计算机仿真技术与CAD
《控制系统仿真与CAD》学习的感想
《控制系统仿真与CAD》学习的感想学习了《控制系统仿真与CAD》这门课程。
在这一过程中我学了很多东西，最直接的就是将控制理论和MATLAB软件联系起来，用计算机来仿真在《自动控制原理》中所学的内容，即利用MATLAB软件来对自动控制系统进行仿真，以验证所学的知识并且得到比较直观的结论。
控制系统是指由控制主体、控制客体和控制媒体组成的具有自身目标和功能的管理系统。
控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、机构或其他设备内任何感兴趣或可变化的量。
控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。
控制系统仿真是建立在控制系统模型基础之上的控制系统动态过程试验，目的是通过试验进行系统方案论证，选择系统结构和参数，验证系统的性能指标等。
MATLAB不仅仅是一门编程语言，还是一个集成的软件平台，它包含以下几个主要部分：MATLAB语言、集成工作环境、MATLAB图形系统、数学函数库、交互式仿真环境Simulink、编译器、应用程序接口API、工具箱、Notebook 工具。
而在控制系统CAD中我们较多的是使用MATLAB数学函数库中的函数来对控制系统进行仿真与处理。
另外，也利用MATLAB交互式仿真环境Simulink 来构建系统的结构框图，这样更直接的应用于不知道系统传递函数的情况下来得到系统的仿真结果，从而省去了计算传递函数的复杂计算。
MATLAB它具有丰富的可用于控制系统分析和设计的函数，MATLAB的控制系统工具箱提供对线性系统分析、设计和建模的各种算法；MATLAB的仿真工具箱(Simulink)提供了交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境。
通过在传递函数的建立、绘制响应的曲线等方面谈了我学习的经历，以及整个对控制系统仿真的整体过程。
在学习过程中还有利用Simulink工具箱绘出系统的结构框图，再调用这个框图来产生出传递函数再进行仿真计算。
这样的话可以更方便的对控制系统进行仿真与设计，而不用去通过复杂的方式去求去传递函数，然后再去计算响应，绘制响应曲线。
计算机仿真技术与CAD基于MATLAB的控制系统第四版课程设计
计算机仿真技术与CAD基于MATLAB的控制系统第四版课程设计一、课程设计的背景随着计算技术的发展，越来越多的机电设备采用了控制系统，从而提高了生产力和工作效率。
因此，控制系统的设计和仿真技术也得到了越来越广泛的应用。
为了提高控制系统的性能，提高系统的可靠性和稳定性，需要采用控制系统设计和仿真技术。
在此背景下，本次课程设计旨在通过MATLAB软件对控制系统进行仿真设计，从而提高学生的控制系统设计和仿真技能。
二、课程设计的目的本次课程设计的目的主要包括以下几个方面：1.提高学生的控制系统设计和仿真能力；2.增强学生的MATLAB编程技术；3.帮助学生理解控制系统的基本原理及其应用；4.增强学生团队合作和沟通能力。
三、课程设计的内容和要求本次课程设计主要有以下内容和要求：3.1 选题背景和意义选题需要有明确的背景和意义，可以结合实际应用场景进行选择。
3.2 系统分析与模型建立学生需要对待设计的控制系统进行系统分析，并建立相应的模型。
包括控制系统的框图、信号流图、传递函数、状态空间等。
3.3 控制器的设计与仿真学生需要对设计的控制系统设计相应的控制器，并进行仿真评估。
包括根轨迹法、频域设计法、状态反馈控制、PID控制等。
3.4 性能分析与评价学生需要对仿真结果进行性能分析与评价。
包括阶跃响应，超调量，稳态误差等。
3.5 实验设计与编程实现学生需要将设计的控制系统进行实验设计，并用MATLAB编写程序进行实现与测试。
3.6 结果分析与总结学生需要对实验结果进行分析与总结，从控制效果、系统应用等方面加以评价。
四、课程设计的实施方法本次课程设计的实施方法主要包括以下几个方面：1.采取团队合作的方式进行任务分配和工作安排；2.利用网上资源和实验平台，进行实践学习与实验操作；3.在课程设计的过程中，主要采用课堂授课和实验操作相结合的方式进行；4.通过实验操作和讨论，进行知识交流和实践探索。
五、课程设计的评价方法本次课程设计的评价主要从以下几个方面进行：1.对学生在选题、模型分析、控制器设计、仿真评价等方面的表现和成果进行评价；2.对学生实验操作能力和MATLAB编程水平进行评价；3.对团队合作和沟通能力进行评价；4.对报告和总结的撰写质量进行评价。
计算机仿真技术与CAD基于MATLAB的控制系统第四版教学设计
计算机仿真技术与CAD基于MATLAB的控制系统第四版教学设计一、教学目标本教学设计旨在帮助学生了解计算机仿真技术和CAD基于MATLAB的控制系统的基本概念和实际应用。
通过本教学，学生将学会以下内容：1.了解计算机仿真技术和CAD基于MATLAB的控制系统的基本概念和实际应用；2.掌握MATLAB软件的使用方法；3.掌握控制系统仿真技术和CAD的基本操作方法；4.学会使用MATLAB对控制系统进行仿真分析、数据处理和结果呈现；5.培养学生的实际操作和问题解决能力。
