換熱器復(fù)合控制--

1、西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書成績(jī)課程設(shè)計(jì)名稱：過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)題目：換熱器前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：唐梓晞專業(yè)：電氣工程與自動(dòng)化學(xué)號(hào)： 312011080608320指導(dǎo)教師： 侯思穎日期： 年 月 日i西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書換熱器前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：使熱量從熱流體傳遞到冷流體的設(shè)備稱為換熱設(shè)備。換熱設(shè)備廣泛應(yīng)用于 煉油、化工、輕工、制藥、機(jī)械、食品、加工、動(dòng)力以及原子能工業(yè)部門當(dāng)中。 隨著時(shí)代的發(fā)展進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)對(duì)設(shè)備的要求的提高，單回路的已經(jīng)不能滿足社 會(huì)發(fā)展的需求。本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)3種方案的比較，選擇最優(yōu)的復(fù)合控制系統(tǒng)，前饋 反饋復(fù)合控制系統(tǒng)綜合了反饋控制和前饋控

2、制的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了它們的缺點(diǎn)， 因而前饋一一反饋復(fù)合控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。接著對(duì)選擇的方案進(jìn)行具體 設(shè)計(jì)。最后給出此方案的參數(shù)整定結(jié)果。關(guān)鍵詞：換熱器控制系統(tǒng)參數(shù)整定abstract: the heat from hot to cold fluid fluid transfer device calleda heat exchange equipment. heat exchanger is widely used in oil refining, chemical industry, lightindustry, machinery, pharmaceutical, food,proces

3、sing, power and atomic energy industry sector. with the development of times and progress,requirements for equipment in industrialproduction increased, the single loop has been unable to meet the needs of social development. through the comparison of the 3 schemes for the design, selection of optima

4、l hybrid control system, feedforward feedback compound control system - combination of feedback controller and feedforward control, makeup for their disadvantages, so the feedforward feedback control system - composite has been widely used. then the selection schemefor the specific design. finally,

5、the schemeof parameter tuning results.keywords: heat exchanger control system parameter setting31前言12總體設(shè)計(jì)方案22.1 控制方案的論證22.1.1 方案一：反饋控制系統(tǒng) 22.1.2 前饋控制系統(tǒng)32.1.3 前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng) 32.2 控制系統(tǒng)的方案比較42.3 控制系統(tǒng)方案的選擇 53換熱器前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng) 63.1 前饋-反饋復(fù)合控制分析63.2 換熱器前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 73.2.1 調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)，氣關(guān)方式的選擇 73.2.2 調(diào)節(jié)器的正反作用選擇74換熱器前饋-

6、反饋復(fù)合控制系統(tǒng)的參數(shù)整定 94.1 調(diào)節(jié)器分析94.2 復(fù)合控制系統(tǒng)整定方法 104.2.1 前饋-反饋控制系統(tǒng)整定方法介紹 104.2.2 廣義頻率特性法104.2.3 衰減曲線法104.3 參數(shù)整定工具114.3.1 matlab軟件的簡(jiǎn)要知識(shí)簡(jiǎn)介 114.3.2 simulink 的使用135系統(tǒng)仿真圖136設(shè)計(jì)總結(jié)17西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書1前言換熱器作為工藝過(guò)程中必不可少的單元設(shè)備，廣泛地應(yīng)用于石油、化工、動(dòng)力、輕工、機(jī)械、冶金、交通、制藥等工程領(lǐng)域中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)代石油化工企 業(yè)中換熱器投資約占裝置建設(shè)總投資的 30%40%在合成氨廠中,換熱器約占全 部設(shè)備總臺(tái)數(shù)40%由此可見(jiàn)，

7、換熱器對(duì)整個(gè)企業(yè)的建設(shè)投資及經(jīng)濟(jì)效益有著重 要的影響。化工生產(chǎn)中所指的換熱器，常指間壁式換熱器，它利用金屬壁將冷、 熱兩種流體間隔開(kāi)，熱流體將熱傳到避面的一側(cè)（對(duì)流傳熱），通過(guò)問(wèn)壁內(nèi)的熱傳導(dǎo)，再由間壁的另一側(cè)將熱傳遞給冷流體， 從而使熱物流被冷卻，冷物流被加 熱，滿足化工生產(chǎn)中對(duì)冷物流或熱物流溫度的控制要求。本設(shè)計(jì)的要求首先設(shè)計(jì) 合理的前饋控制系統(tǒng)，再選擇閥門的氣開(kāi)，氣關(guān)類型，調(diào)節(jié)器的正反作用，進(jìn)行 調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定。并且與單回路控制系統(tǒng)作比較，得出結(jié)論。最后在系統(tǒng)動(dòng)態(tài) simulink搭建仿真圖，得出相應(yīng)的結(jié)論。162總體設(shè)計(jì)方案2.1 控制方案的論證閉環(huán)控制有反饋環(huán)節(jié)，從輸出量變化取出控制

