控制系统数字仿真-上海交通大学
【优秀毕业论文】基于soc系统的12位saradc的设计
上海交通大学硕士学位论文基于S O C系统的12位SARADC 的设计DESIGN OF A 12 BIT SUCCESSIVE APPROXIMATION REGISTER ADC IN SOC SYSTEM硕士姓名：沈奇臻专业：电路与系统学号： 1060349010指导教师：戎蒙恬上海交通大学二零零八年十二月DESIGN OF A 12 BIT SUCCESSIVE APPROXIMATION REGISTER ADC IN SOC SYSTEMByShen QizhenADVISOR: Prof. Rong MengtianA THESIS SUBMITTED TOSHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITYIN PARTIAL FULFILLMENT OF THE REQUIREMENTSFOR THE DEGREEOF MASTER OF SCIENCEDepartment of Electrical Engineering ofShanghai Jiao Tong UniverisityDecember 2008II基于S O C系统的12位SARADC 的设计摘 要在现在的各种应用SoC系统中，由于系统的高性能、低功耗、低成本要求，一定会把数模转换器（ADC）模块作为一个必不可少的组成部分和其他的模拟模块以及数字模块一起集成于一块芯片上，这已经是种必然的趋势。
正是由于这个原因，一种能够与数字工艺兼容的ADC的设计就变得很必要。
SARADC是一种常见的ADC的结构，由于其本身的小尺寸低功耗的特点，非常适合应用于SoC系统。
本文设计的就是这样一个应用于SoC系统的，能够面向触摸屏应用的ADC模块。
它基于TSMC 0.18um 的1P5M工艺，总共包括了模拟电路中的比较器电路、DAC电路、触摸屏驱动电路，输入通道选择电路以及数字电路的移位逻辑控制电路和时钟频率转换电路。
针对高速低功耗抖动要求，本文给出一种电流按比例缩放结构的DAC结构，并采用温度码和二进制码的分段组合，在明显提高DAC的精度，降低电路的失配和毛刺现象的同时减小芯片的面积和功耗。
上海交通大学电子信息与电气工学学院研究生课表(全部系所)
SOC设计方法
嵌入式系统原理与控制
射频系统设计
集成电路测试方法与实践
射频集成电路设计
神经网络与机器学习
高等数字集成电路设计
微系统建模设计
先进微纳加工技术与应用
模拟射频集成电路高级课题选讲
生物芯片技术
模拟集成电路的版图艺术
集成电路设计前沿技术
高速集成电路设计
博士课程
纳米电子学
微系统技术与应用
微机械传感器
微弱信号检测（英语）
机电控制技术
数据融合技术
智能仪器技术
新型传感器技术
仿生机械学
嵌入式系统设计
精密工程特论
博士课程
现代导航导论
机械系统动力学及其控制
现代检测理论
全球定位系统原理及应用
微纳电子制造科学与技术
纳米化学与分子生物学
精密工程特论
新型传感技术
数据融合技术
信安系
硕士生
通信理论与系统
随机过程与排队论
无线宽带视频传输技术
阵列信号处理与空时信号处理
视觉计算理论与工程实践
现代电子测量技术与实验
半导体物理与器件物理学
微波与高速电路理论
计算电磁学
计算机通信网络设计与分析
自适应信号处理
有机电致发光显示与照明
ATM全光网与个人无线网
导波光学
学术英语
高等电磁场理论
近代微波测量实验
微波与高速集成电路分析与设计
现代通信系统中的电磁兼容
可证明安全理论
生物信息学
自然语言理解
网络安全基础
互联网信息搜索与挖掘
电子系
硕士课程
通信理论与系统
通信理论与系统
上海交通大学自动化专业培养方案
上海交通大学自动化专业培养方案一、指导思想根据“教育为无产阶级政治服务，教育与生产劳动相结合”的教育方针和“教育要面向现代化、面向世界、面向未来”的时代精神，贯彻德、智、体全面发展和知识、能力、素质协调发展的原则。
继承交大“基础厚，要求严，重实践”的办学传统，坚持理论联系实际，注重应用、创新能力的培养。
二、学制四年。
三、培养目标经过系统的教育和教学活动，把学生培养成德智体全面发展，具有“宽厚、复合、开放、创新”的特征，掌握自动化和控制工程的先进技术的高级专门人才。
四、基本要求1、德、智、体全面发展和知识、能力、素质协调发展，正确处理政治思想与业务、基础与专业、学习与健康、知识与能力和素质等关系。
2、遵纪守法，尊敬师长，树立爱国主义、集体主义和社会主义思想，努力学习马列主义、毛泽东思想、邓小平理论，具有良好的思想品德。
3、拓宽专业口径，加强通识教学，做到基础扎实、知识面宽、能力强和素质高，以适应社会发展对宽口径高级专门人材的需求。
4、理论联系实际，加强实践教学环节，通过实验教学、课程设计和毕业设计等实践活动提高综合能力和创新能力。
1 / 9五、课程体系及构成1、本专业教学计划安排课内总学时为2501。
每周学时数不超过24学时。
