仿真的基本形式
汽车动力学仿真基础PPT课件
1.3、系统-三要素
实体 属性 活动
研究系统，就是研究系统状 态的变化，即研究系统的动 态特性和运动规律.
性能状态
系统状态
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1.4、系统-分类
描述特性
连续系统：微分方程，差分方程 离散事件系统：逻辑条件，流程图
可以用有限个变量描
物数理学参结性述数的构质物系系体统统和的(，用运称质动为心定线 集)集描中述常性 中和和 参时非 数变线 和性 分布参需时数考(物虑体刚的体扭内转部，运场动)
是系统的本质特征的数学表达式，即用数学公式来 描述所研究的系统的某一方面的规律
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静态模型 :一般形式是代数方程、逻辑工表程达动力关学系式。
系统动力学
动态模型 :
确定性模型
集中参数 :常微分、状态
方程
热传导
连续
分布参数 :偏微分方程
系统
动
随机模型
计算机采样系统
态
模
离散
型
系统
时间离散 采样控制系统：差分、离散状例-工厂经济管理系统
原料
采购部门
制造车间
装配车间
运输车间
成品
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1.3、系统-特点
➢
系统是实体的集合
➢
组成系统的实体具有一定的属性。属性指组成
系统的每一个实体所具有的全部有效特征（如
状态和参数等）。
➢
系统处于活动之中。活动是指实体随时间推移
而发生的属性变化。
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• 多体动力学模型：需要建模者给定各部件的详细特征、运动学约束和系统的拓扑结构， 然后由相应软件工具如：基于Kane 方法的SD/FAST，AUTOSIM，SYMBA；基于 Euler方法的SD/FAST，AUTOSIM，NASTRAN，SIMPACK；基于Lagrange 方法的 ADAMS，DADS，MEDYNA，MADYMD 等自动建立运动学方程。多体模型包含部 件较多，有些参数难以从试验中测量得到，因而不能从整体上保证系统的准确性；另外， 复杂的模型在计算机上求解时花费时间较长，而且一旦模型出错，很难准确查找。
优化-二阶系统的MATLAB仿真设计
优化-二阶系统的MATLAB仿真设计随着科技的发展和应用的需求，优化控制在控制系统设计中扮演着越来越重要的角色。
在现代控制理论中，二阶系统是常见的一种模型。
本文将介绍如何利用MATLAB进行二阶系统的仿真设计，并优化其性能。
1. 二阶系统的基本原理二阶系统是指由二阶微分方程描述的动态系统。
它通常包含一个二阶传递函数，形式为：G(s) = K / (s^2 + 2ζωn s + ωn^2)其中，K是增益，ζ是阻尼比，ωn是自然频率。
2. MATLAB仿真设计MATLAB是一种功能强大的工具，可用于系统仿真与优化。
以下是使用MATLAB进行二阶系统仿真设计的基本步骤：2.1. 创建模型首先，我们需要在MATLAB中创建二阶系统的模型。
可以使用`tf`函数或`zpk`函数来定义系统的传递函数。
s = tf('s');G = K / (s^2 + 2*zeta*wn*s + wn^2);2.2. 仿真分析通过对系统进行仿真分析，可以获得系统的时域响应和频域特性。
可以使用`step`函数进行阶跃响应分析，使用`bode`函数进行频率响应分析。
step(G);bode(G);2.3. 控制器设计根据系统的性能要求，设计合适的控制器来优化系统的性能。
可以使用PID控制器等不同类型的控制器来调节系统。
2.4. 优化系统利用MATLAB提供的优化工具，对系统进行参数调节和优化。
可以使用`fmincon`函数等进行系统优化。
2.5. 仿真验证通过对优化后的系统进行仿真验证，评估其性能是否达到预期。
可以再次使用`step`函数或`bode`函数来分析系统。
3. 总结通过MATLAB进行二阶系统的仿真设计，可以帮助工程师优化系统的性能。
本文介绍了MATLAB仿真设计的基本步骤，包括模型创建、仿真分析、控制器设计、系统优化和仿真验证。
希望本文能对相关研究和工作提供一些参考和帮助。
SIMULINK仿真基础
• 增益模块（Gain）与滑块增益模块（Slider Gain）：在输入信 号基础上乘以一个设定的数据，然后输出。
• 叉乘模块（Product）和叉除模块（Divide）、元素相乘 （Product of Elements）