8、信號(hào)作為比較量反饋給輸入端 控制輸入量，一般這個(gè)取出量和輸入量相位相反， 所以叫負(fù)反饋控制。通過(guò)反饋 系統(tǒng)使系統(tǒng)的精確度提高，響應(yīng)時(shí)間縮短，適合于對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，穩(wěn)定性要求 高的系統(tǒng)。自動(dòng)控制通常是閉環(huán)控制，而閉環(huán)控制又包含有單回路控制和復(fù)合控 制等。2.1.1 方案一：反饋控制系統(tǒng)熱交換器及其溫度反饋控制系統(tǒng)，加熱蒸汽通過(guò)熱交換器，將熱量傳給排 管內(nèi)流過(guò)的被加熱物料。物料的出口溫度y (t)為被控參數(shù)，用蒸汽管路上的調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。引起物料出口溫度變化的干擾有冷物料的流量f (t)與入口溫度q1,蒸汽壓力ph等。a) 控制系統(tǒng)流程圖尸一，b) 控制系統(tǒng)框圖2.1.2 前饋控制系統(tǒng)若主要的干

9、擾是冷物料的的流量f (t),其實(shí)干擾基本不變時(shí)?？刹捎们梆?控制系統(tǒng)，直接根據(jù)冷物料流量 f (t)的變化，通過(guò)一個(gè)前饋控制器 fc直接 控制調(diào)節(jié)閥。這樣，可以在物料出口溫度變化之前，及時(shí)對(duì)流量f 這一主要干擾進(jìn)行補(bǔ)償，即前饋控制。b)控制系統(tǒng)框圖2.1.3 前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)當(dāng)冷物料流量f (s)發(fā)生變化時(shí)，前饋控制器gb (s)及時(shí)發(fā)出控制指 令，補(bǔ)償冷物料流量f (s)變化對(duì)換熱器出口溫度y (s)的影響；而冷物料溫 度q1 (s)、蒸汽壓力ph (s)等擾動(dòng)對(duì)物料出口溫度 y (s)的影響，則由反饋控制器gc (s)來(lái)克服a)控制系統(tǒng)流程圖冷誑水b)控制系統(tǒng)框圖2.2 控制系統(tǒng)的

10、方案比較方案一反饋系統(tǒng)是按偏差進(jìn)行控制來(lái)消除偏差的。被控量直接可測(cè)，調(diào)節(jié)器 隨著偏差的出現(xiàn)才開(kāi)始動(dòng)作。閉環(huán)調(diào)節(jié)，存在穩(wěn)定性的問(wèn)題，系統(tǒng)可感受所有影 響輸出的擾動(dòng)，可消除反饋環(huán)之內(nèi)各種擾動(dòng)的干擾， 不能保證系統(tǒng)有較高的控制 質(zhì)量。方案二前饋控制的特點(diǎn)是擾動(dòng)補(bǔ)償。在擾動(dòng)還未影響輸出以前，直接改變操作變量，以使輸出不受或少受外部擾動(dòng)的影響， 前饋控制在實(shí)際工業(yè)過(guò)程中的干 擾很多，不可能對(duì)每個(gè)干擾設(shè)計(jì)一套獨(dú)立的檢測(cè)裝置和前饋控制器，而補(bǔ)償結(jié)果沒(méi)有檢測(cè)手段，受前饋控制模型精度限制。方案三是把前饋控制和反饋控制結(jié)合起來(lái)的，(1)系統(tǒng)綜合了反饋控制和前饋 控制的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了它們的缺點(diǎn)，因而前饋一一反饋復(fù)合控