二、教学内容（一）计算机仿真技术基础课程1.计算机仿真技术基础概念；2.计算机仿真技术基础工具；3.计算机仿真技术基础数据处理；4.计算机仿真技术实际应用。
（二）CAD控制系统基础课程1.CAD控制系统基础概念；2.CAD控制系统基础工具；3.CAD控制系统基础数据处理；4.CAD控制系统实际应用。
（三）MATLAB基础课程1.MATLAB基础概念；2.MATLAB基础工具；3.MATLAB基础数据处理；4.MATLAB实际应用。
（四）控制系统仿真课程1.控制系统仿真基础概念；2.控制系统仿真基础工具；3.控制系统仿真基础数据处理；4.控制系统仿真实际应用。
三、教学方法1.讲授法：通过授课，让学生了解计算机仿真技术和CAD基于MATLAB的控制系统的基本概念和实际应用；2.实验法：通过实验，让学生掌握MATLAB软件的使用方法和控制系统仿真技术的基本操作方法；3.问题解决法：通过让学生解决实际问题，培养学生的实际操作和问题解决能力。
四、教材参考1.《MATLAB数学计算》；2.《现代控制理论与应用》；3.《控制系统设计》；4.《计算机仿真技术入门与实践》。
五、教学考核1.期末考试：主要考察学生对计算机仿真技术和CAD基于MATLAB的控制系统的基本概念和实际应用的理解；2.实验报告：主要考察学生的实际操作和问题解决能力。
六、教学进度课程名称讲课时间实验时间计算机仿真技术基础课程 2 4CAD控制系统基础课程 2 4MATLAB基础课程 2 4控制系统仿真课程 2 4七、教学反思本教学设计结合了计算机仿真技术和CAD基于MATLAB的控制系统的基本概念和实际应用，使学生能够更加全面地了解和掌握这一领域的知识。
计算机仿真技术
计算机仿真技术计算机仿真技术（Computer Simulation Technology）是指利用计算机模拟系统或过程的方法，通过数学模型和仿真软件来探索和研究实际系统的行为。
在计算机仿真技术的支持下，研究者可以通过对虚拟系统的模拟和观察，对真实世界中的复杂系统进行分析、测试和验证，以获取数据并获得新的洞察力。
一、计算机仿真技术的发展历程计算机仿真技术的发展可以追溯到20世纪早期，当时计算机的出现为仿真技术提供了强大的计算能力，但由于硬件设备和软件工具的限制，计算机仿真技术的应用受到了一定的限制。
随着计算机技术的迅猛发展和计算能力的不断提高，计算机仿真技术得到了广泛应用，并在各个领域取得了显著成果。
二、计算机仿真技术的应用领域1. 工程领域计算机仿真技术在工程领域的应用非常广泛。
例如，在建筑工程中，可以利用计算机仿真技术对建筑物的结构进行模拟，以确保其稳定性和安全性；在电力系统中，可以利用计算机仿真技术模拟电力网络的运行情况，进行负荷分析和故障诊断等。
2. 制造业计算机仿真技术在制造业中的应用也非常重要。
通过对生产线、工艺流程等进行仿真模拟，可以提高生产效率、降低成本，并优化生产过程。
3. 医学领域计算机仿真技术在医学领域的应用也越来越广泛。
例如，在手术模拟中，医生可以使用计算机仿真技术进行手术前的演练，以提高手术的准确性和安全性；在药物研发中，也可以利用计算机仿真技术进行药物分子的模拟，以加快研发过程。
4. 交通运输计算机仿真技术在交通运输领域的应用可以帮助人们更好地规划交通路线、优化交通模型，并提高交通的效率和安全性。
5. 军事领域计算机仿真技术在军事领域中的应用也非常重要。
通过对战场环境的模拟和训练，可以提高士兵的训练质量和作战能力，同时减少因真实演习而产生的风险。
三、计算机仿真技术的优势和挑战1. 优势（1）降低成本和风险：利用计算机仿真技术可以在虚拟环境中进行实验和测试，降低了成本和风险，同时减少了对实际系统的依赖性。
计算机仿真技术
计算机仿真技术计算机仿真技术⼀．计算机仿真技术基础1．什么叫系统？试举例说明。
系统：为实现规定功能以达到某⼀⽬标⽽构成的相互关联的⼀个集合体或装置(部件)。
例如：数控机床伺服系统等。
2.系统具有哪些特点？系统具有以下四个特点：①系统是由部件组成的，部件处于运动状态；②部件之间存在着联系；③系统⾏为的输出也就是对⽬标的贡献，系统各主量和的贡献⼤于各主量贡献之和，即系统的观点1+1>2；④系统的状态是可以转换的，在某些情况下系统有输⼊和输出，系统状态的转换是可以控制的。
3.系统性能好坏的评价指标有哪些？判断⼀个系统的好坏可以由以下四点观察：1.⽬标明确。
每个系统（部件）均为⼀个⽬标⽽运动。
系统的好坏要看它运⾏后对⽬标的贡献。
因⽽⽬标明确是评价系统的第⼀指标。
2.结构合理。
⼦系统的联接⽅式组成系统的结构。
联接清晰，路径通畅，冗余少等，以达到合理实现系统⽬标的⽬的。
3.接⼝清楚。
⼦系统之间有接⼝，系统和外部的联接也有接⼝，好的接⼝其定义应⼗分清楚。
4.能观能控。
通过接⼝，外界可以输⼊信息，控制系统的⾏为，可以通过输出观测系统的⾏为。
只有系统能观能控，系统才会有⽤，才会对⽬标作出贡献。
4.简述系统模型的定义、类型及特征？系统模型的定义：是指以某种确定的形式（如⽂字、符号、图表、实物、数学公式等），对系统某⼀⽅⾯本质属性的描述。
系统模型的分类：物理模型、数学模型系统模型的特征：（1）它是现实系统的抽象或模仿；（2）它是由反映系统本质或特征的主要因素构成的；（3）它集中体现了这些主要因素之间的关系。