• 点乘模块（Dot Product） • 符号函数（Sign）、绝对值模块（Abs）、取反模块（Unary
10、Sinks（信号接受模块组）
• 输出到工作空间模块( Out1)：用来反映整个系统的输出端，在系统 直接仿真时，这样的输出将自动在Matlab工作空间中生成变量。
• 终结模块（Terminator）：用来终结输出信号，在仿真时可以避免 由于某些模块的输出端无连接而导致的警告。
• 输出数据到文件模块（To File）：将模块输入的数据输出到.mat文 件当中
可变时间延迟模块（Variable Transport Delay）：输入信号 延时一个可变时间再输出
2、 Discrete（离散模块组）
• 单位延迟模块（Unit Delay）：一个采样周期的延时 • 积分延迟（Integer Delay）：对信号进行N步信号延迟 • 离散时间积分模块（Discrete-time Integrator）：离散信号
• 动态斜率限制模块（Rate Limiter Dynamic）：类似于斜率 限制模块，上下限可由外部信号确定。
4、Logic and Bit Operations（逻辑运算模块组）
• 逻辑运算模块（Logical Operator） • 关系运算符（Relational Operator） • 区间测试模块（Interval Test）和动态区间测试模块
MATLAB自动控制系统仿真simulink
目录1 绪论 (1)1.1 题目背景、研究意义 (1)1.2 国内外相关研究情况 (1)2 自动控制概述 (3)2.1 自动控制概念 (3)2.2 自动控制系统的分类 (4)2.3 对控制系统的性能要求 (5)2.4 典型环节 (6)3 MATLAB仿真软件的应用 (10)3.1 MATLAB的基本介绍 (10)3.2 MATLAB的仿真 (10)3.3 控制系统的动态仿真 (11)4 自动控制系统仿真 (14)4.1 直线一级倒立摆系统的建模及仿真 (14)4.1.1 系统组成 (14)4.1.2 模型的建立 (14)4.1.3 PID控制器的设计 (20)4.1.4 PID控制器MATLAB仿真 (22)4.2 三容水箱的建模及仿真 (24)4.2.1 建立三容水箱的数学模型 (24)4.2.2 系统校正 (25)总结 (28)致谢 (29)参考文献 (30)1 绪论1.1 题目背景、研究意义MATLAB语言是当今国际控制界最为流行的控制系统计算机辅助设计语言，它的出现为控制系统的计算机辅助分析和设计带来了全新的手段。
其中图形交互式的模型输入计算机仿真环境SIMULINK，为MATLAB应用的进一步推广起到了积极的推动作用。
现在，MATLAB语言已经风靡全世界，成为控制系统CAD领域最普及、也是最受欢迎的软件环境。
随着计算机技术的发展和应用，自动控制理论和技术在宇航、机器人控制、导弹制导及核动力等高新技术领域中的应用也愈来愈深入广泛。
不仅如此，自动控制技术的应用范围现在已扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域中，成为现代社会生活中不可缺少的一部分。
随着时代进步和人们生活水平的提高，在人类探知未来，认识和改造自然，建设高度文明和发达社会的活动中，自动控制理论和技术必将进一步发挥更加重要的作用。
作为一个工程技术人员，了解和掌握自动控制的有关知识是十分必要的。
自动控制技术的应用不仅使生产过程实现了自动化，极大地提高了劳动生产率，而且减轻了人的劳动强度。
整车仿真
2 车轮模块的定义
图6是ADVISOR中车轮模块系统结构图。左侧为模块的输入 端，包括变量1、2，分别对应右侧的两个输出量。模块中主要有两 条运算路线（这个特点在后面的模块中也很普遍），一条是根据下 级模块的需求运算得到上级模块的需求，即“需求路线”；另一条 是由上级模块发出的功率到下级模块得到的实际功率（“实际路 线”）。在需求路线中，模型从车轮所需的驱动力和转速通过牵引 力控制接口和轮胎滑移率模块计算传动系应提供的转矩和转速。在 实际路线中，传动系提供的转矩和转速通过前/后制动控制接口和轮 胎滑移率等模块计算出车轮获得的牵引力和线速度。
(2)加速度性能仿真 该功能可以仿真的车辆性能有: 车辆从某一初速度加速到 某一末速度（v0~v1）所需要的最短时间、某一时间段 内车辆行驶的最大距离、行使某一段距离（如0~400m） 所需要的最短时间、最大加速度和最大车速。 （3）爬坡能力仿真 在设定车辆速度、持续时间、质量和多能源动力系统等 参数后，软件可以仿真出车辆在给定速度下的爬坡能力。 （4）参数研究 该功能允许用户选择1~3个部件参数，在三维坐标图上 用不同的颜色代表不同的数值，并分析这些参数对车辆 的燃料经济性和有害气体排放等性能的影响。