11、制系統(tǒng)得到了廣泛的(2)引入前饋補(bǔ)償沒(méi)有影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性；引入反饋控制后，前饋控制中的完全補(bǔ)償條件并沒(méi)有改變2.3 控制系統(tǒng)方案的選擇與方案一，二相比方案三一方面利用前饋控制及時(shí)有效的特點(diǎn)，減少主要 干擾對(duì)被控參數(shù)的影響；前饋控制的作用是對(duì)主要的擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行完全補(bǔ)償，可 以針對(duì)主要的擾動(dòng)信號(hào)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的前饋控制器；另一方面，引入反饋控制，是 為了使系統(tǒng)能克服所有擾動(dòng)信號(hào)對(duì)被調(diào)量產(chǎn)生的影響；因?yàn)槌艘阎闹饕臄_ 動(dòng)信號(hào)以外，系統(tǒng)中還存在其它的擾動(dòng)信號(hào)，這些擾動(dòng)信號(hào)對(duì)被調(diào)量的影響比較 小，有的是我們能夠考慮到的，有的我們根本就考慮不到或無(wú)法測(cè)量， 都通過(guò)反 饋控制加以克服，利用反饋控制抑制各種干

12、擾的優(yōu)勢(shì)，克服了其他干擾的影響， 使被控參數(shù)穩(wěn)定在設(shè)定值上，保證了控制系統(tǒng)有較高的控制質(zhì)量，同時(shí)也降低了 對(duì)前饋控制器的要求，便于工程上的實(shí)現(xiàn)。綜上所述，本設(shè)計(jì)選擇方案三的前饋 -反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。3換熱器前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)3.1 前饋-反饋復(fù)合控制分析前饋一一反饋復(fù)合控制系統(tǒng)：系統(tǒng)中既有針對(duì)主要擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那梆?控制，又存在對(duì)被調(diào)量采用反饋控制以克服其它的擾動(dòng)信號(hào)，這樣的控制系統(tǒng)就是前饋一一反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。工程實(shí)際中，為了克服單純前饋控制的局限性， 獲得良好的控制品質(zhì)，產(chǎn)生 了前饋-反饋控制系統(tǒng)，即在反饋控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上附加一個(gè)或者幾個(gè)主要擾動(dòng) 的前饋控制，又稱復(fù)合控制。這樣，依

13、靠反饋控制來(lái)使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)能準(zhǔn)確的使被 調(diào)量等于給定值，而在動(dòng)態(tài)過(guò)程中則利用前饋控制有效的減少被調(diào)量的動(dòng)態(tài)偏 差。所以，相對(duì)于單純的前饋控制和反饋控制，復(fù)合控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)前饋控制與反饋控制組合使用，有利于對(duì)主要干擾進(jìn)行前饋補(bǔ)償和對(duì)其他干擾進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，保證控制精度。2)由于增加了反饋回路，降低了對(duì)前饋控制的精度要求，有利于簡(jiǎn)化前 饋控制的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。3)在單純的反饋控制系統(tǒng)中，提高控制精度與系統(tǒng)穩(wěn)定性是一對(duì)矛盾， 往往為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性而無(wú)法實(shí)現(xiàn)高精度的控制。而前饋 -反饋控制 系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)高精度控制，又能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，因而在一定程度 上解決了穩(wěn)定性與控制精度之間的矛盾。在前饋-反饋

14、復(fù)合控制系統(tǒng)中，設(shè)定值 x(s),干擾f (s)對(duì)輸出y (s)的影 響為 y(s) = gc (s) gv (s) go (s) x (s) /1 + gc (s) gv (s) go (s) + gf(s) +g0(s)gv (s) gib (s) gm(s) f(s) /1 + gc (s) gv (s) go (s)要前饋補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾y(s)的完全補(bǔ)償，上式的第二項(xiàng)應(yīng)當(dāng)為零，則有： gf(s) + go(s)gv(s)gb(s)gm(s) = 0 即 gib (s) = gf (s) / gc (s) gv(s) gm(s )3.2換熱器前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1 調(diào)節(jié)閥的

15、氣開(kāi)，氣關(guān)方式的選擇氣開(kāi)、氣關(guān)的選擇原則是：從工藝生產(chǎn)安全考慮，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障、信號(hào)中斷時(shí)，調(diào)節(jié)閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)應(yīng)能保證工藝設(shè)備和操作人員的安全。如果控制信號(hào)中斷時(shí)，閥處于打開(kāi)位置危害性小，則應(yīng)選用氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥；反之，若閥處于 關(guān)閉位置時(shí)危害性小，則應(yīng)選用氣開(kāi)閥。在復(fù)合控制系統(tǒng)中，從生產(chǎn)工藝安全出發(fā)，蒸汽調(diào)節(jié)閥應(yīng)選用氣開(kāi)式，即一 旦出現(xiàn)故障或氣源斷氣，調(diào)節(jié)閥應(yīng)完全關(guān)閉，切斷燃料油進(jìn)入加熱爐，確保設(shè)備 的安全。3.2.2 調(diào)節(jié)器的正反作用選擇調(diào)節(jié)器的輸出決定于被控參數(shù)的測(cè)量值與設(shè)定值之差，被控參數(shù)的測(cè)量值與設(shè)定值變化，對(duì)輸出的作用方向是相反的。當(dāng)設(shè)定值不變時(shí)隨著測(cè)量值的增 加，調(diào)節(jié)器的輸出也增加，