5.简述计算机仿真的定义、类型、作⽤及总体流程图？计算机仿真（Computer Simulation ）定义：借助⾼速、⼤存储量数字计算机及相关技术，对复杂真实系统的运⾏过程或状态进⾏数字化模拟的技术。
计算机仿真的分类：①根据计算机分类：模拟计算机仿真、数字计算机仿真、模拟数字混合计算机仿真②根据仿真时钟与实际时钟的⽐例关系：实时仿真、⽋实时仿真、超实时仿真③根据系统模型的特性：连续系统仿真、离散事件系统仿真6.什么叫系统仿真？系统仿真（System Simulation）定义：是以相似原理、系统技术、信息技术及其应⽤领域有关专业技术为基础，以计算机、仿真软件、仿真器和各种专⽤物理效应设备为⼯具，利⽤系统模型对真实的或设想的系统进⾏动态研究的⼀门多学科的综合性技术。
计算机仿真技术及CAD 第4章 离散事件计算机仿真
区别
1）离散事件系统中，各事件以某种顺序或在某种条件 下发生，并且大都属于随机性的，或者是由于随机的 输入，或者是由于系统元素的属性值作随机变化，使 得难以用常规的方法去研究。
2）连续系统仿真中，时间常被分割成均等的或非均等 的间隔，并以一个基本的时间间隔计时； 离散事件系统的仿真则常是面向事件的，时间指针往 往不是按固定的增量向前推进，而是由于事件的推动 而随机推进的。
（3）便于排队规则的确定。例如，生产线上待处 理工件的优先级水平有时需要作为“工件”实体的属 性考虑，以便于“按优先级排队”规则的建立与实现。
3) 状态（State）：实体的状态指在某一时刻 该实体的所有属性值，系统的状态由系统中各 实体的状态合成。
如在理发店服务系统中“顾客”有“等待服务”， “接受服务”等状态，“服务员”有“忙”和“闲” 等状态。状态可以作为动态属性进行描述。
2) 属性(Attribute)： 每一实体所具有的有效 特征称为实体的属性。属性与仿真目的有关， 一般可参照下面原则选取:
（1）便于实体的分类。例如，将理发店顾客的性 别（男、女）作为属性考虑，可将“顾客”实体分为 两类，每类顾客占用不同的服务台。
（2）便于实体行为的描述。例如，将飞机的飞行 速度作为属性考虑，便于对“飞机”实体的行为（如 两地间的飞行时间）进行描述。
活动总是与一个或几个实体的状态相对应。
5)事件（Event）：改变系统状态的某一瞬时
操作或行为称为事件。事件通常发生在活动的
开始或结束时刻。
例如，在例4. 1中，可以把“顾客到达”称为一类事 件，因为正是由于顾客到达，系统的状态——服务员 的“状态”才能由闲变忙（如果原先无人排队），或 者使另一系统状态——排队的顾客人数发生变化（队 列人数加1）。 一个顾客接受服务完毕后离开系统，也可以定义成一 类事件，因为服务台由忙变闲或者等待的队列发生变 化。
“控制系统CAD及仿真”课程教学改革探讨
“控制系统CAD及仿真”课程教学改革探讨摘要:为了进一步提高自动化本科学生的系统设计及应用能力,提高教学质量效果,结合作者的教学实践经验,从课程的教学目的,面临问题,教学实验以及课程考核方式等方面对“控制系统计算机仿真”课程进行探讨。
关键词:控制系统仿真教学改革1 课程教学目的“控制系统CAD及仿真”课程是电气与电子工程系自动化专业方向的一门专业选修课,课程主要通过Matlab仿真软件的学习,对控制系统设计进行分析和仿真,为系统工程实现打好理论坚实基础。
本课程将向学生传授“仿真技术”这一利器,并要使学生清楚:随着新技术的不断发展,将会不断地产生更有效、更实用的“仿真工具”,应该不断地学习与掌握之,以使自己能够“与时俱进”。
为学生讲明“仿真技术”中所涉及的基本原理、基本概念与基本方法,因为它是能够有效运用“仿真工具”的理论基础。
为学生提出一些“生动有趣、启迪思想”的工程实际问题,努力创造一个“自由畅想、激发创造”的空间,以使大家从中体会到:“仿真技术”是学习、科研以及生活中不可缺少的“有力工具”。
2 课程教学面临问题仿真技术对于自动化工程技术人员来说意义重大,如何将这种前沿技术引入仿真技术类课程的教学中来,并提高学生的学习兴趣,激发学生的创造意识,开阔他们的思维视野,是本课程面临的重要问题之一。
2.1 教学方式的多样性问题与“电路理论”等理论性专业基础课有所不同,计算机的飞速发展、新的仿真技术不断出现,要求“仿真技术”类课程的教学方式应该与时俱进。
目前,大多数院校都具备多媒体教学条件,应该改进传统的教学模式,充分利用多媒体教学条件,应用现代化的教学手段,加深学生对问题的理解,反映最新的技术,从而达到教学效果的目的。
可以结合仿真实例,以动画、视频及软件演示的方式,让学生获取知识的方式更加直观和生动。
2.2 能力的培养与训练仿真技术类课程应该将能力培养放在第一位,学生掌握基本原理、概念和方法是最低层次,这些在前面的专业基础课里面都应该已经掌握,仿真类课程不是对这些知识的复习;应该充分利用仿真工具,使学生加深理解所学课程与知识内容,培养学生独立分析和解决问题的能力,激发学生的创造意识,训练学生的思维方法,是仿真技术类课程教学所面临的深层次问题。
利用CAD进行仿真模拟的步骤与技巧
利用CAD进行仿真模拟的步骤与技巧随着科技的不断进步，计算机辅助设计（CAD）已经成为了许多工程领域必不可少的工具之一。
