matlab第1章 导论

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1、控制系统仿真长安大学电子与控制工程学院交通信息与控制工程系许世燕shyxu@chd.edu.cn1导论0.1课程名称控制系统仿真0.2课程性质必修课0.3学习基础掌握《自动控制理论》的知识，修完《概率论和数理统计》，了解《计算机程序设计语言基础》。0.4学时及安排2学时/周共36学时多媒体教学0.5教学目标通过本课程的学习，使学生初步掌握当前流行的演算式MATLAB语言的基本知识，结合所学课程《自动控制原理》，学会运用MATLAB语言进行控制系统仿真和辅助设计的基本技能，为今后从事科学研究打下较好的基础。2课程主要内容第1

2、章计算机仿真概述第2章MATLAB语言基础(6)第3章控制系统模型与转换（6）第4章线性控制系统的计算机辅助分析(6)第5章SIMULINK在系统仿真中的应用(6)第6章控制系统计算机辅助设计（8）第7章控制工程中的仿真技术应用(2)复习（2）考试3教材《控制系统仿真与计算机辅助设计》，机械工业出版社，薛定宇参考书目《计算机仿真导论》，科学出版社，何江华《计算机模拟及其应用》，东南大学出版社，王可定《MATLAB5.X入门与应用》，科学出版社，柳承茂《基于MATLAB的系统分析与设计——控制系统》，西安电子科技大学出版社，

3、楼顺天4作业与考试实验：20%平时：10%考试(70%)：期末，闭卷考试。5第1章计算机仿真综述1.1控制理论和控制系统概述自动控制系统的早期应用可以追溯到两千年前的古埃及的水钟控制和中国古代的指南车控制，但当时还未建立自动控制的理论体系。1769年Watt设计的内燃机引发了现代工业革命，1788年Watt为内燃机设计的飞锤调速器可以被认为是最早的反馈控制系统的工业应用。随后，线性系统的稳定性、PID控制器参数的经验公式等控制理论先后被提出。系统的传递函数、频域分析技术（如Nyquist、Bode），以及线性反馈系统的根轨

4、迹分析技术等构成了经典控制理论。6由前苏联学者Pontryagin提出的极大值原理，以及美国学者提出的动态规划和状态空间分析技术开创了控制理论研究的新时代，这三个代表性成果构成了第二代控制理论——现代控制理论的基础。之后又出现了线性二次型最优调节器、极点配置状态反馈、最优状态观测器等等理论。从数学模型所描述系统的运动性质和数学工具来分，系统可以分为连续系统、离散时间系统、离散事件系统、混杂系统；从是否满足叠加原理上可分为线性系统和非线性系统；从系统参数是否显式地依赖时间变化可分为定常系统和时变系统，从系统输入和输出情况可分

5、为单变量系统和多变量系统等等。不同系统模型需要不同的数学分支和求解工具来研究。71.2系统仿真与仿真语言工具概述计算机仿真是指以计算机为主要工具，运行真实系统或预研系统的仿真模型。计算机仿真通过对计算机输出信息的分析与研究，实现对实际系统运行状态和演化规律的综合评估与预测。计算机仿真的基本内容包括系统建模、仿真算法、计算机程序设计与仿真结果显示、分析与验证等环节。根据最新的统计资料表明，计算机仿真（ComputerSimulation）技术是当前应用最广泛的实用技术之一。控制系统仿真就是利用计算机研究控制系统性能的一门学问

6、，它依赖于现行《自动控制原理》和《现代控制理论》课程的基础知识，但侧重点不同。控制系统仿真更倾向于控制理论问题的计算机求解。81.2.1计算机仿真的三要素由上述可知，计算机仿真包括三个要素，即：系统、模型与计算机；联系这三个要素的有三个基本活动：模型建立、仿真模型建立及仿真试验（运行）。以上三要素及三个基本活动的关系可用图1来表示。系统模型计算机模型建立仿真实验仿真模型建立图1计算机仿真三要素及三个基本活动91.2.2计算机仿真的基本步骤包括三个基本的内容：建模仿真实验结果分析101.2.3系统仿真工具的发展早期有：EIS

7、PACK（基于特征值软件包）、LINPACK（线性代数软件包）、NAG、NumericalRecipes当今世界三大流行系统：MATLAB、Mathematica、MapleMATLAB/Simulink及其工具箱已成为国际控制界公认的首选计算机语言。11MATLAB语言的首创者CleveMoler教授在数值分析，特别是在数值线性代数的领域中很有影响，他参与编写了数值分析领域一些著名的著作和两个重要的Fortran程序EISPACK和LINPACK。他曾在密西根大学、斯坦福大学和新墨西哥大学任数学与计算机科学教授。1980

8、年前后，当时的新墨西哥大学计算机系主任Moler教授在讲授线性代数课程时，发现用其他高级语言编程极为不便，便构思并开发了MATLAB(MATrixLABoratory，即矩阵实验室),这一软件利用了当时数值线性代数领域最高水平的EISPACK和LINPACK两大软件包中可靠的子程序，用Fortran语言