2、课程由如下四部分组成：①社科、人文、管理类包括毛泽东思想概论、邓小平理论概论等五门政治理论课和军事理论，法律基础，管理基础，共354学时，约占总学时的14％。
②公共基础课包括数学，物理，化学，生物，英语，体育，计算机文化和高级语言程序设计等，共981学时，约占总学时的39％。
③学科基础课包括电路理论，电子技术，信号与系统，控制理论，传感器基础，自动化仪表，微机原理，软件技术，计算机网络，数字程序控制等方面的课程，共951学时，约占总学时的37％。
④专业特色与前沿课包括微机控制技术，控制系统仿真，和电机控制系统／过程控制系统等必修课，CIMS导论，人工智能与专家系统，多媒体技术，运筹学，机器人学导论等选修课（任选四门）。
控制系统数字仿真
对汽车的悬挂、转向、制动等系统进行数字仿真，验证底 盘控制算法的正确性和可行性，提高汽车的操控稳定性和 行驶安全性。
自动驾驶控制
通过数字仿真技术，模拟自动驾驶系统的行为和性能，评 估自动驾驶控制算法的优劣和适用性，推动自动驾驶技术 的发展和应用。
04
控制系统数字仿真挑战与解决方 案
实时性挑战与解决方案
电机控制
对电机的启动、调速、制动等过程进行数字仿真，验证电机控制算 法的正确性和可行性，提高电机的稳定性和可靠性。
智能控制
通过数字仿真技术，模拟智能控制系统的行为和性能，评估智能控 制算法的优劣和适用性。
机器人控制
1 2 3
运动控制
对机器人的关节和末端执行器进行数字仿真，模 拟机器人的运动轨迹和姿态，验证运动控制算法 的正确性和可行性。
实时性挑战
在控制系统数字仿真中，实时性是一个关键的挑战。由于仿真过程中需要不断进行计算和控制，如果仿真时间过 长，会导致控制延迟，影响系统的实时响应。
解决方案
为了解决实时性挑战，可以采用高效的算法和计算方法，如并行计算、分布式计算等，以提高仿真速度。同时， 可以通过优化仿真模型和减少不必要的计算来降低仿真时间。
特点
数字仿真具有高效、灵活、可重复性 等优点，可以模拟各种实际工况和参 数条件，为控制系统设计、优化和故 障诊断提供有力支持。
数字仿真的重要性
验证设计
通过数字仿真可以对控制系统设计进行验证， 确保系统性能符合预期要求。
优化设计
数字仿真可以帮助发现系统设计中的潜在问 题，优化系统参数和性能。
故障诊断
THANபைடு நூலகம்S
感谢观看
发展趋势
目前，数字仿真正朝着实时仿真、 高精度建模、智能化分析等方向 发展，为控制系统的研究和应用 提供更强大的支持。
数字化仿真与优化技术
1. 数字化仿真技术概述
软件名称
PAM-SAFE PAM-CRASH PAM-FORM MATLAB VisSim ProModel Z-MOLD 美国MathWorks Inc. 美国Visual Solutions Inc. 法国ESI Group
(B) 等式
g j (X ) 0
hj ( X ) 0
2. 产品的优化设计技术
(2) 按约束条件的功能可分为
(A) 边界约束: 对设计变量取值范围界限的限制 (区域约束) (B) 性能约束: 对设计变量的取值要满足某些性能要求
(3) 按约束条件的形式可分为
(A) 显式约束: 直接对若干设计变量加以限制 (区域约束) (B) 隐式约束: 间接对若干设计变量加以限制
x x1
满足
x2
... xn
T
gi ( X ) 0 hj ( X ) 0
2. 产品的优化设计技术
2.2.2 优化问题的分类
优化问题也称为规划问题，根据数学形式可分为
1)线性规划 目标函数和约束方程均为设计变量的线 性函数。
2)非线性规划 若目标函数和约束方程中至少有一个 与设计变量存在非线性关系。 3)动态规划 设计变量是成序列、多阶段的决策过程 机械产品的优化设计问题属于多维、有约束的非 线性规划。
2. 产品的优化设计技术
2.2.3 优化设计的步骤
1)确定设计要求及规模 分析设计要求，合理确定优 化的范围和目标。 2)分析优化对象 全面分析、主次分明，建立数学模型 3)选择合适的优化方法 根据数学模型的规模和类型选 择合适的优化方法求解。 4)建立仿真模型
智能车仿真平台CyberSmart2011版 使用说明
智能车仿真平台CyberSmart2011使用说明本软件由上海交通大学智能车研究室开发2011.3前言本软件是上海交通大学《智能车控制算法设计和实践》课程教学软件，同时也是为全国大学生智能汽车竞赛开发的智能车仿真系统。
该系统具备以下功能和特点：�赛道模块化自定义使用模块化思想创建赛道。
模块化的思想在创建的灵活性和操作的简便性方面获得了较好的平衡。
用户可根据要求进行赛道自定义，自行设计所需赛道进行仿真。
�传感器方案选择具备三种最常用的传感器方案：摄像头方案、光电方案、电磁方案。
用户可根据需要自行选择合适的传感器方案。
三种方案传感器均可以灵活配置，参数可变。
�控制算法自定义基于以上任何一种传感器方案，用户均可自行编写控制算法进行仿真测试，从而可以对传感器方案的性能、控制算法的优劣进行研究。
在导入方式上，有基于LabVIEW的subVI和基于VC的DLL（动态链接库）两种方式可选。
