控制系统CAD及仿真.ppt

文档介绍：控制系统CAD及仿真概述
系统仿真技术
仿真(Simulation):
用模型(物理模型或数学模型)代替实际系统进行实验和研究。
相似原理:是仿真所遵循的基本原则。
几何相似
物理仿真:应用几何相似原理,制作一个与实际系统相似但几何尺寸较小的物理模型(例如飞机模型放在气流场相似的风洞中)进行实验研究。
数学相似
数学仿真:应用数学相似原理,构成数学模型在计算机上进行实验研究。
模拟计算机仿真:连续量并行运算、速度快、精度低、存储和逻辑差。
数字计算机仿真:数字量串行运算,组合、存储和逻辑强、精度高
数字/模拟计算机混合仿真
半物理仿真:有部分实物介入和计算机联合完成仿真
自动控制系统的计算机仿真(本课程的重点)
将实际系统的运动规律用数学形式(数学模型)表达出来。它们通常是一组常微分方程或一组差分方程。然后用模拟计算机或数字计算机来求解这些方程。
自动控制系统的计算机仿真的作用
对被控对象进行分析
检验控制系统的实际结果,得出整定参数的规律
控制系统CAD及仿真概述(续)
计算机仿真的优点
替代实物试验,节省投资和时间
完成不能进行物理仿真的工作,如危险场合和资金昂贵(冶金工业轧机、化工系统、火箭和航天器等)
用一套仿真设备可以对物理性质截然不同的许多控制系统进行仿真研究
控制系统仿真过程
第一步:建立系统的数学模型
数学模型是系统仿真的依据,所以数学模型是十分重要的(对于控制系统仿真而言,这里所讲的数学模型不仅包括对象,而且还包括了控制器及各种构成系统所必须的部分)。
第二步:建立仿真模型
通过一定的算法对原系统的数学模型进行离散化处理,就连续系统而言,是建立相应的差分方程。
第三步:编制仿真程序
可用一般的高级语言或仿真语言。对于快速的实时仿真,往往需要用汇编语言。
第四步:进行仿真实验并输出仿真结果
通过实验对仿真系统模型及程序进行校验和修改,然后按系统仿真的要求输出仿真结果。
控制系统CAD及仿真概述(续)
涉及三个具体的部分:一是实际系统,二是数学模型,三是计算机,并且共有两次模型化。第一次是将实际系统变成数学模型,第二次是将数学模型变成仿真模型。
通常我们将一次模型化的技术称为系统建模或系统辨识,而将二次模型化、仿真编程、运行、修改参数等技术称为系统仿真技术。虽然两者有十分密切的联系,但仍有区别。系统建模或系统辨识是研究实际系统与数学模型之间的关系,而系统仿真技术则是研究系统数学模型与计算机之间的关系
所以,具体地讲,将一个能近似描述实际系统的数学模型进行二次模型化,变成一个仿真模型,然后将它们放到计算机上进行运算的过程就称为仿真。
控制系统CAD及仿真概述(续)
仿真技术的应用与发展
仿真技术广泛应用于工程系统,如化工流程模拟、造船、飞机、导弹等研制过程和非工程系统,如用于研究社会经济、人口、污染、生物系统等等。
控制系统的仿真是一门涉及到控制理论、计算数学和计算机技术的综合性的学科。
学术组织:
国际仿真联合会(International Association for Mathematic puter in Simulation—IAMCS)
中国系统仿真学会(Chinese Association for System Simulation—CASS)
硬件历史
40年代,出现了通用的模拟计算机,多用于设计飞机。
50年代末,数字计算机便在非实时仿真方面开始得到广泛应用
1958年,出现了第一台专用的模拟/数字混合计算机,用来解决导弹轨道的计算问题。
60年代初期,出现了混合计算机的商品。
计算机仿真软件的发展
60年代初发展了仿真语言。其实,数字仿真通用程序与仿真语言在仿真功能上并无多大差别,只是它们规定了某种语句类型和语法,使用时只要按照这些语句和语法直接把数学模型写成程序就可以了。
计算机仿真语言
(1) 以常微分方程表示数学模型的,如DSL/90,MIMIC,CSMP,CSSL等;
(2) 以偏微分方程表示数学模型的,如FORSIM,PDEL等
(3) 以差分方程表示数学模型的,如DYNAMO等
控制系统CAD及仿真概述(续)
几种常用仿真软件
Porotel、PSPICE、ORCAD:通用的电子电路仿真软件,适合于元件级仿真。
SYSTEM VIEW:系统级的电路动态仿真软件
MATLAB:具有强大的数值计算能力,包含各种工具箱,其程序不能脱离MATLAB环境而运行,所以严格讲,MATLAB不是一种计算机语言,而是一种高级的科学分析与计算软件。
SIMULINK:是MATLAB附带的基于模型化图形组态的动态仿真环境。
SCILAB:和MATLAB功能类似的自由仿真软件。
发布SCILAB竞赛信息的相关网址
竞赛信息网址:./sci