CAD软件不仅能够帮助工程师和设计师更高效地进行设计和绘图，还可以通过仿真模拟来评估设计的性能和可行性。
本文将介绍利用CAD进行仿真模拟的步骤与一些技巧。
步骤一：准备CAD模型首先，我们需要使用CAD软件来创建或导入我们想要仿真模拟的物体或系统的模型。
无论是2D还是3D模型，都需要具备足够的准确性和详细性，以便于后续仿真的精确性。
步骤二：定义仿真目标在开始仿真之前，必须明确定义仿真的目标和要求。
这包括确定需要分析的因素或性能指标，例如机械系统的强度、流体系统的流量和压力等。
通过明确目标，可以使仿真过程更具针对性和有效性。
步骤三：选择合适的仿真类型根据仿真目标，选择合适的仿真类型是非常重要的。
CAD软件通常提供了不同种类的仿真类型，例如结构仿真、流体仿真、热仿真等。
根据需要，选择相应类型的仿真，以获得更精确和全面的分析结果。
步骤四：设定仿真边界和条件在进行具体的仿真设置之前，必须设定仿真边界和条件。
这包括定义边界条件，如固定或施加力；设置材料属性，如弹性模量和密度；确定仿真时间和步长等。
正确设置边界和条件是保证仿真结果准确性和可靠性的重要前提。
步骤五：进行仿真计算在完成仿真设置后，即可开始进行仿真计算。
根据CAD软件的提示和指引，进行仿真计算，并等待计算完成。
复杂的仿真可能需要较长的时间，这时可以利用软件的并行计算功能或者借助计算机集群来提高计算速度。
步骤六：分析和评估仿真结果完成仿真计算后，即可对仿真结果进行分析和评估。
CAD软件通常提供了丰富的分析工具和图表，以便于观察和理解仿真结果。
根据仿真目标，可以评估设计的性能和可行性，找出潜在的问题或改进方向。
技巧一：合理利用网格划分在进行仿真计算时，合理的网格划分可以对计算精度和计算效率产生重要影响。
过于精细的网格将增加计算量，而过于粗糙的网格会造成仿真结果不准确。
利用CAD进行模拟仿真的技术指南
利用CAD进行模拟仿真的技术指南CAD（计算机辅助设计）是现代工程设计中不可或缺的工具之一，其功能强大且多样化。
在CAD软件中，我们可以利用模拟仿真功能来验证和优化设计，以确保设计方案的可行性和性能。
本文将介绍利用CAD进行模拟仿真的技巧和指导。
第一步：建立准确的模型在开始仿真之前，首先需要建立准确的CAD模型。
在建模过程中，要确保模型的尺寸、比例和形状与实际设计一致。
合理使用CAD软件的绘图和建模工具，可以帮助我们轻松快速地完成模型的建立。
第二步：选择适合的仿真类型CAD软件通常提供多种仿真类型，如静力学仿真、动力学仿真、流体力学仿真等。
根据设计的特点和需求，选择合适的仿真类型非常重要。
例如，对于机械部件的设计，我们可以选择静力学仿真来验证其受力情况；对于液压系统的设计，我们可以选择流体力学仿真来分析液体的流动情况。
第三步：定义仿真参数和边界条件在进行仿真之前，我们需要定义一些关键参数和边界条件。
这些参数和条件将对仿真结果产生重要影响。
例如，在静力学仿真中，我们需要定义材料的弹性模量和材料的力学性质；在流体力学仿真中，我们需要定义流体的粘度、密度和边界条件等。
确保这些参数和条件准确无误是得到可靠仿真结果的关键。
第四步：进行仿真分析一旦定义好仿真参数和边界条件，就可以进行仿真分析了。
CAD软件会根据所设定的参数和条件进行计算，并给出相应的仿真结果。
根据需要，我们可以通过不同的输出方式来获取所需的仿真结果，如力学应力分布图、流体速度分布图等。
第五步：优化设计方案仿真结果可以帮助我们评估设计方案的性能和可行性。
通过对仿真结果的分析和对比，我们可以找到设计中的不足和问题，并针对性地进行优化和改进。
例如，在机械设备设计中，我们可以根据力学应力分布图找到应力集中的位置，并对该部位进行加强设计；在流体力学仿真中，我们可以根据流动情况来调整流体通道的尺寸和形状，以提高流体的传输效率。
第六步：验证优化后的设计在对设计方案进行优化后，我们需要再次进行仿真来验证优化后的设计。
CAD与仿真技术的结合
CAD与仿真技术的结合CAD（Computer-Aided Design）是计算机辅助设计的意思，广泛应用于各个领域，包括机械设计、建筑设计、电子电路设计等。
而仿真技术则是通过模拟系统或过程的行为来进行分析和评估的一种方法。
本文将探讨CAD与仿真技术的结合，以及这种结合为各个领域带来的好处。
一、CAD技术在工程设计中的应用CAD技术的应用使得工程设计从传统的手绘转变为用计算机进行。
它可以快速、准确地绘制各种工程图纸，包括平面图、立面图、施工图等。
CAD软件不仅提高了设计效率，而且使得设计过程变得更加灵活和容易修改。
设计人员可以进行三维建模，从不同角度观察设计产品，进行实时编辑和调整。
CAD技术还可以进行材料、结构和装配的优化，提供更好的设计方案。
二、仿真技术在工程分析中的应用仿真技术的应用使得工程分析从传统的理论计算转变为通过模拟来进行。
它可以模拟工程系统的行为，提供各种情况下的性能评估。
例如，在机械设计中，通过仿真可以评估零件的强度、刚度和疲劳寿命等。
在建筑设计中，通过仿真可以模拟建筑物在不同地震和风荷载下的响应。
仿真技术还可以对电路、电动机和飞行器等进行性能预测和优化。
三、CAD和仿真技术的结合，使得工程设计和分析变得更加紧密和高效。
CAD软件通常提供了与仿真软件的接口，可以将CAD模型快速导入仿真环境中进行分析。
