控制系统数字仿真 要点

词汇表

1. 解析法：就是运用已经掌握的理论知识对控制系统进行理论上的分析、计算。它是一种纯理论上的试验分析方法，在对系统的认识过程中具有普遍意义。

2. 实验法：对于已经建立的实际系统，利用各种仪器仪表及装置，对系统施加一定类型的信号，通过测取系统的响应来确定系统性能的方法。

3. 仿真分析法：就是在模型的基础上所进行的系统性能分析与研究的实验方法，它所遵循的基本原则是相似原理。

4. 模拟仿真：采用数学模型在计算机上进行的试验研究称之为模拟仿真。

5. 数字仿真：采用数学模型，在数字计算机上借助于数值计算的方法所进行的仿真试验称之为数字仿真。

6. 混合仿真：将模拟仿真和数字仿真结合起来的仿真方法。

7. 数值计算：有效使用数字计算机求数学问题近似解的方法与过程。数值计算主要研究如何利用计算机更好的解决各种数学问题，包括连续系统离散化和离散形方程的求解，并考虑误差、收敛性和稳定性等问题。

8. 病态问题：闭环极点差异非常大的控制系统叫做病态系统，解决这类系统的问题就叫病态问题。

9. 显式算法：在多步法中，若计算第k+1次的值时，需要的各项数据均是已知的，那么这种算法就叫做显式算法。

10. 隐式算法：在多步法中，若计算第k+1次的值时，又需要用到第k+1次的值，即算式本身隐含着当前正要计算的量，那么这种算法就叫做隐式算法。

11. 数值稳定性：数值积分法求解微分方程，实质上是通过差分方程作为递推公式进行的。在将微分方程离散为差分方程的过程中，有可能将原本稳定的系统变为不稳定系统。如果某个数值计算方法的累积误差不随着计算时间无限增大，则这种数值方法是稳定的，反之是不稳定的。

12. 实体：就是存在于系统中的具有实际意义的物体。

13. 属性：就是实体所具有的任何有效特征。

14. 活动：系统内部发生的任何变化过程称之为内部活动；系统外部

发生的对系统产生影响的任何变化过程称之为外部活动。

15. 描述模型：是一种抽象的、无实体的，不能或者很难用数学方法精确表示的，只能用语言描述的系统模型。

16. CAD技术：Computer Aided Design 的英文缩写，CAD技术就是将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与设计者的综合分析、逻辑判断及创造性思维结合起来，用以加快设计进程、缩短设计周期、提高设计质量的技术。

17. 机理模型法：采用由一般到特殊的推理演绎方法，对已知结构、参数的物理系统运用相应的物理定律，经过合理的分析简化而建立起来的描述系统各物理量动、静态变化性能的数学模型。

18. 统计模型法：采用由特殊到一般的逻辑、归纳方法，根据一定数量的在系统运行中实测的物理数据，运用统计规律、系统辨识等理论合理估计出反映系统各物理量相互制约的关系的数学模型。

19. 系统零极点：使系统传递函数分母为零的根叫做系统的极点；使系统传递函数分子为零的根叫做系统的零点。

20. 微分方程：表示未知函数的导数以及自变量之间关系的方程，就叫做微分方程。

21. 紊流：当流体的雷诺系数大于2000时，流体的流态叫紊流。

22. 层流：当流体的雷诺系数小于2000时，流体的流态叫层流。

23. 实现问题：根据控制系统的传递函数描述求取其相应的状态空间描述。

24. 最小二乘曲线拟合：拟合出的曲线为数据点最小误差的二次和最小。

25. 插值：根据已知数据点，估计中间数据点的方法。

26. 线性系统：能用线性微分方程描述其输入和输出关系的称为线性系统。

27. 非线性系统：系统中包含非线性特性的元件，即为非线性系统。

28. 连续系统：系统的各部分的输入和输出信号都是连续函数的模拟量。

29. 离散系统：系统中一处或多处的信号以脉冲列或者数码的形式传

递的系统。

30. 传递函数：初始条件为零的线性定常系统书出的拉普拉斯变换与输入的拉普拉斯变换之比。

31. 鲁棒性：是指控制系统在一定（结构，大小）的参数摄动下，维持某些性能的特性。根据对性能的不同定义，可分为稳定鲁棒性和性能鲁棒性。

32. DCS控制系统：即分布式控制系统，又称集散控制系统。是相对于集中控制系统而言的一种控制系统，它依靠网络将控制系统的各个部分连接起来。

33. 非最小相位系统：控制系统传递函数的零点或极点具有正实部，或有延迟环节。

34. FFT：即快速傅氏变换，是离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。

35. Z变换：离散控制系统的拉普拉斯变换。与连续系统的拉氏变换相对应。

36. 广义Z变换：一种能够将两个采样时刻间的信息保存的Z变换方法，是扩展的Z变换。

37. 时域分析：以时间为横坐标，利用关于时间的函数曲线分析系统特性的方法叫时域分析。

38. 频域分析：以频率为横坐标，利用关于频率的函数曲线分析系统特性的方法叫频域分析。

39. 根轨迹：当控制系统的某一参数发生变化时，特征方程的根在s 平面上运动的轨迹叫根轨迹。

40. 超调：在系统的阶跃响应过程中，实际输出超过给定值的现象。

41. 超前/滞后校正：如果校正部分的传递函数的极点小于零点，则该校正部分在高于某一频率范围时会给系统一个正相移，称作相位超前校正；如果校正部分的传递函数的极点大于零点，则该校正部分会给系统一个负相移，称作相位滞后校正。

42. 目标函数：目标函数是衡量控制系统控制性能的评判工具，它的

大小就说明了控制性能的优劣。

43. 单纯形：所谓单纯形是指变量空间内最简单的形体。如在二维平面内，正三角形就是单纯形。

44. ITAE准则：这是一种目标函数，它是指系统实际输出与系统给定的误差绝对值与时间的乘积的积分。

45. 可控性：如果在有限时间区间内存在容许控制向量u(t)，能使此系统从初始状态转移到原点，则称该初始状态是能控的；若状态空间中所有的点都是能控的，那么就称该系统是能控的。

46. 可观性：对于连续线性系统，若存在一个时刻t1，使得系统以某非零状态为初始状态的输出恒为零，则称该非零状态不能观测。若系统的所有非零状态都不为不能观测，则系统是完全能观的。

47. 全状态反馈控制：是以系统的所有状态变量为反馈变量的控制形式。

48. 输出反馈控制：是以系统的输出作为反馈变量的控制形式。

49. 时间最优控制：最优控制的一种，以时间为目标函数，实现调节时间最短的控制方法。

50. 相平面：以状态变量及其导数为坐标轴构成的平面叫相平面。

答疑库

问题1：什么是仿真？它所遵循的基本原则是什么？

解答：仿真是建立在控制理论，相似理论，信息处理技术和计算技术等理论基础之上的，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助专家经验知识，统计数据和信息资料对试验结果进行分析和研究，进而做出决策的一门综合性的试验性科学。

它所遵循的基本原则是相似原理。

问题2：在系统分析与设计中仿真法与解析法有何区别？各有什么特点？

解答：解析法就是运用已掌握的理论知识对控制系统进行理论上的分析，计算。它是一种纯物理意义上的实验分析方法，在对系统的认识过程中具有普遍意义。由于受到理论的不完善性以及对事物认识的不全面性等因素的影响，其应用往往有很大局限性。

仿真法基于相似原理，是在模型上所进行的系统性能分析与研究的实