（3）设计控制策略
ADVISOR提供了并联电辅助驱动式控制 策略（Parallel Electric Assist）、自适应控制 策略（Adaptive Control Srategy）、模糊逻辑 控制策略（Fuzzy Logic Strategy）和本田 insight控制策略等6种控制策略模块。用户还 可以通过在ADVISOR的Simulink模型中输入控 制策略模型或使用GUI修改控制参数来设计自 己的控制策略。
ADVISTOR ( Advanced Vehicle Simulator）是美国国家能源 可再生能源实验室（NREL）于1994年研制的使用于各种车辆 的计算机仿真程序。它是一种基于MATLAB/SIMULINK环境 的仿真软件，通过选择各种标准循环行驶工况或者用户自己设 定的行驶工况，对传统的整车、动力系统或零部件模型性 能进行仿真，例如整车的动力性，燃油经济性和排放性等。它 提供方便快捷的图形操作界面（GUI），而且它的软件源代码 完全开放（提供开放的.m和.mdl文件），用户可以调用或者修 改其内部提供的通用子模块，用来组装所需的汽车模型进行仿 真。
AD基本原理仿真
[1] 华光•电子技术基础（数字部分）（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2000:388—416.[2] 闫石.数字电子技术基础（第4版）[M].北京：高等教育出版社，1998：456—439[3] 余集成.电子测量检测——剖析双积分AD转换器：《技术讲座》DOI:10.16589/ 11-3571/t n.2008.0913[4] 石会.逐次逼近型ADC的电路分析：解放军理工大学通信工程学院南京210007《中国电子教育》2016年第4期⑸李云•超高速高精度并行ADC系统的设计与实现1008- 0570（2008）07- 20307- 03⑹高静姚素英徐江涛史再峰•高速并行10位模数转换电路的设计文章编号0493-2137 （2010）06-0498-064.进度安排AD基本原理仿真摘要：目前，科学技术进步突飞猛进，数字系统技术被广泛应用于生活的方方面面，数字系统相对于模拟系统，显示出了其巨大的优势。
然而，由于数字系统并不能够用于模拟信号的应用处理，仅能够用于数字信号的处理，但是，人们日常生活生产当中，很多物理量都是取值连续的模拟量，如压力，温度，流量，速度，距离等等。
我们可以通过传感器将这些取值连续的物理量变成幅值或者频率连续的电压量或者电流量。
然后在经过一个模数转换电路，将模拟量转换成易于处理的数字量。
编码、量化、保持以及抽样是吧模拟信号转换成数字信号的四大步骤。
抽样通常都在特定的抽样-保持来完成，量化编码则在模数转换器（ADC中完成。
根据不同的原理，ADC也有不同的分类。
压频变换型、并行比较型以及电容阵列逐次比较型都是比较常见的类型，而逐次渐进型（逐次比较型）、双积分型也是较为常见的一种。
文章对三种常见AD转换器的原理，比如双积分型、并行比较型以及逐次渐进型进行了重点研究。
根据其原理设计三种不同的AD转换器。
并且利用Multisim 对三种不同的结构进行仿真。
对这三种结构进行性能的分析。
系统仿真
1.2系统仿真的方法及意义1.2.1系统仿真概述系统仿真是指使用数字计算机设备来模拟或描述一个系统或过程的行为从而解决问题的一种技术。
系统仿真是设计出系统的可以计算的模型（模拟模型），并利用它在计算机上进行试验以了解系统行为或评估系统运用的各种策略的定量分析过程或技术。
仿真技术是集控制论、系统理论、相似原理、计算机技术于一体的综合性高科技。
虽然它才仅仅出现几十年，却在社会、经济、科学、军事、教育和企业管理等各个领域得到了广泛的应用。
据估计，在日本企业，用系统工程解决的事件管理与决策的问题中，有80%以上是通过系统仿真方法解决的。
在我国，目前也正在大力推广和普及，并已在交通运输、军事训练、地区发展规划、工业工程设计、人口问题研究等方面取得了丰硕的成果。
系统仿真如此蓬勃发展，一方面由于我们面临的各种实际系统往往都是包括变量随机因素的动态的复杂系统。
对这些系统很难采用传统方法建立数学模型，分析求解。
