重庆电讯职业学院汽车系技术培训中心-汽车仿真.ppt

汽车技术系技术培训中心,汽车仿真技术,学习本课程的意义及要求一、意义1.科技发展的需要-Acceleratethepaceofengineeringandscience2.学习技能提高的载体Improvelearningability3.就业的筹码-Getahigh-payingjob二、要求作业：以上机练习为主，按时独立完成纪律：要求上课关手机，不要下面开小会，有问题举手考试：平时50%，期末考试50%三、授课方式授课方式，课堂讲授+上机实验以实例为主,讲应用，充分体现案例学习模式。,系统建模与仿真是分析、设计和研究复杂系统的一种基本的理论方法和重要的技术手段。计算机技术的飞速发展，使得仿真技术的应用领域不断扩大。计算机仿真已经成为工科学生必须掌握的基本理论，也是他们必须会使用的一种技术手段。,11.06.2020,主要讲述内容概述Matlab语言基础Simulink仿真基础,11.06.2020,主要参考资料,1李颖.朱伯立.Simulink动态系统建模与仿真基础.西安电子科技大学出版社，20042张德丰.MATLAB控制系统设计与仿真.电子工业出版社,2009.06。3张志勇.精通MATLAB6.5.北京航空航天大学出版社20044黄忠霖.控制系统MATLAB计算及仿真，国防工业出版社，2001年。,本课程互联网资源TheMathworks公司官方网站产品在中国独家代理（北京九州恒润公司）Matlab大观园http:/www.matlab-Matlab中文论坛,11.06.2020,第一章概述1.1仿真的出现1.2计算机仿真1.3仿真软件介绍1.4仿真技术的应用与发展1.5matlab安装与环境,第一章概述,11.06.2020,1.1仿真的出现,第一章概述,工程设计中常用的研究方法1、建立精确数学模型求解如对于二阶电路求解输出电压（阶跃响应）。2、实验法对于各种系统都可以采用实验研究的方法。3、仿真在模型上所进行的系统性能分析与研究的方法。,11.06.2020,1.2计算机仿真,第一章概述,1）仿真的概念仿真是以相似性原理、控制论、信息技术及相关领域的有关知识为基础，以计算机和各种专用物理设备为工具，借助系统模型对真实系统进行试验研究的一门综合性技术。计算机仿真可以用于研制产品或设计系统的全过程中，包括方案论证、技术指标确定、设计分析、生产制造、试验测试、维护训练、故障处理等各个阶段。如训练飞行员、宇航员仿真工作台和仿真机舱等。2)仿真三要素:系统、模型和计算机，联系着他们的三项基本活动是模型建立、仿真模型建立（又称二次建模）和仿真试验。,（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,11.06.2020,1.2计算机仿真,第一章概述,3）系统与模型系统系统是指具有某些特定功能，相互联系、相互作用的元素的集合。这里的系统是指广义上的系统，泛指自然界的一切现象与过程，例如工程系统如控制系统、通信系统等，非工程系统如股市系统、交通系统、生物系统等。系统模型系统模型是对实际系统的一种抽象，是对系统本质（或是系统的某种特性）的一种描述。模型具有与系统相似的特性，好的模型能够反映系统的主要特征和运动规律。模型可分为实体模型和数学模型,11.06.2020,1.2计算机仿真,第一章概述,系统建模,建立系统模型是把系统的行为概括为数学的函数关系。包括：1、数学建模。把实际系统抽象为数学模型。2、仿真建模。将数学模型转换为可在计算机上运行的仿真模型。数学建模是非常重要的，对于复杂的系统，还需要忽略次要环节，留住主要环节。,11.06.2020,第一章概述,4）仿真的一般过程,11.06.2020,1.3计算机仿真软件,第一章概述,仿真软件的发展：1、程序编程阶段：所有问题（如：微分方程求解、矩阵运算、绘图等）都是用高级算法语言（如C、FORTRAN等）来编写。2、程序软件包阶段：出现了“应用子程序库”。3、交互式语言阶段（仿真语言）：仿真语言可用一条指令实现某种功能，如“系统特征值的求解”，使用人员不必考虑什么算法，以及如何实现等低级问题。如MATLAB语言。4、模型化图形组态阶段：符合设计人员对基于模型图形化的描述。如SIMULINK。,11.06.2020,1.3计算机仿真软件,第一章概述,常见的几种仿真软件：,1、PSPICE、ORCAD、Multisim：通用的电子电路仿真软件，适合于元件级仿真。2、Simpack:运动学/动力学仿真分析的多体动力学软件3、Carsim、Trucksim、Bikesim等用于仿真及分析车辆在不同3D路面上，对驾驶控制之反应。4、MATLAB：具有强大的数值计算能力，包含各种工具箱，其程序不能脱离MATLAB环境而运行，所以严格讲，MATLAB不是一种计算机语言，而是一种高级的科学分析与计算软件。,仿真软件是一类面向仿真用途的专用软件，它可能是面向通用的仿真软件，也可能是面向某个领域的仿真。本课程重点讲述在MATLAB下的Simulink的建模与仿真,11.06.2020,第一章概述,概述MATLAB（MatrixLaboratory）是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，着重针对科学计算、工程计算和绘图的需求。