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1、山西电子技术应用实践2004年第3期系统仿真技术在控制系统中的应用张凌雁解绍锋冯晓云(西南交通大学电气工程学院,四川成都610031)摘要:系统仿真技术是一种以对实际系统建立正确的数学模型为基础,以计算机为工具的对实际系统进行模拟的技术。计算机技术的高速发展,使系统仿真技术在各个领域中都得到了广泛的应用。以化工及工业锅炉自动控制系统中水箱系统的液位控制问题为例,阐述了系统仿真技术在自动控制领域中的应用。关键词:系统仿真;控制系统;建模中图分类号:TP391.9文献标识码:A引言足较高精度的需要。
2、数值积分的单步与多步、显式与隐式等各种方法各有特点,应根据系统仿真的需要灵活应用。数值系统仿真是自动化领域中的一个重要分支。众所周知,稳定性是指数值计算过程中,各种误差等积累能否得到很好为了设计出一个品质优良的自动化系统,首先要对系统进行抑制,是否不会随计算时间增大而不断增大;所得的数值结分析和实验,系统仿真就是将系统的数学模型放到计算机上果是否逼近实际结果等。通过实验方程可以对数值积分方进行实验的一种技术,因此它也是一种既安全又经济的实验法的数值稳定性作出判断,大致估计出不同方法对计算步长方法。在进行数字仿真实验时,对系统模型的理解以及在计的限制范围。选用数值算法应从精
3、度、计算速度和稳定性三算机上的实现是一个有机的整体,每个环节都不同程度地对方面要求来综合考虑。首先保证算法的数值稳定性,其次是最终结果有所影响。因此,我们有必要对它们深入了解与掌满足精度要求,然后再尽可能提高计算速度,减少计算步骤握。和计算时间。1系统仿真概述2控制系统数字仿真的实现所谓系统就是由一些具有特定功能的、相互间以一定规控制系统结构形式有多种,常见的如单输入-单输出开律联系着的子系统所构成的整体。系统模型是对系统的特环控制、前馈控制及闭环(反馈)控制和多输入-多输出控制征与变化规律的一种定量抽象,是人们用以认识事物的一种等,用图论拓扑结构加以描述,会给控制系
4、统数字仿真带来手段。数学模型的各种形式是为适应不同的分析与设计要极大方便。任何复杂联接结构的线性控制系统都是由一些求而建立的,它们之间均可以通过一定的方法相互转换。控简单的线性环节组合而成的,按照它们之间相互联接的拓扑制系统建模一般采用机理法、统计法和混合法,又称之为一次模型化。需根据对系统内部结构、特性或是外部输入、输关系列出联接矩阵,可以得到能清晰简洁的描述复杂联接系出数据的了解和掌握程度,确定采用何种建模方法更能准确统的仿真模型。具有典型闭环结构形式的系统,二次模反映系统中各物理量变化规律的动力学特性。由于控制系型化过程简单明了。在仿真模型基础上,采用MATLA
5、B语统的数字仿真是以其数学模型为前提的,所以对于仿真结言,可以很方便地编程实现数值积分法求解系统动态响应,果的可靠性来讲,系统建模至关重要,它在很大程度上决但无法观察系统中间变量的变化规律,也难以考虑非线性环定了数字仿真实验的成败。实现问题就是根据控制系统节的影响。具有复杂联接闭环结构形式的系统,可用一阶环的传递函数描述求取其相应状态空间描述,系统仿真技术的节作为典型环节,再运用拓扑描述中联接矩阵的表达方法而实现问题更具体,就是要将一次模型化得到的系统数学模型得到此类系统结构仿真模型,然后再通过数值积分法求取各转换为可在计算机上运行的仿真模型,这称之为二次模型环节的
6、动态响应。离散相似法是对连续系统通过离散化或化,这涉及到仿真技术问题,统称为仿真实验。数值积分法按环节离散化方法求解系统动态响应,可使仿真运算求解过是计算机求解一阶微分方程的有效手段。欧拉法最简单易程大为简化,避免了繁琐的数值积分求解过程,并能很方便行,且是其它各种数值积分算法的基础,但其截断误差大,不地考虑常见非线性环节的影响,从而编程实现含有典型非线能满足一般工程的精度要求;龙格-库塔法是控制系统仿真性环节的控制系统的仿真求解。计算机控制系统实际上是最常用的算法,可以根据对仿真精度的不同的要求,选取相一种离散(采样)控制系统,其特点是系统中具有不随时间连应的阶次,一般
7、情况下采用三阶或四阶龙格-库塔法已能满续变化的物理量。采样控制系统的数学描述一般采用Z变收稿日期:2004-04-25第一作者张凌雁女28岁硕士研究生6山西电子技术2004年换、扩展Z变换、差分方程和Z传递函数等形式,应根据对采SIMULINK是一个用来进行动态系统仿真、建模和分析的样控制系统不同仿真要求而确定。采样控制系统数学模型软件包,它不但支持线性系统仿真,也支持非线性系统仿真,也可以应用MATLAB语言进行相互转换。对采样控制系统既可以进行连续系统仿真,也可以