16、則稱為正作用方式；同樣，當(dāng)測(cè)量值增加，或設(shè)定值 減小時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出減小，則為反作用方式。對(duì)于如何確定調(diào)節(jié)器的正反作用我簡(jiǎn)略的歸納為一下三點(diǎn)：(1)根據(jù)工藝確定調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式。確定對(duì)象的正負(fù)特性：當(dāng)控制量增加，被控參數(shù)隨之增加則為“+”，反之為-。(2)根據(jù)負(fù)反饋原則，確定調(diào)節(jié)器的正反作用：執(zhí)行器(+ -) *對(duì)象(+ -)*調(diào) 節(jié)器(+ _)=由上面的原則可以確定加換熱器主副調(diào)節(jié)器的正反作用。對(duì)于副調(diào)節(jié)器，當(dāng)換熱器溫度升高時(shí)，測(cè)量信號(hào)增大故為“ +”，由于調(diào)節(jié)閥為氣開(kāi)式也為“ +”, 為保證副回路為負(fù)反饋，故副調(diào)節(jié)器應(yīng)為“-，反作用方式。(3)對(duì)于主調(diào)節(jié)器，當(dāng)被加熱物料出口溫度增加，物

17、料出口溫度也增加故為 “+”，為滿足負(fù)反饋，主調(diào)節(jié)器也為反作用方式。3.2.3 控制規(guī)律的選擇對(duì)于pi調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以歸納以下幾點(diǎn)：1) 采用pi調(diào)節(jié)的能消除被調(diào)量的靜態(tài)偏差，達(dá)到無(wú)靜差調(diào)節(jié) 的目的，這是此類調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)。2) 如果按調(diào)節(jié)器上設(shè)置的&和 ti調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以用&來(lái)調(diào)整主要的振蕩成分的衰減率，是調(diào)整主要非周期成分的衰減速 度。根據(jù)pi調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律和調(diào)節(jié)過(guò)程的特點(diǎn)，在進(jìn)行換熱器復(fù)合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就利用pi調(diào)節(jié)器的這幾個(gè)特點(diǎn)，所以在系統(tǒng)的反饋通道中采用 pi調(diào) 節(jié)器。4換熱器前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)的參數(shù)整定前饋-反饋控制系統(tǒng)中有兩個(gè)調(diào)節(jié)器，整定原則是反饋反饋回路前饋通道 要分別整

18、定。4.1 調(diào)節(jié)器分析1前饋調(diào)節(jié)器整定在整定前饋裝置時(shí)，不考慮反饋控制所引起的穩(wěn)定性問(wèn)題，只考慮利用前 饋?zhàn)饔脕?lái)直接抵消干擾的影響，而使被調(diào)量不變化。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中并不嚴(yán)格要 求把擾動(dòng)作用的影響全部抵消，只要求剩余的擾動(dòng)作用對(duì)被調(diào)量的影響不要太 大，而且在前饋-反饋系統(tǒng)中，由于已經(jīng)有了反饋控制作用，故加入前饋?zhàn)饔玫?目的是進(jìn)一步減小被調(diào)量的動(dòng)態(tài)偏差。 因此，可以粗略的求出gb(s)的近似值， 一般只用比例環(huán)節(jié)或一階環(huán)節(jié)，既便于實(shí)現(xiàn)又能顯著的減少被調(diào)量的動(dòng)態(tài)偏差。 2反饋調(diào)節(jié)器整定在整定復(fù)合控制系統(tǒng)中的反饋回路時(shí)， 就是對(duì)由反饋調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)，控 制通道的傳遞函數(shù)組成的閉合回路，按單回路系統(tǒng)的