同时，仿真结果也可以反馈到CAD软件中，进行进一步的设计和调整。
这种结合可以提供更加精确的设计和分析结果，减少了试错和成本。
四、CAD与仿真技术的应用案例1. 航空航天领域：CAD和仿真技术的结合在飞机和火箭的设计中起到关键作用。
通过CAD可以绘制出精确的飞机模型，并进行结构优化。
仿真技术可以模拟飞行过程中的气动性能和结构强度，评估飞行安全性。
2. 汽车工程领域：CAD和仿真技术的结合在汽车设计和碰撞分析中有着广泛应用。
CAD技术可以绘制汽车的外观和内部结构，仿真技术可以模拟汽车在不同碰撞情况下的变形和安全性能。
计算机仿真技术与CAD第1章仿真软件-MATLAB
频域分析
通过傅里叶变换等方法，将 时域信号转换为频域信号， 进而分析电路的频率响应特
性。
传输函数分析
对于线性时不变电路，可以 通过求解传输函数来分析电 路的性能，如幅频特性、相 频特性等。
非线性电路仿真设计实例
非线性电阻电路仿真
通过搭建包含非线性电阻元件的 电路模型，并使用MATLAB进行 仿真分析，可以研究非线性电阻 对电路性能的影响。
02
三维线图与曲面图
使用plot3()函数绘制三维线图， 通过surf()或mesh()函数绘制三 维曲面图。
03
视图调整与色彩映 射
利用view()函数调整三维图形视 角，通过colormap()函数设置色 彩映射。
图像处理基本操作
图像读取与显示
使用imread()函数读取图像文件，通过imshow()函 数显示图像。
应仿真等。
多领域融合仿真：随着多学科 交叉融合的不断深入，
MATLAB有望进一步拓展其在 多领域融合仿真方面的能力， 提供更加全面、综合的解决方
案。
实时仿真和硬件在循环（HIL）仿真： 随着实时仿真和硬件在循环（HIL） 仿真技术的不断发展，MATLAB有望 提供更加高效、精确的实时仿真和 HIL仿真支持，满足复杂系统仿真的
利用系统的输入输出数据，通过一定 的数学方法确定系统的模型结构和参 数。这种方法不需要了解系统的内部 机制，但需要大量的实验数据。
03
混合建模法
结合机理建模和系统辨识的方法，充 分利用已知的系统信息和实验数据， 建立更准确的系统模型。
线性系统时域分析法
经典控制理论
基于传递函数和频率响应的方法，通过求解系统的微分方程或差分方程，得到系统的时域响应。这种方法适用于 单输入单输出（SISO）线性定常系统。
利用CAD进行电路设计与仿真的方法
利用CAD进行电路设计与仿真的方法电路设计是电子工程师必备的技能之一。
借助计算机辅助设计（CAD）软件，可以快速、准确地完成电路设计和仿真。
本文将介绍利用CAD进行电路设计与仿真的方法，帮助读者更好地应用这一工具。
1. 确定电路需求在开始设计之前，首先需要明确电路的功能和需求。
要设计的电路可能是一个简单的放大器、滤波器或一个复杂的数字处理电路。
了解电路的功能和需求对整个设计过程至关重要。
2. 选择合适的CAD软件市面上有多种CAD软件可供选择，如Altium Designer、Cadence Allegro、PADS等。
根据自己的设计需求和个人偏好选择合适的软件进行电路设计与仿真。
3. 创建电路原理图使用CAD软件创建电路原理图是进行电路设计的第一步。
根据电路功能和需求，将不同的元件如电阻、电容、晶体管等连接在一起，并进行相应的电气连接。
确保原理图的布局清晰、易于理解。
4. 添加元件参数和数值在原理图中添加元件参数和数值非常重要。
元件参数包括阻值、电容值、电感值等，这些参数将决定电路的性能。
在添加元件参数时，要确保数值准确且与设计需求匹配。
5. 进行电路仿真仿真是电路设计过程中的关键步骤之一。
借助CAD软件的仿真功能，可以模拟电路的工作情况，验证电路的性能和设计是否满足需求。
根据具体的仿真需求，选择仿真工具并进行仿真设置。
6. 优化电路设计根据仿真结果，对电路设计进行优化。
可能需要调整元件参数、改变拓扑结构或添加补偿电路等，以改善电路的性能。
通过多次仿真和优化，逐步接近设计目标。
7. PCB布局与布线设计完成电路设计后，需要进行PCB（Printed Circuit Board）布局与布线设计。
将元件的连接关系转化为实际的电路板设计，确保电路元件之间的距离、布线的走向以及供电和接地等要素的合理分布。
同时，还要考虑电路板的尺寸和连接接口的布置。
8. 调试与验证完成PCB设计后，可以制作电路板并进行实际调试与验证。
第1章 计算机辅助设计与仿真技术概述
22
返 回
上 页
下 页
其概念和内涵正在不断地发展中。早在1972年10 月的国际信息处理联合会（IFIP）在荷兰召开的“关 于 CAD原理的工作会议”上给出如下定义：CAD是一种 技术，其中人与计算机结合为一个问题求解组，紧密 配合，CAD是工程技术人员以计算机为工具，对产品 和工程进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计 活动的总称 。
10
返 回
上 页
下 页
常用的数理统计分析方法有最大似然概率估算法， 最大似然概率辨识法等。
