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在現(xiàn)代自動化項目的方案設(shè)計中，系統(tǒng)仿真已成為一個重要的設(shè)計環(huán)節(jié)。所謂仿真，就是通過某種方法，建立能描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或行為過程的仿真模型，并據(jù)此進行試驗或定量分析，以獲得正確決策所需的各種信息。仿真技術(shù)的使用，可以大大縮短系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)和調(diào)試周期，節(jié)省原料，降低成本，為使用者帶來巨大的經(jīng)濟效益。尤其當所研究的系統(tǒng)造價昂貴、實驗的危險性大或需要很長時間才能了解系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)的影響的時候，仿真是一種特別有效的研究手段。仿真過程有兩個主要步驟建立仿真模型和進行仿真實驗，其中仿真模型的建立是極其關(guān)鍵的一步，仿真模型的類型決定了仿真的類型，同時也決定了所使用的仿真工具。

仿真模型概括來說有兩個種類物理模型和數(shù)學(xué)模型，相應(yīng)的仿真類型就是物理仿真和數(shù)學(xué)仿真。物理仿真中使用的物理模型，是用幾何相似或物理類比的方法建立的，可以描述系統(tǒng)的內(nèi)部特性，也可以描述實驗所必需的環(huán)境條件，是一種實體模型。數(shù)學(xué)仿真中使用的數(shù)學(xué)模型，是根據(jù)各種原理及定律如力學(xué)定律、電磁方程等得出的數(shù)學(xué)方程，用來描述系統(tǒng)的各種狀態(tài)及運行特性。兩者相比，物理仿真具有較強的針對性，而數(shù)學(xué)仿真則通用性更強，應(yīng)用更為廣泛。本章的仿真特指數(shù)學(xué)仿真，所使用的仿真工具為計算機及仿真軟件。自動控制中常用的仿真軟件是MATLAB/Simulink，其非常實用的一個功能就是Simulink模型C代碼生成，這個功能可以為工程師節(jié)省大量的開發(fā)及調(diào)試時間。

與控制軟件平臺實現(xiàn)無縫對接的MATLAB/Simulink

MATLAB是美國MathWorks公司推出的一款軟件，主要面對科學(xué)計算、可視化以及交互式程序設(shè)計。從名字來看，MATLAB是Matrix Laboratory(矩陣實驗室)的縮寫，它最初主要用于矩陣運算，其基本數(shù)據(jù)元素是沒有維數(shù)限制的矩陣。因此，其最大特點就是具有強大的矩陣運算能力，這使得用戶可以解決許多工程技術(shù)上的問題，特別是那些包含了矩陣和向量公式的計算。在工業(yè)界，它是一個高效研究、開發(fā)和分析的工具。隨著科技的發(fā)展，許多youxiu的工程師不斷地對MATLAB進行了完善，使其從一個簡單的矩陣分析軟件逐漸發(fā)展成為一個具有極高通用性，并帶有眾多實用工具的運算操作平臺。

MATLAB的一個重要特色就是它有一套程序擴展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱(toolbox)的特殊應(yīng)用子程序。工具箱是MATLAB函數(shù)的子程序庫，每一個工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而制定的。例如，包括信號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。

MATLAB工作環(huán)境如圖6.1°所示。主要包括菜單、工具欄、當前路徑、命令窗口、歷史命令窗口、工作空間和開始菜單。具體功能及實用方法的參考文獻很多，本書不再贅述。

圖6.1 MATLB工作環(huán)境

Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，它提供了一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。該環(huán)境支持連續(xù)采樣時間、離散采樣時間建模，還提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI)，用戶無須大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)，并且可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，基于以上優(yōu)點，Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計中。

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