19、整定方法來(lái)調(diào)節(jié)反饋調(diào)節(jié)器 的傳遞函數(shù)的整定參數(shù)，以使閉合回路有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性裕量， 而不必考慮前饋部 分。由于被調(diào)量的動(dòng)態(tài)偏差已由前饋控制作用大為減少，因此，在整定反饋回路時(shí)就可以適當(dāng)?shù)靥岣呦到y(tǒng)的穩(wěn)定性裕量，以減少調(diào)節(jié)過(guò)程的震蕩傾向。總而言之，在前饋-反饋控制系統(tǒng)中，由于有了反饋控制來(lái)保證被調(diào)量最終 等于給定值，可降低前饋控制要求，使前饋調(diào)節(jié)器可以選用比較簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)特性 和結(jié)構(gòu)形式；另一方面，由于有了前饋來(lái)抵消某些主要擾動(dòng)， 使被調(diào)量不至于出 現(xiàn)過(guò)大的動(dòng)態(tài)偏差，因此反饋控制可以較慢地進(jìn)行。4.2 復(fù)合控制系統(tǒng)整定方法4.2.1 前饋-反饋控制系統(tǒng)整定方法介紹前饋-反饋復(fù)合回路中調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的方

20、法很多，歸納起來(lái)可以分為兩大類：理論計(jì)算整定法和工程整定法。 理論計(jì)算法就是廣義頻率特性法； 工程整定 方法包括臨界比例帶法，衰減曲線法，經(jīng)驗(yàn)法和動(dòng)態(tài)參數(shù)法，因?yàn)楹髢烧叩墓ぷ?量比較大，運(yùn)算比較復(fù)雜，一般不用這兩種方法來(lái)整定參數(shù)。 下面我們簡(jiǎn)單介紹 一下廣義頻率特性法和衰減曲線法。4.2.2 廣義頻率特性法廣義頻率特性法是通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)，使控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性 變成具有規(guī)定相對(duì)穩(wěn)定度的衰減頻率特性，從而使閉環(huán)系統(tǒng)響應(yīng)滿足規(guī)定衰減率 的一種參數(shù)整定方法。用廣義頻率特性法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)，就是再已知廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)吼，計(jì) 算出具有規(guī)定的衰減率下調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)值。利用廣義頻率特性法計(jì)算

21、調(diào)節(jié)器 參數(shù)，其前提是獲得對(duì)象的傳遞函數(shù)，另外，該方法計(jì)算工作量大，因此常用工 程整定方法加以實(shí)現(xiàn)。4.2.3 衰減曲線法衰減曲線法是在總結(jié)臨界比例帶法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的， 它是利用比例作用下 產(chǎn)生的4:1衰減振蕩過(guò)程時(shí)調(diào)節(jié)比例帶，即過(guò)程衰減周期時(shí)間 t,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。衰減曲線法的具體步驟1）置調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間ti到無(wú)窮大，微分時(shí)間td到0,比例帶為稍大的 值；將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行2）在系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)后作階躍擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)觀察控 制過(guò)程。如果過(guò)度過(guò)程衰減率大于 0.75,應(yīng)逐步減小比例帶值，并再次實(shí)驗(yàn)， 直到過(guò)渡過(guò)程曲線出現(xiàn)4: 1的衰減過(guò)程。3）按計(jì)算結(jié)果設(shè)置好調(diào)節(jié)器的各

22、個(gè)參數(shù)，作階躍擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過(guò)程,適當(dāng)修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，到滿意為止。與臨界比例帶法一樣，衰減曲線法也利用了 比例作用下的調(diào)節(jié)過(guò)程。4.3 參數(shù)整定工具本次設(shè)計(jì)使用的工具是matlab勺simulink組件。4.3.1 matlab軟件的簡(jiǎn)要知識(shí)簡(jiǎn)介控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真是一門涉及到控制理論，計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù) 的綜合性新型學(xué)科。這門學(xué)科的產(chǎn)生和發(fā)展差不多是與計(jì)算機(jī)的發(fā)明及發(fā)展同步 進(jìn)行的。計(jì)算機(jī)仿真是用來(lái)幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)的一種新技術(shù)。它包含控制系統(tǒng)分析，綜合，設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)等多方面的計(jì)算機(jī)處理。計(jì)算機(jī)仿真基于計(jì)算機(jī)的高 速而精確的運(yùn)算，以實(shí)現(xiàn)各種功能。matlab1美國(guó)mathworks公

23、司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù) 可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括 matlabs simulink兩大部分。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及 非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境 中，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。matla口 mathematica、maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng) 用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。 matlab可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù) 據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連 matlab開(kāi)發(fā)工作界面接其他編程語(yǔ)言的 程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊

24、、圖像處理、信號(hào)檢 測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 matlab力以下六個(gè)特點(diǎn)：1 .編程效率高。用matla編寫程序猶如在演算紙上排列出公式與求解問(wèn)題， matlab言也可通俗地稱為演算紙式的科學(xué)算法語(yǔ)言。由于它編寫簡(jiǎn)單，所以 編程效率高，易學(xué)易懂。2 .用戶使用方便。matla酷言把編輯、編譯、連接和執(zhí)行融為一體，其調(diào) 試程序手段豐富，調(diào)試速度快 ，需要學(xué)習(xí)時(shí)間少。它能在同一畫面上進(jìn)行靈活操作快速排除輸入程序中的書寫錯(cuò)誤、語(yǔ)法錯(cuò)誤以至語(yǔ)意錯(cuò)誤，從而加快了用戶編寫、修改和調(diào)試程序的速度，可以說(shuō)在編程和調(diào)試過(guò)程中它是一種比vb還要簡(jiǎn)單的語(yǔ)言。3 .擴(kuò)充能力強(qiáng)。高版本的matlabg言有豐富的庫(kù)

25、函數(shù)，在進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué) 運(yùn)算時(shí)可以直接調(diào)用，而且 matlab勺庫(kù)函數(shù)同用戶文件在形成上一樣，所以用戶文件也可作為matlab勺庫(kù)函數(shù)來(lái)調(diào)用。因而，用戶可以根據(jù)自己的需要方便 地建立和擴(kuò)充新的庫(kù)函數(shù)，以便提高 matla眺用效率和擴(kuò)充它的功能。4 .語(yǔ)句簡(jiǎn)單，內(nèi)涵豐富。matlab言中最基本最重要的成分是函數(shù)，其一 般形式為（a , 6, c尸fun （d, e , f,），即一個(gè)函數(shù)由函數(shù)名，輸入變量 d, e, f,和輸出變量a, b, c -.組成，同一函數(shù)名f,不同數(shù)目的輸入變量 （包括無(wú)輸入變量）及不同數(shù)目的輸出變量，代表著不同的含義。這不僅使matlab勺庫(kù)函數(shù)功能更豐富，而大大減

26、少了需要的磁盤空間，使得matlab的m文件簡(jiǎn)單、短小而高效。5 .高效方便的矩陣和數(shù)組運(yùn)算。 matlab言像basic、fortran和c語(yǔ)言一樣規(guī)定了矩陣的一系列運(yùn)算符， 它不需定義數(shù)組的維數(shù)，并給出矩陣函數(shù)、特 殊矩陣專門的庫(kù)函數(shù)，使之在求解諸如信號(hào)處理、建模、系統(tǒng)識(shí)別、控制、優(yōu)化 等領(lǐng)域的問(wèn)題時(shí)，顯得大為簡(jiǎn)捷、高效、方便，這是其它高級(jí)語(yǔ)言所不能比擬的。6 .方便的繪圖功能。matlab勺繪圖是十分方便的，它有一系列繪圖函數(shù)（命 令），使用時(shí)只需調(diào)用不同的 繪圖函數(shù)（命令），在圖上標(biāo)出圖題、xy軸標(biāo)注， 格繪制也只需調(diào)用相應(yīng)的命令，簡(jiǎn)單易行。另外，在調(diào)用繪圖函數(shù)時(shí)調(diào)整自變量 可繪出不變

27、顏色的點(diǎn)、線、復(fù)線或多重線。4.3.2 simulink 的使用simulink是matla中的一種可視化仿真工具，是一種基于matlab勺框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性 系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型， simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口 (gui),這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只 需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且 用戶可以立

28、即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。simulink是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的 多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處 理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模 塊庫(kù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。.構(gòu)架在simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn) 品擴(kuò)展了 simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任 務(wù)的相應(yīng)工具。simulink與matlab1密集成，可以直接訪問(wèn) matla映量的工 具來(lái)進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制 以及信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義。打開(kāi)simulink的方法是在matlab令窗口中 輸入simulink ,結(jié)果是在桌面上出現(xiàn)一個(gè)稱為 simulink library browser 的窗 口，在這個(gè)窗口中列出了按功能分類的各種模塊的名稱。當(dāng)然用戶也可以通過(guò) matlabu 口 的快捷按鈕來(lái)打開(kāi) simulink library browser窗 口。5系統(tǒng)仿真圖5.1.1前饋控制