�转向模型和速度模型在仿真平台的核心中，为舵机的转向及驱动马达的速度变化设计出专门的数学模型，为仿真过程提供了合理、逼真的动画效果。
本文档旨在给予智能车仿真平台CyberSmart2011的用户最简明的帮助，使您能轻松快速地掌握本软件。
由于开发时间仓促和水平有限，在软件运行和使用中难免会出现一些考虑欠周甚至错误，希望您谅解。
同时，我们也真诚地希望您在使用本软件过程中将遇到的问题和宝贵的意见及时地反馈给我们。
技术支持及问题反馈：general_zclu@。
对此，我们将万分感激！最后感谢您选择和使用本仿真软件！目录..............................................................................................................................................--1-前言............................................................................................................................................................................................................................................................................................--2-目录......................................................................................................................................................................................................................................................................--3-第一章软件概况........................................................................................................................1.1软件运行环境 (3)1.2版本更新说明 (3)1.3软件的安装和卸载 (3)................................................................................................................--4-第二章软件总体构架........................................................................................................................................................................................................................................--5-第三章操作说明........................................................................................................................3.1赛道创建 (5)3.2竞赛车模的参数 (8)3.2.1竞赛车模大小尺寸 (8)3.2.2竞赛车模机械特性参数 (8)3.2.3指令控制周期 (8)3.3红外光电传感器配置 (9)3.4电磁导引配置 (11)3.5摄像头配置 (15)3.6控制算法子VI创建和导入 (16)3.6.1SubVI的创建和导入 (16)3.6.2DLL的创建和导入 (17)..............................................................................................................................--15-第四章仿真..............................................................................................................................4.1仿真前的准备工作和操作界面介绍 (15)4.2录像回放 (21)..............................................................................................................