第一章 计算机仿真和MATLAB语言概述

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1、MATLAB语言与计算机仿真通过本课程的学习，应理解计算机仿真的基本步骤和相关知识，并熟练掌握当前流行的演算式MATLAB语言，结合所学课程，学会运用MATLAB语言进行系统仿真和辅助设计，为今后从事科学研究打下较好的基础。课程任务第一章计算机仿真概述及MATLAB基本操作第二章符号计算第三章数值数组及其运算第四章数值计算第五章数据和函数可视化第六章M文件和面向对象编程第七章SIMULINK仿真基础第八章GUI设计及控制系统仿真实例第十章仿真工程设计（一）第十一章仿真工程设计（二）第十二章仿真工程设计（

2、三）教学内容综合成绩评定：平时成绩（60％）课堂、上机考试成绩（40％）参考书目精通MATLAB6.5版张志涌等编著北京航空航天大学出版社2003.3MATLAB电子仿真与应用韩利竹等编著国防工业出版社MATLAB控制系统设计欧阳黎明编著国防工业出版社应用MATLAB建模与仿真陈桂明等编著科学出版社MATLAB扩展编程何强，何英编著清华大学出版社MATLAB应用程序接口指南刘志坚编著科学出版社MATLAB高级应用－图形图像处理清源计算机工作室编著机械工业出版社第一章、计算机仿真和MATLAB语言概述第一节计算

3、机仿真的基本概念一、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。ComputerAidedDesign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

4、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。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相似，用数学的方法来再现原型的功能或结构特征。二、计算机仿真模型（3）仿真模型指

5、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。三、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（2）模型：系统的抽象（3）计算机：工具与手段2、基本步骤包括三个基本的内容：建模仿真实验结果分析第二节仿真的分类一、按模型分类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

6、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

7、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语言编写求解系统模型及结果输出的程序。3、混合仿真：结合了模拟仿真与数字仿真。4、现代计算机仿真：采用先进的微型计算机，基于专用的仿真软件、仿真语言来实现，其数值计算功能强

8、大，使用方便，易学。80年代以后第三节仿真技术的应用与发展一、仿真技术的应用1、航空与航天工业飞行器设计中的三级仿真体系：纯数学模拟（软件）、半实物模拟、实物模拟或模拟飞行实验。飞行员及宇航员训练用飞行仿真模拟器。2、电力工业电力系统动态模型实验：电力系统负荷分配、瞬态稳定性以及最优控制等。电站操作人员培训模拟系统。3、原子能工业模拟核反应堆核电站仿真器用来训练操作人员以及研究异常故障的排除处理。4