第1章 计算机辅助设计与仿真技术概述

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1、第1章计算机辅助设计与仿真技术概述本文由lipengclm贡献ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。MATLAB语言与控制系统仿真华中科技大学电气与电子工程学院应用电子工程系二00一年十一月课程任务通过本课程的学习，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。教学内容第一章第二章第三章第四章第五章计算机仿真和辅助设计概述（1）MATLAB语言基础（5）控制系统的数学描述与建模（4）控制系统的分析方

2、法（4）SIMULINK仿真基础（6）学时安排与考试形式总学时：32（其中上机学时12）考试方式：上机操作参考书目《MATLAB语言与自动控制系统设计》机械工业出版社，1997年，魏克新?《控制系统数字仿真与CAD》机械工业大学出版社，1999年，张晓华?《反馈控制系统设计与分析——MATLAB语言应用》清华大学出版社，2000年，薛定宇?《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，1999年，楼顺天?《MATLAB5.X应用与技巧》，科学出版社，1999年，蒙以正?《MATLAB5.X入门与应用》，科学出版社，1999年，柳承茂?《MATLAB电子

3、仿真与应用》，国防工业出版社，2001年，韩竹利CH1、计算机仿真和辅助设计概述第一节计算机仿真和辅助设计的基本概念一、初识控制系统计算机仿真和辅助设计例exp1_1.m例exp1_2.m/exp1_3.m/exm1_2.mdl二、计算机辅助设计与仿真的概念1、计算机辅助设计的概念?计算机辅助设计（CAD）技术是利用计算机高速而精确的计算能力、大容量存储和处理数据的能力，结合设计者的综合分析、逻辑判断及创造性思维，用以加快设计进程、缩短设计周期、提高设计质量的技术。说明：计算机辅助设计从广义上来讲它包含了计算机仿真的内容，从狭义上说它的主要工作是利用计算机的运算能力来处理设计者手

4、工处理所遇到的不便与繁琐。2、计算机仿真的概念仿真的定义?仿真的基本思想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求对真实过程的认识。它所遵循的基本原则是相似性原理。计算机仿真的定义?计算机仿真是基于所建立的系统仿真模型，利用计算机对系统进行分析与研究的方法。三、计算机仿真模型1、模型的定义?模型是对现实系统有关结构信息和行为的某种形式的描述，是对系统的特征与变化规律的一种定量抽象，是人们认识事物的一种手段或工具。2、模型的分类（1）物理模型?指不以人的意志为转移的客观存在的实体，如：飞行器研制中的飞行模型；船舶制造中的船舶模型等。（2）数学模型?是从一定的功能或结构上进行

5、相似，用数学的方法来再现原型的功能或结构特征。（3）仿真模型?指根据系统的数学模型，用仿真语言转化为计算机可以实施的模型。四、计算机仿真的三要素及基本步骤（内容）1、三要素（1）系统：研究的对象1（2）模型：系统的抽象（3）计算机：工具与手段系统建立数学模型仿真实验结果分析模型计算机建立仿真模型图1.1计算机仿真三要素关系图2、基本步骤?包括三个基本的内容：建模仿真实验问题的阐述果分析设置目标建立模型编程序否验证正确与否是确认是仿真实验设计运行分析输出结果图1.2计算机仿真程序流程结否第二节一、按模型分类仿真的分类1、物理仿真：采用物理模型，有实物介入！?具有效果逼真，精度高等优

6、点，但造价高或耗时长，大多在一些特殊场合下采用（如导弹、卫星一类飞行器的动态仿真，发电站综合调度仿真与培训系统等），具有实时性、在线的特点。2、数学仿真：采用数学模型?在计算机上进行，具有非实时性、离线的特点，经济、快速、实用。二、按计算机类型分类1、模拟仿真：采用数学模型，在模拟计算机上进行的实验研究。50年代?描述连续物理系统的动态过程比较自然、逼真，具有仿真速度快、失真小、结果可靠的优点，但受元器件性能影响，仿真精度较低，对计算机控制系统的仿真较困难，自动化程度低。?模拟计算机的核心是运算部分，它由我们熟知的“模拟运算放大器”为主要部件所构成。2、数字仿真：采用数学模型，在

7、数字计算机上借助于数值计算方法所进行的仿真实验。60年代计算与仿真的精度较高。理论上计算机的字长可以根据精度要求来“随意”设计，因此其仿真精度可以是无限，但是由于受到误差积累、仿真时间等因素影响，其精度也不易定得太高。?对计算机控制系统的仿真比较方便。仿真实验的自动化程度较高，可方便地实现显示、打印等功能。?计算速度比较低，在一定程度上影响到仿真结果的可信度。但随着计算机技术的发展，“速度问题”会在不同程度上有所改进与提高。?数字仿真没有专用的仿真软件支持，需要设计人员用高级程序