基于MATLABSimulink机电系统动态仿真教程第一章

1、机电系统动态仿真机电系统动态仿真基于基于MATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink 通过本课程的学习，使学生通过本课程的学习，使学生初步掌握当前流行的当前流行的MATLAB语言的语言的基础知识，结合所学课程结合所学课程自动控制原理自动控制原理，学会运用，学会运用MATLAB语言进行语言进行控制系统设计与分析的基本技能，为今后从事毕业设计、工程设计、产，为今后从事毕业设计、工程设计、产品开发和科学研究打下较好的基础。品开发和科学研究打下较好的基础。 课程任务本课程选用教材本课程选用教材机电系统动态仿真机电系统动态仿真基于基于MATLAB/Simulink刘白雁教授编著机械工业出

2、版社2006，8 仿真软件的简介仿真软件的简介1、程序编程阶段：、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：、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：、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。4、模型化图形组态阶段：、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。一、仿真的发展二、仿真的分类二、仿真的分类v 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

3、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与培训系统等），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、离线的特点，经济、快速、实用。v按计算机类型分类按计算机类型分类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，其数值计算功能强大，使用方便，易学。80年代以来 三、

4、三、常见的几种仿真软件常见的几种仿真软件PSPICE、ORCAD：通用的电子电路仿真软件，适合于元件级仿真。SYSTEM VIEW：系统级的电路动态仿真软件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。SIMULINK：是MATLAB附带的基于模型化图形组态的动态仿真环境。四、仿真技术的应用四、仿真技术的应用1、航空与航天工业2、电力工业3、原子能工业4、石油、化工及冶金工业5、非工程领域医学社会学宏观经济与商业策略的研究五、应用仿真技术的意义五、应用仿真技术的意义1、经

5、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六、仿真技术的发展趋势六、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

6、。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。第第1 1章章 MATLABMATLAB基础基础 MATLAB 语言的发展 MATLAB 语言的特点 MATLAB的工作环境1.1 MATLAB是什么是什么 MATLAB（ MATrix LABoratory）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。 首创者 Cleve Moler 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 John Little 等人成立了 The MathWorks 公司。 该公司于19

7、84年推出MATLAB，1988年3.0版，1992年4.0版， 1997年5.0版， 2000年6.0版， 2001年6.5版，最新版本为7.0版。The MATLAB的的5个部分个部分 Development Environment：This is the set of tools and facilities that help you use MATLAB functions and files. The MATLAB Mathematical Function Library. MATLAB Language Graphics： MATLAB has extensive facili

8、ties for displaying vectors and matrices as graphs, as well as annotating and printing these graphs. The MATLAB Application Program Interface (API)： This is a library that allows you to write C and Fortran programs that interact with MATLAB. 1.2 MATLAB语言的特点语言的特点矩阵运算演算纸式的计算语言，解释方式运行简单易用的作图函数函数丰富，可扩展性

9、强MATLAB特色举例特色举例例1：矩阵生成与运算金庸作品中的一个“数学问题”, 该问题用半数学语言描述就是：如何生成一个 3x3 矩阵, 并将自然数 1, 2, ., 9 分别置成这 9 个矩阵元素，才能使得每一行、每一列、且主、反对角线上元素相加都等于一个相同的数。A=magic(3) 如果想求出矩阵的行列式和特征值，可以用det(A) eig(A) 例例2 考虑一个二元函数，如何用三维图形的方式表现出这个曲考虑一个二元函数，如何用三维图形的方式表现出这个曲面？面？222222)1(31535)1(2)(10)1 ( 3yxyxxyxeeyxexz x,y = meshgrid(-3:1/

10、8:3);z =3*(1-x).2.*exp(-(x.2) - (y+1).2)- 10*(x/5 - x.3 - y.5). .*exp(-x.2-y.2)- 1/3*exp(-(x+1).2 - y.2);surf(x,y,z), shading interp; colorbar 例例3 微分方程的数值解法。微分方程的数值解法。著名的著名的 Lorenz 模型（蝴蝶效应）模型（蝴蝶效应）求解该微分方程，绘制出时间曲线与相空间曲线，如下所示。 t_final=100; x0=0;0;1e-10; t,x=ode45(lorenzeq,0,t_final,x0); plot(t,x), fig

11、ure; plot3(x(:,1),x(:,2),x(:,3); axis(10 40 -20 20 -20 20);描述微分方程： function xdot = lorenzeq(t,x)xdot=-8/3*x(1)+x(2)*x(3); -10*x(2)+10*x(3); -x(1)*x(2)+28*x(2)-x(3);MATLAB的几个的几个DEMOToolboxes control system interactive demos: rlcdemo RLC Circuit Response Demo. respdemo Model Analysis Commands Demo. ca

12、se studies: Heat exchange control DC motor control1.3 MATLAB的安装的安装参阅参阅Help的的MATLAB Installation Guide for Windowsv Personal License Password (PLP) v System Requirementsv Who: Specify your name, your company name, and your license information (PLP) v What: Select the products and documentation you wa

13、nt to installv Where: Choose the directory in which you want to install the MathWorks products Step 1: Start the InstallerStep 2: Enter Your Personal License Password (PLP)Step 3: Review the Software Licensing Agreement click YesStep 4: Enter Your Name and Company NameStep 5: Select the Products You Want to Install1.4 MATLAB的