--23-第五章比赛规则简介..............................................................................................................第一章软件概况1.1软件运行环境操作系统：推荐Windows XP分辨率：推荐1024*7681.2版本更新说明智能车仿真平台CyberSmart2011版，在2008年2月发布的智能车仿真平台CyberSmart2008的基础上，主要做了以下改进：�引入电磁导引仿真模块�引入电磁导引回放模块�配置文件都放入data文件夹中希望以上改进能增加您使用本软件时的乐趣。
02297电力拖动自动控制系统考纲-上海交通大学
上海市高等教育自学考试工业自动化专业（独立本科段）（B080603）电力拖动自动控制系统（02297）自学考试大纲上海交通大学自学考试办公室编上海市高等教育自学考试委员会组编2013年版I、课程性质及其设置的目的和要求（一）本课程的性质与设置的目的“电力拖动自动控制系统”是高等教育自学考试“工业自动化”专业（本科）中的一门重要的专业课程，它是为培养工业自动化本科人才的需要而设置的。
在工业生产的诸多设备中，电力拖动自动控制系统是被最广泛应用的一种拖动形式，因为它有着可满足生产工艺各种要求的良好的控制性能。
随着我国国民经济的发展，生产的自动化程度日益提高，对电力拖动装置的工作性能要求也不断提高，更需要大量熟悉工业自动控制知识的人才。
自学考试“工业自动化”专业的开展便是一个很好的培养人才的途径。
作为专业课，它是一门理论密切联系实际的课程。
（二）本课程的基本要求通过对本课程的自学和实验考核，要求考生：1.系统地掌握以电力电子变流器供电的交、直流电力拖动自动控制系统的基本工作原理与基本概念。
掌握应用反馈控制理论提高系统静态精度与动态性能指标的方法。
这是本课程的基础。
2.掌握电力拖动有静差系统与无静差系统的组成，参数的计算以及静态特性的计算。
熟悉如何根据生产机械对系统静、动态性能指标的要求计算系统中相应的参数。
3.学会如何建立系统的数学模型。
4.通过实验，初步学会对电力拖动控制系统的调试。
（三）本课程与相关课程的联系本课程是在考生已自学了“电机与拖动基础”、“自动控制原理”及“电力电子技术”等课程的基础上学习的。
是应用上述先修课程的基本原理与基本知识来研究如何进一步组成具体的交、直流电力拖动自动控制系统。
II、课程内容与考核目标第一章绪论（一）学习目的和要求通过本章的学习，对运动控制系统所涉及内容和学科关系有一个基本的了解；了解运动控制系统的一般结构、各环节内容和基本运动控制规律；了解运动学方程和主要控制方案。
飞行管理数字仿真系统设计
关键 词： 飞行管理 系统 ； 向对象 ； 面 数字仿真
中 图分 类号 ： Ｐ９ ． Ｔ ３ １９ 文 献标 识 码 ： Ａ
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｌ ｈ ａ ａ ｅ ｎ ｇ ｔ ｌＳ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ Ｓ ｓｅ ｓｇ ｆＦ ｉ ｔＭ ｎ ｇ ｍｅ ｔＤｉｉａ ｉ ｌ ｔ ｙ ｔ ｍ ｇ ｏ
ｔ ｎ，ｆ ｇ ｔｓｍｕ ａ ｉｎ ａ ｄ ｆ ｇ ｔｄ ｓ ｌｙ ｗ ｒ ｏ ｓｒ ｃｅ ｏ ｃ ｎ ｔ ｕｅ ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｉ ｏ ｌ ｈ ｉ ｌｔ ｉ ｈ ｉｐａ ｅ ｅ ｃ ｎ ｔ ｔｄ ｔ ｏ ｓｉ ｔ ｈ ｙ ｔ ｍ，ａ ｄ ｉ ｔ ｎ ａ ｒｒ ｆ ｍｏ ｅ ｆ ｉ ｏ ｎ ｌ ｕ ｔ ｎ ｎ ｉ ，ａ ｉ ａ ｔ ｄ ｌ ｏ ｃ ｔ ｒ ｅ—ａ ｉ ｗ ｓ ｂ ｉ ．Ｔ ｅ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｗａ ｐ ｉ ｚ ｄ ｕ ｉ ｇ Ｄ ｎ ｍｉ ｒ ｇ ａ ｈｅ ｘｓ ａ ｕ ｌ ｈ ｅ ｏ ｍａ ｃ ｓｏ ｔ ｔ ｆ ｍｉｅ ｓｎ ｙ ａ ｃ Ｐ ｏ ｒ ｍｍｉｇ ａ ｄ Ｅ ｅｇ ｔ ｔ ｔｏ ｓ ｎ ｎ ｎ ｎ ｒ ｙ Ｓａ ｅ ｍｅ ｄ ，ａ ｄ ｈ ｈ ｎｏ ｍａｉ ｅｗｅ ｎ ｔ ｅ ｍｏ ｕ ｅ ａ ｎ ｅ ａ ｔｄ ａ ｄ ｔａ ｓ ｔ ｄ ｂ Ｉ ４ ９ ｂ ｓ ｈ ｙ ｔ ｍ ａ ｂ ｓ ｄ ａ ｔ ｅ ｉ ｆｒ ｔ ｎ ｂ ｔ ｅ ｈ ｄ ｌｓ Ｗ Ｓｉ ｔｒ ｃｅ ｎ ｒ ｎ ｍｉ ｅ ｙ ＡＲ ＮＣ ２ ｕ ． Ｔ ｅ ｓ ｓｅ Ｃ ｅ ｕ ｅ ｓ ｏ ｔ ｎ