混合模型（hybrid model） ——过程开发模型又 叫混合模型或元模型（meta-model）,把几种不同模型 组合成一种混合模型，实际上，一些软件开发单位都 是使用几种不同的开发方法组成他们自己的混合模型。 混合模型兼具物理模型和数学模型的优点,将两者有 机地结合起来,有效地提高了试验研究的精度,可用以 解决单一模型不易解决和不能解决的问题。
21
返 回
上 页
下 页
1.3 计算机辅助设计的基本概念
1.3.1 计算机辅助设计的概念
计算机辅助设计（ Computer Aided Design简称 CAD）技术是利用计算机高速而精确的计算能力、大容 量存储和处理数据的能力，结合设计者的综合分析、逻 辑判断及创造性思维，用以加快设计进程、缩短设计周 期、提高设计质量的技术。
下 页
由于我们所面临的工程问题越来越复杂，计算机仿 真是一门综合性的新学科，它取决于计算机工具本身硬 件与软件的发展，又依赖于仿真计算方法在精度与效率 方面的研究与提高，还要服从于计算机仿真对象学科领 域的发展需要, 所以, 计算机仿真是多种学科 互相渗透、 相互融合又与多种学科相关联的边缘科学。
CAD(计算机辅助设计技术
CAD（计算机辅助设计技术)1、CAD 技术简史CAD技术起步于50 年代。
60年代，随着计算软硬件技术的发展，CAD开始迅速发展。
在这个时期，CAD 技术的出发点是用传统的三视图来表达零件，以图纸为媒介进行技术交流，这就是二维计算机绘图技术。
这种以二维绘图为目标的CAD技术一直持续到70年代末期。
以后作为CAD技术的一个分支而相对独立稳定地发展。
早期应用较为广泛的是CADAM软件，近十年来占据绘图市场主导地位的是Autodesk公司的AutoCAD 软件。
目前，中国的CAD用户特别是早期用户中，二维绘图仍占相当大的比重。
2、CAD技术史上的几场革命自从50年代CAD技术发展以来，到今天的广泛应用，此间经历了几次大的技术性革命，历述如下：2.1 第一次CAD技术革命--曲面造型系统60年代出现的三维CAD系统只是简单的线框式系统，它只能表达基本的几何信息，不能有效地表达几何数据间的拓扑关系。
由于缺乏形体的表面信息，CAE及CAM均无法实现。
进入70年代，正值飞机和汽车工业蓬勃发展的时期。
，此间飞机及汽车制造中遇到的大量的自由曲面问题，在当时只能用多截面视图和特征纬线的方式来进行表达。
由于三视图方法表达的不完整性以及工业上的应用的需求的推动，此时法国人提出了贝赛尔算法使得用计算机处理曲线及曲面问题变的可行。
同时，法国达索飞机制造公司也基于此算法，在二维绘图系统CADAM的基础上，开发出以表面模型为特点的三维造型系统CATIA。
CATIA的出现，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使得CAM技术的开发有了实现的基础。
曲面造型系统CATIA为人类带来了第一次CAD技术革命，改变了以往只能借助油泥模型来近似表达曲面的工作方式。
在这个时期，CAD技术价格极其昂贵，软件商品化程度也很低。
只有少数几家受到国家财政支持的军火商，在70年代冷战时期才有条件独立开发或依托某厂商发展CAD技术。
CAE技术、CAD技术简介
CAE（计算机辅助工程）技术简介CAE（计算机辅助工程设计，Computer Aided Engineering）是一种先进的设计手段，起源于70年代，是现代先进制造业必需的手段之一，它比传统的CAD设计更高级，一般是在设计工工程师完成产品的三维几何模型后，在计算机内对三维模型进行仿真分析，这样可以提前预知产品的性能和设计缺陷，比如可以提前预测产品的强度、产品的寿命、系统的噪音、系统的散热性能和流动特性等等。
通过对产品的CAE分析，能大大缩短产品的开发周期，大大降低产品的设计成本和实验成本。
目前该技术已在世界许多国家的企业广泛应用，解决了成千上万个新产品开发中的技术难题。
据统计，企业应用CAE技术可为企业节省成本20%以上，增加利润25%以上，可缩短产品的研发周期和产品上市的时间。
表一： CAE(计算机辅助工程设计)技术服务内容简介一、CAD的概念和作用计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称CAD）是电子计算机技术应用于工程领域产品设计的新兴交叉技术。
定义：计算机系统在工程和产品设计的整个过程中，为设计人员提供各种有效工具和手段，加速设计过程，优化设计结果，从而达到最佳设计效果的一种技术。
CAD技术的首要任务是为产品设计和生产对象提供方便、高效的数字化表示和表现的工具。
数字化表示是指用数字形式为计算机所创建的设计对象生成内部描述，象二维图、三维线框、曲面、实体和特征模型；而数字化表现是指在计算机屏幕上生成真实感图形、创建虚拟现实环境进行漫游、多通道人机交互、多媒体技术等。
广义CAD包含的内容很多，例如：概念设计、三维设计、优化设计、有限元分析、工程绘图、工艺设计、计算机仿真、数控加工、产品数据管理等。
