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1、第1章：系统仿真技术与应用MATLAB程序设计与应用程序设计与应用DR. 高彦杰上海电力学院第1章：系统仿真技术与应用整个课程学习内容整个课程学习内容MATLAB,SIMULINK建模基础MATLAB,SIMULINK高级仿真技巧：创建S-函数，SIMULINK中微分方程,线性和非线性系统，及优化技术MATLAB,SIMULINK中和专业相关工具箱：SIMSCAPESIMELECTRONICSSIMPOWER SYSTEMSOTHER TOOLBOXES (depending on time)综合系统讲解第1章：系统仿真技术与应用为什么要学习为什么要学习MATLAB及仿真技术及仿真技术为什么？

2、验证理论分析结果系统变得越来越复杂，实际系统无法进行理论分析，所以借助计算机仿真对系统进行数值分析，提高效率降低产品的研究开发成本，如通过虚拟技术降低开发周期，将系统分割成子系统，同时进行开发，如hardware-in-loop技术对系统参数进行优化操作等等。第1章：系统仿真技术与应用对于课程的期望对于课程的期望对学业1. 2.今后工作1.2，个人兴趣爱好1.2.第1章：系统仿真技术与应用薛定宇、陈阳泉著基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用(第2版)，清华大学出版社，2010第第1章章 系统仿真技术与应用系统仿真技术与应用DR. 高彦杰上海电力学院第1章：系统仿真技术与应用第

3、第1章章 系统仿真技术与应用系统仿真技术与应用主要内容系统仿真技术概述仿真软件的发展概况MATLAB语言简介本书的结构和代码第1章：系统仿真技术与应用1.1 系统仿真技术概述系统仿真技术概述系统是由客观世界中实体与实体间的相互作用和相互依赖关系构成的具有某种特定功能的有机整体。系统的分类方法是多种多样的，依照其应用范围可以将系统分为工程系统和非工程系统。工程系统是指由相互关联的部件组成一个整体，实现特定的目标。电机驱动自动控制系统是由执行部件、功率转换部件和检测部件所组成，用来完成电机的转速、位置和其他参数控制的某个特定目标。第1章：系统仿真技术与应用非工程系统涵盖的范围更加广泛，大至宇宙，小

4、至微观世界都存在着相互关联、相互制约的关系，形成一个整体，实现某种目的，所以均可以认为是系统。如果想定量地研究系统的行为，可以将其本身的特性及内部的相互关系抽象出来，构造出系统的模型。系统的模型分为物理模型和数学模型。由于计算机技术的迅速发展和广泛应用，数学模型的应用越来越普遍。第1章：系统仿真技术与应用系统的数学模型系统的数学模型系统的数学模型是描述系统动态特性的数学表达式，表示系统运动过程中各个量的关系，是分析、设计系统的依据系统的分类：连续系统、离散时间系统、离散事件系统和混杂系统线性系统、非线性系统定常系统、时变系统集中参数系统、分布参数系统确定性系统和随机系统。第1章：系统仿真技术与

5、应用系统仿真技术概述系统仿真技术概述系统仿真是根据被研究的真实系统的数学模型研究系统性能的一门学科，尤指利用计算机去研究数学模型行为的方法。计算机仿真的基本内容包括系统、模型与算法计算机程序设计仿真结果显示分析与验证第1章：系统仿真技术与应用1.2 仿真软件的发展概况仿真软件的发展概况早期计算机仿真技术大致经历了几个阶段：20世纪40年代模拟计算机仿真50年代初数字仿真60年代早期仿真语言的出现20世纪80年代出现的面向对象仿真技术为系统仿真方法注入了活力中国仿真技术发展与应用：20世纪50年代开始研究仿真技术，国防领域，以模拟计算机的仿真为主。20世纪70年代初开始应用数字计算机进行仿真第1

6、章：系统仿真技术与应用随着数字计算机的普及，近20年以来，国际、国内出现了许多专门用于计算机数字仿真的仿真语言与工具CSMP、ACSL、 SIMNON、MATLAB/Simulink、 MatrixX/System Build、CSMP-C随着MATLAB/Simulink等仿真工具的日益强大，很多仿真语言已退出历史舞台MATLAB/Simulink已经成为仿真领域事实上的首选计算机语言和工具。第1章：系统仿真技术与应用1.2.2 早期数学软件包的发展概况早期数学软件包的发展概况数字计算机的出现给数值计算技术的研究注入了新的活力数学软件是仿真领域的基础软件早期有代表性的数学软件包：基于特征值的

7、软件包EISPACK和线性代数软件包LINPACK英国牛津数值算法研究组（Numerical Algorithm Group）开发的NAG软件包Numerical Recipes程序集第1章：系统仿真技术与应用EISPACK举例举例计算矩阵特征值的专用软件包由Fortran语言编写的源程序组成的求 矩阵特征值的建议命令采用QR算法，500多条源程序当时最先进，现在看很繁琐、易错第1章：系统仿真技术与应用软件包的形式编写程序的局限性软件包的形式编写程序的局限性使用不方便、编程困难且易出错调用过程繁琐 编写主程序再经过必要的编译和连接过程 花大量的时间去调试程序以保证其正确性执行程序过多 想求解一