ｐｒ ｒ ａｃ ｐｉ ｚｔ ｎ ｆｕ —ｄｍ ｎｉ ａ ｇｉａｃ ｎ Ｏｏ ．Ａ ｓ， ｎｅａ ｐｅｏ ｈｌｉ ｅ ｓ ｎｌ ｕｄ ｅａｄＳ ｎ ｔａｔ ａ ｘｍ ｌ ｆ ｏｅ ｉｈ ｆ ｈ ｈ ｉ ｆｍ ｍｉ ｉ ｏ ｎ ｌ ｗ ｌ ｏ ｎ
RTDS教学讲义-上海交通大学电气工程中心
电力系统综合实验实时数字仿真系统（R T D S）教学讲义上海交通大学电气工程系2009.07目录第一节电力系统实时数字仿真器概述 (3)第二节RTDS软硬件介绍 (4)2.1 硬件 (4)2.2 软件 (4)2.2.1什么是PSCAD？ (4)2.2.2如何启动PSCAD？ (5)第三节PSCAD基本操作 (7)3.1鼠标 (7)3.2熟悉文件管理器 (7)3.2.1如何创建项目（PROJECT）或例子（CASE） (9)3.3 用DRAFT绘制模型图 (10)3.3.1熟悉DRAFT界面 (10)3.3.2搭建模型的基本操作 (12)3.4 用RUNTIME模块进行仿真 (14)3.4.1熟悉RUNTIME界面 (14)3.4.2 RUNTIME基本操作 (15)第四节实验 (18)RTDS教学讲义第一节电力系统实时数字仿真器概述目前对于电力系统的仿真研究方法主要有两类：一为动态模拟，二为数值仿真。
这两种方法各有特点和局限性。
动态模拟已经介绍，下面我们主要介绍数值仿真的特点。
伴随着数字计算机和数值技术的发展，数值仿真技术日渐成熟。
这使得人们能够更加深入地研究和分析电机及电力系统的暂、稳态过程。
目前，国内外的研究采用高级语言编程或己开发出的一些比较成熟的数值仿真软件如：EMTP、EMTDC、PSPICE、以及MATLAB等，对电机和电力系统的各种运行情况进行深入地研究。
对于电力系统，目前已经能够进行复杂电力系统的仿真研究。
这种复杂电力系统的仿真基于发电机机组、升压变压器、直流输电及交流输电中各个电气元件准确的数学模型，定量地分析不同运行方式（正常、故障）、稳态和暂态情况下的系统各种电磁物理量（包括谐波）的变化情况。
数值仿真具有不受被研究对象规模和复杂性的限制；保证被研究系统的安全性、系统实验的经济性、以及可用于对未来系统发展的预测等优点。
但是，以上数值仿真软件与动模仿真相比存在着一个共同的缺陷，那就是它们只能对系统进行计算分析，而不能对实际的控制装置和保护设备进行测试实验。
控制系统数字仿真-上海交通大学
上海市高等教育自学考试工业自动化专业（独立本科段）（B080603）控制系统数字仿真（02296）自学考试大纲上海交通大学自学考试办公室编上海市高等教育自学考试委员会组编2013 年I、课程的性质及其设置的目的和要求（-）本课程的性质与设置的目的“控制系统数字仿真”是利用数字计算进行各种控制系统分析、设计、研究的有力工具，是控制系统工程技术人员必须掌握的一门技术。
本课程是工业自动化专业的专业课程，也是一门理论和实际紧密结合的课程。
通过本课程的学习，学生能掌握系统仿真的基本概念、基本原理及方法；掌握基本的仿真算法及能用高级编程语言在微机上编程实现，学会使用常用的仿真软件。
为学习后继课程、从事工程技术工作、科学研究以及开拓性技术工作打下坚实的基础。
二）本课程的基本要求1 •要求掌握系统、模型、仿真的基本概念，这是学好仿真这门课程的概念基础。
2 •掌握常用的连续系统数学仿真算法及能用某种高级编程语言上机实现。
3 •初步掌握利用微机来分析、设计、研究控制系统的方法与仿真技术。
（三）本课程与相矢课程的联系先修课程：自动控制原理、现代控制理论基础、高级编程语言。
II、课程内容与考核目标第1章概论（一）学习目的和要求通过本章学习，了解系统的概念，系统的分类方法及特点，仿真的应用目的。
了解模型的基本概念，熟悉模型的分类方法及特点。
掌握仿真的基本概念，仿真的分类方法及特点。
熟悉仿真的一般步骤，仿真技术的应用，熟悉计算机仿真的三要素及基本活动。
二）课程内容第一节系统、模型与仿真1・系统2模型3・仿真4. 仿真科学与技术的发展沿革第二节系统仿真的一般知识1. 相似理论2. 基于相似理论的系统仿真3. 系统仿真的类型4. 系统仿真的一般步骤第三节仿真科学与技术的应用1. 仿真在系统设计中的应用2. 仿真在系统分析中的应用3. 仿真在教育与训练中的应用4. 仿真在产品开发及制造过程中的应用第四节当前仿真科学与技术研究的热点1. 网络化仿真技术2. 复杂系统/开放复杂巨系统的建模与仿真3. 综合自然环境的建模与仿真4. 基于普适计算技术的普适仿真技术5. 基于高性能计算机的仿真三）考核知识点1-系统的基本概念，系统的分类，系统的三大要素，系统的边界。
上海交通大学自动化816考研现代控制理论讲义-慧易升考研
⎢⎣1
⎥u ⎦
(t
)
y(t) = [0
⎡ 1]⎢
⎣
x1 (t) ⎤ x2 (t)⎥⎦
对角线标准形为：
⎡x1(t) ⎤
⎢ ⎣
x2
(t
)⎥⎦
=
⎡−1 ⎢⎣0
0 ⎤⎡x1(t) ⎤
−
2⎥⎦
⎢ ⎣
x2
(t
)⎥⎦
+
⎡1⎤ ⎢⎣1⎥⎦u(t)
y(t) = [2
−
⎡ 1]⎢
⎣
x1 (t) ⎤ x2 (t)⎥⎦
•
λ n−1 2
"
1⎤
λn
⎥ ⎥
•⎥
•
⎥ ⎥
•⎥ ⎥
