控制系统CAD 第一章

1、控制系统数字仿真与CAD 仿真技术概述,林瑞全 教授 /博士 E-mail:876984938 ,CAD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。 从某种意义上说，CAD技术应用的深度和广度将标志一个国家科学成熟程度和技术发展水平。,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。,科研工作的基本方法,1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

2、析、计算及综合。,科研工作的基本方法,2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，测取系统响应来确定系统的性能。,科研工作的基本方法,2实验法：,实际系统,科研工作的基本方法,3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。,科研工作的基本方法,3仿真实验法：,数学模型,科研工作的基本方法,3仿真实验法：,虚拟模型,科研工作的基本方法,3仿真实验法：,实物模型,科研工作的基本方法,3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,科研工作的基本方法,4混合法：,解析法+实验法,工

3、程实例： 水轮发电机组,科研工作的基本方法,4 混合法：,工程实例： 水轮发电机组,科研工作的基本方法,5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。,科研工作的基本方法,5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,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：

4、 （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,基本步骤 包括三个基本的内容：建模 仿真实验 结果分析,实 际 系 统,检查修改,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,（3）仿真模型 指根据系统的数学模型，用

5、仿真语言转化为计算机可以实施的模型。,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。,仿真技术的应用,工程领域应用： 1 车辆肇事仿真 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,仿真技术及其重要性,仿真技术的应用,工程应用：,1车辆肇事仿真,仿

6、真技术及其重要性,仿真技术的应用,工程应用：,2飞行器设计,仿真技术及其重要性,仿真技术的应用,工程应用：,3联合仿真,仿真技术及其重要性,仿真技术的应用,工程应用：,4军事工程,常用的仿真软件,常用的工具软件（除MATLAB外）,ADAMS (Automatic Dynamic 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

7、、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-,常用的仿真软件,ANSYS （结构、热、流体、电磁和声学运用有限元分析软件） 1求解“热结构耦合”、“磁结构耦合”以及“电磁流体热耦合”等问题 2多种物理介质相互作用下的“动态性能” 3梯度显示、立体切片显示、图表/曲线显示 4网址：。,仿真技术的特点,仿真技术的特点：,经济 安全 快捷,本课程的主要内容,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）,