的发展首创者CleveMoler教授曾在密西根大学、斯坦福大学和新墨西哥大学任数学与计算机科学教授,和JohnLittle等人成立了TheMathWorks公司。1984年，MATLAB第1版(DOS版),11.06.2020,AcademiaTheMATLABandSimulinkproductfamiliesarefundamentalcomputationaltoolsattheworldseducationalinstitutions.Adoptedbymorethan5000universitiesandcolleges,MathWorksproductsacceleratethepaceoflearning,teaching,andresearchinengineeringandscience.MathWorksproductsalsohelppreparestudentsforcareersinindustry,wherethetoolsarewidelyusedforresearchanddevelopment.,第一章概述,MATLAB的主要功能Matlab是功能强大的科学及工程计算软件，它不但具有以矩阵为基础的强大数学计算和分析功能，而且还具有丰富的可视化图形表现功能和方便的程序设计能力。数值计算和符号计算功能MATLAB以矩阵作为数据操作的基本单位，还提供了十分丰富的数值计算函数。MATLAB和著名的符号计算语言Maple相结合，使得MATLAB具有符号计算功能。绘图功能MATLAB提供了两个层次的绘图操作：一种是对图形句柄进行的低层绘图操作，另一种是建立在低层绘图操作之上的高层绘图操作。编程语言MATLAB具有程序结构控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特征，而且简单易学、编程效率高。MATLAB工具箱MATLAB包含两部分内容：基本部分和各种可选的工具箱。MATLAB工具箱分为两大类：功能性工具箱和学科性工具箱。,11.06.2020,关于matlab学习matlab学习特点matlab学习方法matlab的应用,第一章概述,简介Sinmulink是一种用来实现计算机仿真的软件工具。它是MATLAB的一个附加组件，可用于实现各种动态系统（包括连续系统、离散系统和混合系统）的建模、分析和仿真。命名直观地表明了该软件具有SIMU(仿真)与LINK(链接)两大功能特点：易学、易用，能够依托MATLAB提供的丰富仿真资源。.Simulink的应用领域（1）通讯与卫星系统（2）航空航天系统（3）生物系统（4）船舶系统（5）汽车系统（6）金融系统,11.06.2020,1.4仿真技术的应用与发展,第一章概述,仿真技术的应用领域：,（1）通讯与卫星系统（2）航空航天系统（3）生物系统（4）船舶系统（5）汽车系统（6）金融系统,11.06.2020,1.4仿真技术的应用与发展,第一章概述,应用仿真技术的意义,（1）、经济，采用仿真实验仅需成本的1/101/5，而且设备可以重复使用。（2）、安全，采用仿真实验可以有效降低危险程度，对系统的研究起到保障作用。（3）、快捷，提高设计效率：比如电路设计，服装设计等等。（4）、具有优化设计和预测的特殊功能,11.06.2020,1.4仿真技术的应用与发展,第一章概述,仿真技术的发展趋势,（1）、硬件方面：基于多CPU并行处理技术的全数字仿真将有效提高仿真系统的速度，大大增强数字仿真的实时性。（2）、应用软件方面：直接面向用户的数字仿真软件不断推陈出新，各种专家系统与智能化技术将更深入地应用于仿真软件开发之中，使得在人机界面、结果输出、综合评判等方面达到更理想的境界。（3）、分布式数字仿真：充分利用网络技术，协调合作，投资少，效果好。（4）、虚拟现实技术：综合了计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、显示技术以及仿真技术等多学科，使人置身于真实环境之中。,11.06.2020,1.5MATLAB的运行环境与安装,第一章概述,1.5.1MATLAB的运行环境硬件环境：(1)CPU(2)内存(3)硬盘(4)CD-ROM驱动器和鼠标。软件环境：(1)Windows98/NT/2000或WindowsXP(2)其他软件根据需要选用,11.06.2020,1.5.2MATLAB的安装,第一章概述,参阅Help的MATLABInstallationGuideforWindowsPersonalLicensePassword(PLP)SystemRequirementsWho:Specifyyourname,yourcompanyname,andyourlicenseinformation(PLP)What:SelecttheproductsanddocumentationyouwanttoinstallWhere:ChoosethedirectoryinwhichyouwanttoinstalltheMathWorksproducts,11.06.2020,MATLAB的安装,第一章概述,Step1:StarttheInstallerStep2:EnterYourPersonalLicensePassword(PLP)Step3:ReviewtheSoftwareLicensingAgreementclickYesStep4:EnterYourNameandCompanyNameStep5:SelecttheProductsYouWanttoInstall,11.06.2020,MATLAB的安装,第一章概述,11.06.2020,1.5.3Matlab简介,第一章概述,Matlab的5个主要组成部分,MATLAB开发环境：由一组工具和组件组成，这些工具是图形化的用户界面，包括Matlab桌面好命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览器、文件和搜索路径浏览器.MATLAB数学函数库：数学函数库，其强大的计算能力覆盖了从基本函数（如求和、正弦、余弦和复数运算等）到高级函数（如矩阵求逆、矩阵特征值、贝塞尔函数好快速傅立叶变换等）的范围。MATLAB语言：是一种以矩阵运算为基础的高级语言，可以编制快速使用小程序，也可以编制大型复杂的应用程序。强大的绘图功能：既可以用高级命令完成二维好三维数据的可视化、图像处理、动画好图像表达等功能，也可以通过使用图像句柄完成复杂的图形功能，实现对所有图形对象的操作。TheMATLAB与其它程序的接口（API）,11.06.2020,第一章概论,MATLAB集成环境1.5.4启动与退出MATLAB集成环境MATLAB系统的启动与一般的Windows程序一样，启动MATLAB系统有3种常见方法：(1)使用Windows“开始”菜单。(2)运行MATLAB系统启动程序matlab.exe。(3)利用快捷方式。,11.06.2020,第一章概论,启动MATLAB后，将进入MATLABR2009a集成环境。MATLABR2009a集成环境包括MATLAB主窗口、命令窗口(CommandWindow)、工作空间窗口(Workspace)、命令历史窗口(CommandHistory)、当前目录窗口(CurrentDirectory)和启动平台窗口(LaunchPad)。,11.06.2020,第一章概论,当MATLAB安装完毕并首次启动时，展现在屏幕上的界面为MATLAB的默认界面，如下图所示。,11.06.2020,第一章概论,1.5.5MATLAB系统的退出要退出MATLAB系统，也有3种常见方法：(1)在MATLAB主窗口File菜单中选择ExitMATLAB命令。(2)在MATLAB命令窗口输入Exit或Quit命令。(3)单击MATLAB主窗口的“关闭”按钮。,11.06.2020,第一章概论,MATLAB工作环境MATLAB的工作环境就是一系列便于使用MATLAB函数和文件的工具。基本的工具包括启动和退出MATLAB，使用MATLAB的桌面，使用MATLAB的函数，以及MATLAB的在线帮助(Help)。其它的工具则有：工作空间、路径搜索、文件操作、数据输入输出、编辑和调试M文件以及改善M文件的性能，资源控制系统的利用等。这里主要就MATLAB桌面(MATLABDesktop)中的各应用窗口的主要功能分别作一简单介绍。,11.06.2020,第一章概论,MATLAB桌面(MATLABDesktop),11.06.2020,第一章概论,命令窗口(CommandWindow),在命令窗口内执行的MATLAB主要操作有：运行函数和输入变量；控制输入和输出；执行程序，包括M文件和外部程序；保存一段日志；打开或关闭其他应用窗口，以及各应用窗口的参数选择。,命令窗口中可直接运行MATLAB函数，而这些函数往往又和MATLAB命令直接联系。,11.06.2020,第一章概论,历史命令（CommandHistory）,显示已执行过的命令,11.06.2020,第一章概论,启动平台（LaunchPad）,11.06.2020,第一章概论,工作空间（Workplace),工作空间窗口以列表形式显示了MATLAB工作区中当前所有变量的名称及其属性，属性中包括了变量的类型、长度及其占用空间大小。工作空间由运行MATLAB的程序或命令所生成的所有变量和MATLAB本身提供的常量构成。MATLAB6.x后才提供。早期版本是在命令窗口中键入who查看变量名，或者键入whos命令查看变量名、变量大小和数据类型等内容。,11.06.2020,第一章概论,当前目录(CurrentDirectory),当前目录窗口中显示了MATLAB当前工作目录下的所有文件夹与文件，以便用户对当前目录下的文件进行管理。,11.06.2020,第一章概论,1.5.6MATLAB帮助系统帮助窗口进入帮助窗口可以通过以下3种方法：(1)单击MATLAB主窗口工具栏中的Help按钮。(2)在命令窗口中输入helpwin、helpdesk或doc。(3)选择Help菜单中的“MATLABHelp”选项。,帮助命令MATLAB帮助命令包括help、lookfor以及模糊查询。1help命令在MATLAB6.5命令窗口中直接输入help命令将会显示当前帮助系统中所包含的所有项目，即搜索路径中所有的目录名称。同样，可以通过help加函数名来显示该函数的帮助说明。,11.06.2020,第一章概论,2loo