λn n−1 ⎥⎦
(1.12)
5
欢迎访问慧易升考研网 下载更多考研资料，慧易升提供全方位的考研专业课指导 上交自动化考研QQ群：282054048
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54 本文将主要涉及控制系统的基于状态空间的描述、分析与设计。本章将首先给出状态空 20 间方法的描述部分。将以单输入单输出系统为例，给出包括适用于多输入多输出或多变量系 28 统在内的状态空间表达式的一般形式、线性多变量系统状态空间表达式的标准形式(相变量、 ： 对角线、Jordan、能控与能观测)、传递函数矩阵，以及利用 MATLAB 进行各种模型之间的
2
1⎤ −3⎥⎦
⎡ ⎢ ⎣
x1 (t) ⎤ x2 (t)⎥⎦
+
⎡0⎤
⎢⎣1
⎥u(t ⎦
)
大
海交y(t) = [3
上海交大815考研控制理论基础控制理论基础(I)第4章__控制系统的稳定性分析
设系统 特征根为p1、p2、…、pn-1、pn
D ( s ) a 0 s n a 1 s n 1 . .a n . 1 s a n 0
a1
a0
n
(1)1 pi
i1
各根之和
a2
a0
n
(1)2 pipj
i2
每次取两根乘积之和
全部根具
a3
a0
n
(1)3 pipjpk
i3
每次取三根乘积之和
控制理论基础 (I)
第四章 控制系统的稳定性分析
➢稳定性的定义
控制系统在外部拢动作用下偏离其原来的平衡状 态，当拢动作用消失后，系统仍能自动恢复到原 来的初始平衡状态。 注意：以上定义只适
用于线形定常系统。
(a)外加扰动
School of Mechanical & Power Engineering, SJTU
d1
c1 c2 c1
|a0 a4 |
b2
a1 a5 a1
| a1 a5 |
c1
b1 b3 b1
| b1 b3 |
d2
c1 c3 c1
性质：第一列符号改变次数== 系统特征方程含有
正实部根的个数。
School of Mechanical & Power Engineering, SJTU
B(s) D(s)
K
B(s)
k
a0 (spi) [s(j jj)][s(j jj)]
i1
j1
理想脉冲函数作用下 R(s)=1。 对于稳定系统,t 时,输出量 c(t)=0。
School of Mechanical & Power Engineering, SJTU
小型独立系统中同步发电机的数字仿真
＋Ｅｊ ＇ｄ～ （ 一Ｘ ）ｄ ｉ ｉ ］
（） ６
（ ７）
（） ８
ｄ ／ ｔ＝ 一 １ Ｓｄ
式 （ ）～式 （ ） 的参 数 采 用 标 幺值 表 示 同 １ ７中
步 发 电机惯 用 参 数 ， 点 是 可 以直 接 和工 厂设 计 优
ｒ； Ｅ］
参 数 相匹 配 ， 而无需 再进 行 换算 。
。
，
丁 ＝—； Ｅ Ｅ籀 ｆ 一
ｐ ＝一Ｅ Ｅ ＋Ｅ 一（ ：一 ） Ｘ ｉ
。
Ｅ ）
（） ３
。
。
（） ４
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。
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＋ （ ｑ—Ｘ ） Ｘ ｉ
２ ｗｄ Ｈｄ ／ ｔ＝ Ｔ ｍ一［
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ａ ｔ ａ ｉ ａｉ ｎ ｏ ｉ ｌｔ ｎ ｈ ｉ ｈ ｅ ｅ ｔ ｎ ｏ ｔｅ ｔ ａ ｄ ｌ ｆｓ ｎ ｈ ｏ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｃｕ ｌｓ ｕ ｔ ｆｓｍｕ ａｉ ，ｔ ｅ ｒ ｔｓ ｌｃ ｉ ｆｍａｈ ｍａｉ ｌｍｏ ｅ ｙ ｃ ｒ — ｔ ｏ ｏ ｇ ｏ ｃ ｏ
系统 ， 若再加上其励磁系统、 调速机和原动机 的动 态方程， 将会出现“ 维数灾” 给分析计算带来极大 ， 的困难 Ｊ 。因此 ， 在实 际 工程 问题 中 ， 常会 采 用 不 同程度简化的导出模型， 在满足不同场合仿真需要
的同时 ， 减少仿 真所需 的计算 量和 时间 。导 出模 型 又称 为实用模 型 ， 照 阶数 的不 同 ， 分 为六 阶 至 按 可
５阶模 型可 由式 （ ）一式 （ ） １ ７ 表示 如 下 』 ：
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上海市高等教育自学考试工业自动化专业（独立本科段）（B080603）控制系统数字仿真 (02296)自学考试大纲上海交通大学自学考试办公室编上海市高等教育自学考试委员会组编2013年I、课程的性质及其设置的目的和要求（一）本课程的性质与设置的目的“控制系统数字仿真”是利用数字计算进行各种控制系统分析、设计、研究的有力工具，是控制系统工程技术人员必须掌握的一门技术。
本课程是工业自动化专业的专业课程，也是一门理论和实际紧密结合的课程。