二、CAD的关键技术CAD技术是一项综合性的，集计算机图形学、数据库、网络通讯等计算机及其他领域知识于一体的高新技术；是先进制造技术的重要组成部分；也是提高设计水平、缩短产品开发周期、增强行业竞争能力的一项关键技术。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《自控系统数字仿真》实验指导书西安建筑科技大学信息与控制工程学院目录目录 (1)1 课程简介，实验内容及学时安排 (1)1.1 课程简介 (1)1.2 实验内容及学时安排 (1)2 《线性系统理论基础》课程实验 (3)实验一 MATLAB的基本运算和符号运算的使用 (3)实验二 MATLAB语言程序设计和图形绘制 (8)实验三 Simulink基础 (12)实验四连续系统数值积分法仿真 (17)附录一MATLAB 函数参考........................................................ 错误！未定义书签。
附录二控制工具箱介绍............................................................... 错误！未定义书签。
1 课程简介，实验内容及学时安排1.1 课程简介《自控系统数字仿真》课程是电子信息类专业及仪器测量类专业本科生的专业应用技术课程，通过本课程的学习，使学生建立系统仿真的基本概念、掌握常用的仿真方法、模型的建立、仿真常用参数的选择、系统参量间的配合，能够分析仿真结果与实际系统响应的关系，掌握系统仿真在控制系统设计中应用等。
同时对当今最具代表性的控制系统数字仿真语言——MATLAB/Simulink进行学习，掌握MATLAB 的基本概念和原理，侧重于学习MATLAB语言编程基础与技巧，数值分析算法的MATLAB实现，着重掌握动态系统的数学模型及仿真工具SIMULINK等。
《自控系统数字仿真》课程作为联系理论教学内容与“课程设计”、“毕业设计”等实践教学环节的一门专业类课程，是以提高学生能力为主要目的的，《自控系统数字仿真实验》是学习数字仿真技术的一个重要环节。
通过该实验课的基本训练，使学生充分理解控制系统仿真的原理，掌握基本的仿真步骤和方法，熟悉MATLAB软件的使用，具备对一般控制过程的仿真能力，为学生在今后的学习、工作中提供一个强有力的工具，能有效地加强教学中的实践教学环节，培养学生的独立工作能力和创造性思维能力，为学生今后从事该领域的科学研究和技术开发工作打下扎实的基础。
1.2 实验内容及学时安排本课程的实践环节单元实验和综合实验构成，目前实验主要基于MATLAB仿真软件进行仿真实验。
单元实验每个实验2学时，综合实验4学时，要求学生一人一机，独立完成，由此使学生得到较全面的基础训练。
通过该课程的实验训练，应达到下列要求：1. 使学生掌握控制系统仿真的基本方法和手段；2. 使学生了解MATLAB仿真软件的使用方法和基本编程方法，重点掌握MATLAB控制工具箱的使用方法；学会使用Simulink；3. 能对简单的实际系统进行仿真计算和分析。
2 《线性系统理论基础》课程实验实验一 MATLAB的基本运算和符号运算的使用一、实验目的1．熟悉MATLAB 开发环境，掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算；2．熟悉符号对象和符号表达式；掌握符号表达式和符号函数的操作，学习求解符号代数方程。
二、实验基本知识(一)熟悉MATLAB 环境：MATLAB环境是一种为数值计算、数据分析和图形显示服务的交互式的环境。
MATLAB有3种窗口，即：命令窗口（The Command Window）、m-文件编辑窗口（The Edit Window）和图形窗口（The Figure Window），而Simulink另外又有Simulink模型编辑窗口。
熟悉MATLAB 桌面和命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览器、文件和搜索路径浏览器。
(二)掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算；●●MATLAB变量与运算符表1 MATLAB 的特殊变量与常量表2 MATLAB 算术运算符表5 MATLAB 特殊运算●表6 子数组访问与赋值常用的相关指令格式●表7 两种运算指令形式和实质内涵的异同表MATLAB 的常用函数表8 标准数组生成函数(三) 符号运算基本指令1、符号对象的生成和使用：syms三、实验内容练习A1、新建一个文件夹（自己的名字命名）；2、启动MATLAB，将该文件夹添加到MATLAB 路径管理器中（File→Set Path→Add Folder）；3、学习使用help 命令，例如在命令窗口输入help eye ，然后根据帮助说明，学习使用指令eye（其它不会用的指令，依照此方法类推）；4、学习使用clc、clear，了解其功能和作用，观察command window 、command history 和workspace 等窗口的变化结果；练习B1输入一个2 维数值数组，体会标点符号的作用（空格和逗号的作用）；2两种运算指令形式和实质内涵的比较。
设有3 个二维数组A（2×4），B（2×4），C（2×2），写出所有由2 个数组参与的合法的数组运算和矩阵指令；3学习使用表8 列出的常用函数（通过help 方法）；4利用diag()，ones()生成下如下矩阵5 0 -2 0 0 0 0 00 4 0 -2 0 0 0 00 0 3 0 -2 0 0 00 0 0 2 0 -2 0 03 0 0 0 1 0 -2 00 4 0 0 0 0 0 -20 0 5 0 0 0 -1 00 0 0 6 0 0 0 -2四、实验设备及注意事项1.计算机174台；2.MATLAB软件1套。
