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1、 控制系统数字仿真与控制系统数字仿真与CADCAD仿真技术概述仿真技术概述林瑞全林瑞全 教授教授教授教授 /博士博士博士博士E-mail:876984938 E-mail:876984938 E-mail:876984938 E-mail:876984938 CADCAD的概念的概念CAD：(Computer Aided Design）将计算机和设计者组成一个人机交互系统，利用计算机的快速、准确的信息处理和存储能力与设计者的判断、分析和推理能力相结合，共同有效地完成预定的设计任务。从从从从某某某某种种种种意意意意义义义义上上上上说说说说，CADCADCADCAD技技技技术术术术应应应应用用用用
2、的的的的深深深深度度度度和和和和广广广广度度度度将将将将标标标标志志志志一一一一个个个个国国国国家家家家科科科科学学学学成成成成熟熟熟熟程程程程度度度度和和和和技技技技术术术术发发发发展展展展水平。水平。水平。水平。课程的任务课程的任务学会运用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。科研工作的科研工作的基本方法基本方法1解析法解析法：运用已掌握的理论知识，对所研究的对象进行理论方面的分析、计算及综合。科研工作的科研工作的基本方法基本方法2实验法：实验法：在所建立的实际系统（或模型）上，利用各种仪器仪表，通过施加一定类型的激励信号，测取系统响应来确
3、定系统的性能。科研工作的科研工作的基本方法基本方法2实验法：实验法：实际系统科研工作的科研工作的基本方法基本方法3仿真实验法：仿真实验法：在模型上（物理的/数学的）所进行的系统性能分析与研究方法。科研工作的科研工作的基本方法基本方法3仿真实验法：仿真实验法：数学模型科研工作的科研工作的基本方法基本方法3仿真实验法：仿真实验法：虚拟模型科研工作的科研工作的基本方法基本方法3仿真实验法：仿真实验法：实物模型科研工作的科研工作的基本方法基本方法3仿真实验法：仿真实验法：仿真实验性能比较：数学模型虚拟模型实物模型实物原型仿真精度低高科研工作的科研工作的基本方法基本方法4混合法：混合法：解析法+实验法工
4、程实例：水轮发电机组科研工作的科研工作的基本方法基本方法4 混合法：混合法：工程实例：水轮发电机组科研工作的科研工作的基本方法基本方法5猜想法：猜想法：又称为“假想法”，通过人们对所研究问题的“直觉”，提出“可能的”结果/结论，利用“反演/推理/证明”的方法进行“创造性”的研究和发现。科研工作的科研工作的基本方法基本方法5猜想法：猜想法：哥德巴赫猜想相对论假说电磁波设想计算机仿真的定义计算机仿真的定义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
5、行分析与研究的方法。计算机仿真三要素计算机仿真三要素计算机仿真三要素：（1）系统：研究的对象（2）模型：系统的抽象（3）计算机：工具与手段计算机仿真的基本步骤计算机仿真的基本步骤基本步骤包括三个基本的内容：建模 仿真实验 结果分析实实际际系系统统系系统统模模型型仿仿真真模模型型仿仿真真程程序序目目标标程程序序仿仿真真运运行行工工程程实实现现仿仿真真结结果果分分析析检查修改检查修改模型的分类模型的分类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
6、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。模型的分类模型的分类（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。模型模型的重要性的重要性模型的重要性模型的重要性1、把世间的现象/问题上升到“数学抽象/数学模型”的理 论高度是现代科学发现与技术创新的基础。2、“实验、归纳、推演”是建立系统“数学模型”的重要手段/方法/途径。3、“数学模型”是人们对自然世界的一种抽象理解，它与自然世界/现象/问题具有“性能相似”的特点。仿真技术的仿真技术的应用应用工程领域应用：1 车辆肇
7、事仿真 2飞行器设计 3 联合仿真 4 军事工程 5电力工业 6石油化工、冶炼 7原子能工业非工程领域应用：1 医学 2社会学 3宏观经济与商业策略的研究仿真技术仿真技术及其重要性及其重要性仿真技术的应用仿真技术的应用工程应用：1车辆肇事仿真仿真技术仿真技术及其重要性及其重要性仿真技术的应用仿真技术的应用工程应用：2飞行器设计仿真技术仿真技术及其重要性及其重要性仿真技术的应用仿真技术的应用工程应用：3联合仿真仿真技术仿真技术及其重要性及其重要性仿真技术的应用仿真技术的应用工程应用：4军事工程常用的仿真软件常用的仿真软件常用的工具软件（除MATLAB外）ADAMS(Automatic Dynam
8、ic Analysis of Mechanical Systems)1 美国MDI/MSC公司2 50市场份额3 运动学/动力学/机电一体化4 网址：。常用的仿真软件常用的仿真软件常用的工具软件PSPICE（模拟电路CAD软件）1电子电路仿真软件2 ORCAD公司的商业化EDA软件 3直流/交流电路、瞬态特性优化设计、数字模拟混合电路、电路绘图仿真一体化4网址：。常用的仿真软件常用的仿真软件常用的工具软件SABER（电气、模拟、混合信号仿真软件）1图形化界面2稳态、时域、频域、可靠性3应用于电源、电力电子、电气、机电一体化设计4网址：www.jialing- 安全 快捷本课程的本课程的主要内容主要内容1了解仿真技术概况2 如何进行系统建模（难点）3如何利用MATLAB仿真软件进行系统的性能分析孔子曰：“工欲善其事，必先利其器”4如何对系统进行优化设计（最终目的）本课程的本课程的要求要求1 课堂授课（22）/上机实践（10）2 闭卷考试，要考核一题多解的能力3 自主学习能力 大学本科生的基本能力祝同学们学业有成！成就梦想！谢谢大家！Thanks for your attention.