通过本课程的学习，学生能掌握系统仿真的基本概念、基本原理及方法；掌握基本的仿真算法及能用高级编程语言在微机上编程实现，学会使用常用的仿真软件。
为学习后继课程、从事工程技术工作、科学研究以及开拓性技术工作打下坚实的基础。
（二）本课程的基本要求1．要求掌握系统、模型、仿真的基本概念，这是学好仿真这门课程的概念基础。
2．掌握常用的连续系统数学仿真算法及能用某种高级编程语言上机实现。
3．初步掌握利用微机来分析、设计、研究控制系统的方法与仿真技术。
（三）本课程与相关课程的联系先修课程：自动控制原理、现代控制理论基础、高级编程语言。
II、课程内容与考核目标第1章概论（一）学习目的和要求通过本章学习，了解系统的概念，系统的分类方法及特点，仿真的应用目的。
了解模型的基本概念，熟悉模型的分类方法及特点。
掌握仿真的基本概念，仿真的分类方法及特点。
熟悉仿真的一般步骤，仿真技术的应用，熟悉计算机仿真的三要素及基本活动。
（二）课程内容第一节系统、模型与仿真1.系统2.模型3.仿真4.仿真科学与技术的发展沿革第二节系统仿真的一般知识1.相似理论2.基于相似理论的系统仿真3.系统仿真的类型4.系统仿真的一般步骤第三节仿真科学与技术的应用1.仿真在系统设计中的应用2.仿真在系统分析中的应用3.仿真在教育与训练中的应用4.仿真在产品开发及制造过程中的应用第四节当前仿真科学与技术研究的热点1.网络化仿真技术2.复杂系统/开放复杂巨系统的建模与仿真3.综合自然环境的建模与仿真4.基于普适计算技术的普适仿真技术5.基于高性能计算机的仿真（三）考核知识点1.系统的基本概念，系统的分类，系统的三大要素，系统的边界。
2.模型的基本概念，模型的分类方法及特点。
3.仿真的基本概念，仿真的应用目的，仿真的分类方法及特点。
4.仿真的一般步骤，仿真技术的应用。
（四）考核要求1.系统、模型与仿真(1)领会系统、模型、仿真的基本概念。
系统、模型、仿真的分类方法及特点。
系统的三要素。
计算机仿真的三要素及基本活动。
2.系统仿真的一般知识(1)领会仿真的应用目的。
仿真的一般步骤。
第2章连续系统模型（一）学习目的和要求通过本章学习，了解连续系统的数学模型分类方法、模型类型和表述形式。
掌握连续系统的各种数学模型描述及含义。
掌握连续系统数学模型的相互变换关系。
（二）课程内容第一节连续系统模型描述1.连续时间模型2.离散时间模型3.连续、离散混合模型第二节连续系统模型设计1.外部模型到内部模型的变换2.系统状态初始值变换3.面向结构图的模型变换（三）考核知识点1.连续系统的数学模型分类。
2.连续系统的模型描述。
3.连续系统的模型变换。
（四）考核要求1.连续系统模型描述(1)领会连续系统的数学模型分类方法模型类型和表述形式2.连续系统模型设计(1)简单应用连续系统的各种数学模型描述及含义连续系统各种数学模型的相互变换第3章经典的连续系统仿真建模方法学（一）学习目的和要求通过本章学习，掌握连续系统数字仿真的基本概念、基本方法及特点。
掌握数值积分方法的特点和意义，掌握线性多步法的基本原理。
掌握用数值积分方法求解微分方程的数值方法。
掌握数值积分方法的稳定性分析。
掌握积分步长的选择原则和方法。
掌握常用的实时仿真算法。
掌握常用的数值积分方法：欧拉法、梯形法、龙格-库塔法、阿达姆氏方法。
掌握数值积分方法中的一些基本概念：单步法、多步法、自启动算式、预报-校正法、显式公式、隐式公式、截断误差、舍入误差、累计误差、数值积分公式的精度、计算的稳定性。
掌握面向微分方程的数字仿真程序的主程序和主要子程序的编程框图，用某种高级编程语言编程实现，利用面向微分方程的数字仿真程序对一些实际系统（例卫星轨道系统）进行仿真实验。
（二）课程内容第一节连续系统离散化原理第二节龙格-库塔法1.龙格-库塔法基本原理2.龙格-库塔法的误差估计及步长控制3.实时龙格-库塔法第三节线性多步法1.线性多步法基本原理2.线性多步法误差分析3.关于变步长的讨论第四节稳定性分析（三）考核知识点1.连续系统数学仿真的基本概念。
2.对仿真建模方法的基本要求。
3.数值积分法。
4.数值积分方法的稳定性分析。
5.基于数值积分方法的面向微分方程的数字仿真方法。
（四）考核要求1.连续系统离散化原理(1)领会连续系统数字仿真的基本概念、特点2.龙格-库塔法(1)领会常用的实时仿真算法(2)简单应用数值积分方法(3)综合应用面向微分方程的数字仿真程序3.线性多步法(1)识记线性多步法的基本原理4.稳定性分析(1)领会数值积分方法的稳定性分析第4章 离散相似法（一）学习目的和要求通过本章学习，了解时域离散相似法的基本原理，掌握基于时域离散相似法的仿真模型计算方法、状态转移矩阵的计算方法、常用非线性环节的仿真方法，掌握离散相似法非线性系统仿真程序的主程序和主要子程序的编程框图，用某种高级编程语言编程实现，利用该程序对一些实际系统（例小功率随动系统）进行仿真实验。
了解频域仿真建模学的基本原理和特点，掌握替换法、根匹配法和频域离散相似法，了解可调整积分方法。
