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在現代自動(dòng)化項目的方案設計中，系統仿真已成為一個(gè)重要的設計環(huán)節。所謂仿真，就是通過(guò)某種方法，建立能描述系統結構或行為過(guò)程的仿真模型，并據此進(jìn)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，可以大大縮短系統的設計、開(kāi)發(fā)和調試周期，節省原料，降低成本，為使用者帶來(lái)巨大的經(jīng)濟效益。尤其當所研究的系統造價(jià)昂貴、實(shí)驗的危險性大或需要很長(cháng)時(shí)間才能了解系統參數對系統的影響的時(shí)候，仿真是一種特別有效的研究手段。仿真過(guò)程有兩個(gè)主要步驟建立仿真模型和進(jìn)行仿真實(shí)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(lèi)型決定了仿真的類(lèi)型，也決定了所使用的仿真工具。

仿真模型概括來(lái)說(shuō)有兩個(gè)種類(lèi)物理模型和數學(xué)模型，相應的仿真類(lèi)型就是物理仿真和數學(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(lèi)比的方法建立的，可以描述系統的內部特性，也可以描述實(shí)驗所必需的環(huán)境條件，是一種實(shí)體模型。數學(xué)仿真中使用的數學(xué)模型，是根據各種原理及定律如力學(xué)定律、電磁方程等得出的數學(xué)方程，用來(lái)描述系統的各種狀態(tài)及運行特性。兩者相比，物理仿真具有較強的針對性，而數學(xué)仿真則通用性更強，應用更為廣泛。本章的仿真特指數學(xué)仿真，所使用的仿真工具為計算機及仿真軟件。自動(dòng)控制中常用的仿真軟件是MATLAB/Simulink，其非常實(shí)用的一個(gè)功能就是Simulink模型C代碼生成，這個(gè)功能可以為工程師節省大量的開(kāi)發(fā)及調試時(shí)間。

與控制軟件平臺實(shí)現無(wú)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計。從名字來(lái)看，MATLAB是Matrix Laboratory(矩陣實(shí)驗室)的縮寫(xiě)，它最初主要用于矩陣運算，其基本數據元素是沒(méi)有維數限制的矩陣。其最大特點(diǎn)就是具有強大的矩陣運算能力，這使得用戶(hù)可以解決許多工程技術(shù)上的問(wèn)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(gè)高效研究、開(kāi)發(fā)和分析的工具。隨著(zhù)科技的發(fā)展，許多youxiu的工程師不斷地對MATLAB進(jìn)行了完善，使其從一個(gè)簡(jiǎn)單的矩陣分析軟件逐漸發(fā)展成為一個(gè)具有極高通用性，并帶有眾多實(shí)用工具的運算操作平臺。

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

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(kāi)始菜單。具體功能及實(shí)用方法的參考文獻很多，本書(shū)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(gè)動(dòng)態(tài)系統建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。該環(huán)境支持連續采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間建模，還提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶(hù)接口(GUI)，用戶(hù)無(wú)須大量書(shū)寫(xiě)程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀(guān)的鼠標操作，就可構造出復雜的系統，并且可以立即看到系統的仿真結果。Simulink具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，基于以上優(yōu)點(diǎn)，Simulink已被廣泛應用于控制理論和數字信號處理的復雜仿真和設計中。

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