8、个特定的问题就需要编写一个专门的程序不利于传递数据 对每个具体问题形成一个孤立的可执行文件 一个程序中产生的数据无法传入另一个程序维数指定困难、绘图不便、不易移植、第1章：系统仿真技术与应用数学软件包仍在继续发展数学软件包仍在继续发展数学软件包发展方向是采用国际上最先进的数值算法，提供更高效的、更稳定的、更快速、更可靠的数学软件包。在线性代数计算领域，全新的LAPACK已经成为当前最有影响的软件包目的不再是为 一般用户提供解决问题的方法为数学软件提供底层的支持新版MATLAB抛弃了一直使用的LINPACK和EISPACK，采用LAPACK为底层支持很多其他语言也用LAPACK做底层支持第1章：

9、系统仿真技术与应用1.2.3 仿真软件的发展概况仿真软件的发展概况仿真技术引起该领域各国学者、专家们的重视，建立起国际的仿真委员会（Simulation Councils Inc，SCi）1967年通过了仿真语言规范。仿真语言CSMP（Computer Simulation Modelling Language）应该属于建立在该标准上的最早的专用仿真语言。中科院沈阳自动化研究所在1988年推出了该语言的推广版本CSMP-C。20世纪80年代初期，美国Mitchell and Gauthier Associate公司推出了ACSL（Advanced Continuous Simulation L

10、anguage)第1章：系统仿真技术与应用ACSL简介简介ACSL提供了几十个系统子模块（macros）：传递函数模块 TRAN、积分器模块 INTEG、超前滞后环节 LEDLAG、延迟模块DELAY、死区非线性模块DEAD、磁滞回环BAKLSH和限幅积分器LIMINT用户可以利用这些子模块简单地编写出描述给定系统的仿真模型编写完ACSL源程序需要编译和连接，形成一个可执行文件第1章：系统仿真技术与应用Van der Pol方程的方程的ACSL模型模型Van der Pol方程ACSL不能对关节微分方程直接建模，需要变换成一阶方程，取状态变量 ，则ACSL模型第1章：系统仿真技术与应用其他仿真

11、工具其他仿真工具SIMNON和ESL语言MATLAB+Simulink仿照MATLAB语句的Ctrl-C、Matrix-X、O-Matrix、CemTool免费的语言Octave、Scilab计算机代数系统早期：mumath、reduce主流：Mathematica、MapleMATLAB符号运算工具箱（mupad）第1章：系统仿真技术与应用1.3 MATLAB语言简介语言简介MATLAB已经成为仿真领域事实上的首选计算机语言，长期保持独一无二的地位MATLAB/Simulink是本书的主线本节主要内容MATLAB语言发展简史MATLAB语言的特色MATLAB版本选择和建议第1章：系统仿真技术

12、与应用1.3.1 MATLAB语言发展简史语言发展简史首创者：Cleve Moler教授，Uni. Of New MexicoMATLAB（MATrix LABoratory），1980Jack Little， 成立了 MathWorks，1984第一个Windows下版本3.5i，1990Simulink (早期Simulab)，19901991支持Windows界面编程MATLAB 4.0，1992面向对象的MATLAB 5.0，1997每年3、9月两个新版本a、b，2007当前最新版本2012b第1章：系统仿真技术与应用1.3.2 MATLAB语言的特色语言的特色强大的数学运算功能高精度

13、、高效、高可靠性、高可信度的数值计算强大的解析运算（符号运算）强大的计算机图形学功能强大的仿真功能基于框图的仿真方法多领域物理建模半实物仿真与实时控制的接口可以在任何计算机平台下运行，可移植性第1章：系统仿真技术与应用1.3.3 MATLAB版本选择和建议版本选择和建议仿真功能选择尽可能新的版本 最新版2012b，2012年9月推出符号运算选择2008a或以前版本(Maple内核支持)尽量采用32位的MATLABR2008b及以后版本下使用符号运算工具箱 2008b起引入muPad作为内核，功能和效率远远低于原来的Maple内核 弱化了很多符号运算功能，如微分功能 原来版本的maple函数不再

14、能使用 符号变量的重载函数，早期版本置于sym目录下即可，新版本复制到toolbox/symbolic/symbolic，再运行rehash toolboxcache第1章：系统仿真技术与应用1.4 本书的结构和代码本书的结构和代码学好MATLAB的“窍门”带着问题学，活学活用，学用结合，急用先学，立竿见影，在用字上狠下工夫点滴积累本书结构，详见目录：MATLAB入门（第12章）MATLAB数学运算方法（第3章）Simulink仿真的初级、中级和高级技术（46）工程系统和非工程系统仿真（78）半实物仿真与实时控制（第9章）第1章：系统仿真技术与应用1.4.2 代码下载和网上资源代码下载和网上资源本书的网站 /simubook2ed/index.html网站内容 作者编写的MATLAB程序和Si