熟悉采样控制系统的概念及基本结构，掌握采样周期和仿真步距的含义，掌握采样系统仿真方法，掌握不同采样周期差分模型的转换，掌握延迟环节的仿真模型。
（二）课程内容第一节 时域离散相似法1. 基本原理2. 状态转移矩阵的计算3. 增广矩阵法第二节 面向结构图的非线性系统仿真1. 典型线性动态环节)(T Φ，)(T m Φ的计算2. 常用非线性环节计算子程序3. 非线性系统离散相似法仿真程序CSS02.C第三节 频域离散相似法1. 替换法2. 根匹配法3. 可调整积分法第四节 采样控制系统仿真1. 采样控制系统2. 采样周期与仿真步距3. 纯延迟环节的仿真模型4. 采样控制系统仿真举例（三）考核知识点1. 时域离散相似法。
2. 增广矩阵法。
3. 基于时域离散相似法的面向结构图的系统仿真程序。
4. 频域仿真建模方法的基本原理和特点。
5. 替换法。
6. 根匹配方法。
7. 频域离散相似法。
8. 可调整积分方法。
9. 采样控制系统的概念及基本结构。
10. 采样周期和仿真步距。
11. 采样控制系统仿真方法。
12. 不同采样周期差分模型的转换。
13. 纯延迟环节的仿真模型。
（四）考核要求1. 时域离散相似法(1)领会时域离散相似法的基本原理，(2)简单应用离散相似法增广矩阵法状态转移矩阵的计算方法2. 面向结构图的非线性系统仿真(1) 简单应用典型线性动态环节)(T Φ，)(T m Φ的计算(2) 综合应用非线性环节的仿真面向结构图的离散相似法非线性系统的仿真程序3.频域离散相似法(1)领会频域仿真建模方法基本的原理和特点可调整积分方法(2)简单应用替换法根匹配法频域离散相似法4.采样控制系统仿真(1)领会采样控制系统的概念及基本结构采样周期和仿真步距(2)简单应用纯延迟环节仿真不同采样周期差分模型的转换(3)综合应用采样控制系统仿真方法Ⅲ、有关说明与实施要求一、关于考核目标的说明1、关于考试大纲与教材的关系考试大纲以纲要的形式规定了控制系统数字仿真的基本内容，是进行学习和考核的依据；教材是考试大纲所规定课程内容的具体化和由浅入深、循序渐进地系统论述，便于自学应考者自学、理解和掌握。
考试大纲和教材在内容上基本一致。
2、关于考核目标的说明（1）本课程要求应考者掌握的知识点都作为考核内容。
（2）关于考试大纲四个能力层次的说明识记：要求应考者能知道本课程中有关的名词、概念、原理和知识的含义，并能正确认识和表述。
领会：要求在识记的基础上，能全面把握本课程中的基本概念、基本原理、基本公式等内容，并能加以区别和联系，同时有能正确表述。
简单应用：要求在领会的基础上，能应用本课程中基本知识、基本原理、基本方法中的少量知识分析和解决简单理论问题或应用问题。
综合应用：要求在简单应用的基础上，能运用学过的各个知识点，综合分析和解决比较复杂的问题。
二、关于自学教材指定教材：《系统仿真导论》肖田元、范文慧编著；清华大学出版社，2010年2月第2版。
参考书：《连续系统建模与仿真》肖田元、范文慧编著；电子工业出版社，2010年11月第1版。
三、自学方法指导1．先详细阅读自学考试大纲中有关各章的考核知识点、自学要求和考核要求，以便阅读教材（限概论、第一篇第二章至第四章）时，心中有数，有的放矢。
2．自学中应以阅读指定教材为主，翻阅参考书为辅。
阅读时，结合自学要求，对有关各节、各段的内容要仔细阅读、推敲。
阅读例题时，可自己试做，以此来检查学习。
3．学习过程中要注意掌握基本概念、算法的特点和使用方法，切忌死记硬背，要能做到灵活应用和举一反三。
学习中要注意各节、各章的有机联系。
4．做作业是理解、消化和巩固所学知识，培养分析问题和解决问题能力的重要环节。
学生在有关章节阅读、理解后再独立完成作业，以检查自己掌握相关内容的程度。
四、自学时间分配建议本课程是一门重要的专业课，共3学分，自学时间包括阅读课文、做作业，共计98学时。
五、对社会助学的要求1.应熟知考试大纲对本课程所提出的总的要求和各章的知识点。
2.应掌握各知识点要求达到的层次，并深刻理解对各知识点的考核要求。
3.辅导时，应以指定的教材为基础，考试大纲为依据，不要随意增删内容，以免与自学考试大纲脱节。
4.辅导时，要注重基础，突出重点，引导考生认真阅读教材，刻苦钻研教材，积极启发考生要依靠自己学懂的学习方法。
六、关于命题考试的要求1、覆盖面与重点章节本课程的命题考试，应根据本大纲规定的考核知识点和考核要求，来确定考试范围；不要任意扩大成缩小考试范围，提高或降低考核要求。
考试命题要覆盖到本大纲的第一章到第四章的内容，并适当突出重点章节（主要是第二章的第二节、第三章第二节以及第四章等以及本大纲的考核要求中所提到的全部内容），命题要体现本各章的基本内容。
2、试卷能力层次比例试卷对能力层次的要求应结构合理。
对不同能力层次要求的试题分数比例，一般为：识记占20%，领会占30%，简单应用占30%，综合应用占20%。
3、试卷难易比例要合理安排试卷的难度。
试卷难易度分为易、较易、较难、难四个档次，每份试卷中不同难度试题的分数比例一般为：易占20%，较易占30%，较难占30%，难占20%。