的。
系统边界:为了限制所研究问题涉及的范围, 用系统边界把所研究的系统与影响系统的环境区分开来.
图1-1 温度控制系统
系统的含义

构成一个系统应具备以下三大要素:
(1) 实体:系统是由一些相互联系的实际物体组合而成的,这些物体称为实体。
如图1-1所示的温度控制系统,它就是由比较器、调节器、加热炉、温度传感器等装置组合而成的。
(2) 属性:组成系统的每个实体都具备一定的特征,也即系统的属性,可以是文字型、数字型或逻辑型。
例如图1-1温度控制系统中的温度、偏差值、干扰量、燃料量等就是实体的属性。
(3) 活动:作为系统三大要素之一的是系统内部状态(指在某一时刻实体及其属性值的集合)发生的变化过程,称之为活动。
在温度控制系统中,以调节电压或燃料的输入量作为主要的活动。
计算机仿真的基本概念
1. 仿真的定义:
所谓仿真是指利用模型对实际系统进行实验研究的过程,或者说,仿真是一种通过模型实验揭示系统原型的运动规律的方法。
这里的原型是指现实世界中某一待研究的对象,模型是指与原型的某一特征相似的另一客观对象,是对所要研究的系统在某些特定方面的抽象。通过模型来对原型系统进行研究,将具有更深刻、更集中的特点。
计算机仿真的基本概念
实际系统的模型通常分为物理模型和数学模型两种。
系统仿真就是以系统数学模型为基础,以计算机为工具,对实际系统进行实验研究的一种方法。
2. 数据相似原理
为了研究实际系统的动态性能,常常要采用数据相似的原理。数据相似原理的主要表现在:
(1)描述原型和模型的数学表达式在形式上完全相同。
(2)变量之间存在着一一对应的关系且成比例。
(3)一个表达式的变量被另一个表达式中相应变量置换后,表达式对应各项的系数保持相等。
实物仿真
如曹冲称象、军事演习、飞行器风洞试验、核爆炸试验等,属于实物仿真的例子。
计算机仿真的基本概念
3. 系统仿真三要素
仿真研究的对象是控制系统,而系统特性的表征主要采用与之相应的系统数学模型,将其放到计算机上进行相应的处理,就构成完整的系统仿真过程。
因此,将实际系统、数学模型、计算机称为系统仿真的三要素。
系统仿真有三个基本的活动:
(1)模型建立:将实际系统抽象为数学模型,此过程也称为系统辨识。
(2)模型变换:通过一些仿真算法将系统的数学模型转换为仿真模型,以便将模型放到计算机上进行处理。
(3)仿真实验:通过计算机的运算处理,把实际系统的特点、性能等表示出来,用于指导实际系统。