注意不同版本MATLAB软件的异同。
五、实验报告要求记录完成实验内容所采取的步骤、方法和结果。
六、预习要求及思考题要求实验前，必须预习实验知识点，按实验内容的要求的做好设计，并写出根据自己的理解应得的结果，以便在实验时进行比较、验证。
实验二 MATLAB语言程序设计和图形绘制一、实验目的1.熟悉MATLAB 程序编辑与设计环境，掌握各种编程语句语法规则及程序设计方法；2.函数文件的编写和设计；3.学习MATLAB 图形绘制的基本方法，熟悉和了解MATLAB 图形绘制程序编辑的基本指令；4.熟悉掌握利用MATLAB 图形编辑窗口编辑和修改图形界面，并添加图形的各种标注。
二、实验基本知识（一）程序流程控制语句1、for 循环结构语法：for i＝初值：增量：终值语句1…语句nend说明：1）i＝初值：终值，则增量为1。
2）i＝初值、增量、终值，则增量可正可负，可以是整数，也可以是小数，只须符合数学逻辑。
2、while 循环结构语法：while 逻辑表达式循环体语句end说明：1）whiIe 结构依据逻辑表达式的值判断是否执行循环体语勾。
若表达式的值为真，执行循环体语句一次，在反复执行时，每次都要进行判断。
若表达式的值为假，则程序执行end 之后的语句。
2）为了避免因逻辑上的失误，而陷入死循环，建议在循环体语句的适当位置加break 语句、以便程序能正常执行。
（执行循环体的次数不确定；每一次执行循环体后，一定会改变while 后面所跟关系式的值。
）3）while 循环也可以嵌套、其结构如下：while 逻辑表达式1循环体语句1while 逻辑表达式2循环体语句2end循环体语句3end3、if-else-end 分支结构语法：if 表达式1语句1else if 表达式2(可选)语句2else(可选)语句3Endend说明：1）if 结构是一个条件分支语句，若满足表达式的条件，则往下执行；若不满足，则跳出if 结构。
2）if 表达式2 与else 为可选项，这两条语句可依据具体情况取舍。
3）每一个if都对应一个end，即有几个if，记就应有几个end 。
4、switch-case 结构语法：switch 表达式case 常量表达式1语句组1case 常量表达式2语句组2……otherwise语句组nend说明：1）switch 后面的表达式可以是任何类型，如数字、字符串等。
2）当表达式的值与case 后面常量表达式的值相等时，就执行这个case 后面的语句组如果所有的常量表达式的值都与这个表达式的值不相等时，则执行otherwise 后的执行语句。
5、程序流程控制指令break 、return 、pause（二） 函数文件的结构和编写方法函数只能在函数体内对变量进行操作，也就是只能访问函数本身工作空间中的变量。
M 函数文件的结构：1. 函数定义行（function ）2. H1 行（函数帮助文本的第一行）3. 函数帮助文本4. 函数体5.注释注意：① 函数文件编写后，保存时，其文件名必须与函数名相同；② 函数名不要与MATLAB 自身的函数命令相同。
（三） 线性坐标图形绘制1） plot(x,y)——绘制由x,y 所确定的曲线；2） 多组变量绘图：plot(x1, y1, 选项1, x2, y2, 选项2, ……)； 3） 双Y 轴绘图：plotyy( )函数； 4） 图形窗口的分割（subplot ）；5） 图形编辑窗口的使用（Edit →Figure Properties ）。
三、实验内容 （一） 程序设计熟悉MATLAB 程序编辑与设计环境。
在MATLAB 的m-文件编辑窗口完成下面编程任务。
（在MATLAB 主界面上选择菜单“File →New →M-file ”就打开了一个新的m-文件编辑窗口；选择菜单“File/Open ”就可以打开一个已经存在的m-文件。
） 1、用for 循环语句实现求1～100 的和。
2、编写命令文件：计算1000321<++++n 的最大n 值。
3、编写函数文件：分别用for 和while 循环结构编写程序，求2的0到n 次幂的和。
（二）图形绘制1、输入所给程序，观察产生的图形，分析各语句的功能，再按要求进行相关的实验。
（1）t=(0:pi/50:2*pi)'; k=0.4:0.1:1; Y=cos(t)*k; plot(t,Y)再实验plot(t), plot(Y), plot(Y,t)，观察产生图形的不同。
（2）用图形表示连续调制波形y=sin(t)sin(9t) 及其包络线。
t=(0:pi/100:pi)';y1=sin(t)*[1,-1];y2=sin(t).*sin(9*t);t3=pi*(0:9)/9;y3=sin(t3).*sin(9*t3);plot(t,y1,'r:',t,y2,'b',t3,y3,'bo');axis([0,pi,-1,1])2、运行下列程序，观察结果，请用命令为图形加标题“受热压力容器温度与压力的阶跃响应曲线”，为x轴加标注“时间t（s）”、y轴分别加标注“温度C（\circ）”及“压力F（MPa）”。