另一方面是由于系统仿真方法具有可控性、无破坏性、安全、不受外界条件的限制等优点，它能通过建立逼真的仿真模型和在计算机上反复的仿真试验，对复杂问题进行综合分析和比较，从而为科学决策提供可靠的依据。
随着计算机的引入又发展了数值计算仿真方法，由于计算机求解复杂系统的数学模型功能强，故现代主要采用计算机仿真。
计算机仿真是先将系统模型转变为仿真模型，然后计算机运行这仿真模型，这样就仿真了待研究系统的行为和它的特性。
物理仿真、计算机仿真以及数学—物理仿真都是在系统模型上进行研究，把它们统称为系统仿真。
1.2.2系统仿真分类统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分按一定规律组合成的具有特定功能的有机整体。
一个系统是指自然界存在着的相互联系、相互作用、相互制约，并且按一定规律运动着的实体组合。
作为一个系统，它具有特定的功能和特性:(1)系统具有整体性(2)系统具有相关性。
模型就是真系统的结构和行为的一种描述形式。
凡是以某种方法从真实系统转换而来的形态，都可以称为该系统的模型。
[转载]系统、模型和仿真
![[转载]系统、模型和仿真](https://img.taocdn.com/s3/m/a8c929ffafaad1f34693daef5ef7ba0d4a736d7a.png)
[转载]系统、模型和仿真⼈类在认识世界与改造世界的活动中所⾯对的对象便可称为系统。
为了了解现实世界的系统或设想的未来系统随着时间变化的⾏为，先开发⼀个模型，等模型通过有效性验证后，以该模型来代替该系统，就可以⽤于解答现实世界系统各种各样的“如果······就会······”的问题了，这就是系统建模与仿真。
为此，下⾯先对系统、模型与仿真这三个基本概念加以说明。
1.系统是⼀些实体按照某些规律结合起来，互相作⽤、互相依存的集合。
举个例⼦，可以把餐馆定义为⼀个系统，该系统有服务员和顾客。
顾客按照某种规律到达，服务员根据顾客的要求按⼀定的程度为其服务，服务完毕后顾客离去。
在该系统中，顾客和服务员互相作⽤，顾客到达模式影响着服务员的⼯作忙闲状态和餐馆预定状态，服务员的多少服务效率⾼低也影响着顾客接受服务的质量。
在定义⼀个系统时，⾸先要确定系统的边界。
尽管世界上的事物是互相联系的，但当我们研究某⼀对象时，总是要将该对象与环境区别开来。
边界确定了系统的范围，边界以外对系统的作⽤称为系统的输⼊，系统对边界以外的环境的作⽤称为系统的输出。
尽管世界上的系统千差万别，但⼈们总结出了描述系统的“三要素”，即实体、属性、活动。
实体确定了系统的构成，也就确定了系统的边界；属性也称描述变量，描述了每⼀实体的特征，其中系统的状态对实体描述来说是必需的；活动定义了系统内部实体之间的互相作⽤，从⽽确定了系统内部发⽣变化的过程。
系统可以被划分为离散的和连续的两类。
“连续系统”是指状态变量随时间连续改变的系统，“离散系统”是指状态变量只在某个离散时间点集合上发⽣变化的系统。
实际上很少有系统是完全离散的或者完全连续的，但对于⼤多数系统来说，由于某⼀类型的变化占据主导地位，因此会有可能将系统划分为离散的或连续的。
2.模型在⼀般意义上，模型是⼀种替代，⽤于代表原对象以便得到更好的定义，从应⽤的⾓度，模型不是原对象的复制，⽽是根据不同的使⽤⽬的，选取原对象的若⼲⽅⾯进⾏抽象和简化。
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仿真的基本形式
仿真是利用计算机技术来模拟现实世界或虚拟世界中的事件或过程的过程。
它的基本形式有以下几种：
1. 离散事件仿真：离散事件仿真是一种基于离散时间步的仿真技术，适用于模拟离散事件系统，如调度系统、生产线、运输系统等。
该技术将时间分成离散的时间步，每个时间步中模拟系统状态的改变和事件的发生。
2. 连续仿真：连续仿真是一种基于连续时间的仿真技术，适用于模拟连续系统，如物理系统、气候系统、经济系统等。
该技术将时间看作一个连续的变量，根据系统的物理特性和方程式模拟系统状态的变化。
3. 混合仿真：混合仿真是将离散事件仿真和连续仿真相结合的一种仿真技术，适用于模拟同时包含离散事件和连续过程的系统，如交通系统、军事系统等。
该技术将时间分为离散事件和连续时间两部分，同时考虑系统中的离散事件和连续过程，模拟系统状态的变化。
4. 随机仿真：随机仿真是一种基于随机过程的仿真技术，适用于模拟存在随机因素的系统，如金融系统、风险评估等。
该技术采用随机变量模拟系统中的随机因素对系统状态的影响。
总之，仿真技术的不同形式都是为了更好地模拟不同类型的系统和过程，以便更好地预测、分析和优化系统性能。