1.5　MATLAB/Simulink下的控制系统仿真

在控制系统仿真初期，往往需要仿真技术人员自己用BASIC等语言去编写数值计算程序。例如，如果想求得系统的阶跃响应数据并绘制阶跃响应曲线，则首先需要编写一个求解微分方程的子程序，然后将原系统模型输入给计算机，通过计算机求出阶跃响应数据，然后编写一个画图的子程序，将所得的数据以曲线的方式绘制出来。显然，求解这样简单的问题需要花费很多的时间，并且由于没有纳入规范，往往不能保证求解结果的正确性。

自MATLAB问世以来，其应用范围越来越广，软件工具越来越完善，特别是MATLAB的控制系统工具箱及Simulink的问世，给控制系统的分析和设计带来了极大的方便，现已成为风行国际的、有力的控制系统计算机辅助分析工具。

控制系统的MATLAB/Simulink仿真有两种途径：

（1）在MATLAB的命令窗口下，运行M文件，调用指令和各种用于系统仿真的函数，进行系统仿真。

（2）直接在Simulink窗口上进行面向系统结构方框图的系统仿真；

这两种方式可解决任意复杂系统的动态仿真问题。

1.5.1　MATLAB适合控制系统仿真的特点

MATLAB具有以下主要特点，非常适合于控制系统的仿真。

（1）强大的运算功能。MATLAB提供了向量、数组、矩阵、复数运算，求解高次微分方程、常微分方程的数值积分等强大的运算功能，这些运算功能使控制理论及控制系统中经常遇到的计算问题得以顺利解决。

（2）特殊功能的TOOLBOX工具箱。MATLAB的TOOLBOX工具箱包括控制领域里常用的算法包，如模糊控制工具箱、鲁棒控制工具箱等，这些工具箱使得控制系统的计算与仿真变得方便。

（3）高效的编程效率。MATLAB提供了丰富的库函数，这些库函数都可以直接调用，而不必将其子程序的命令或语句逐一列出，大大提高了编程效率。在科学与工程应用的数值计算领域里，与传统使用BASIC、FORTRAN和C等语言设计程序相比，编程效率将提高好几倍。

（4）简单易学的编程语言。MATLAB的编程语言是脚本语言，这种解释性的语言简单易学。

（5）方便友好的编程环境。MATLAB提供了友好的用户界面和方便的帮助系统，十分方便操作者使用。

1.5.2　Simulink适合控制系统仿真的特点

Simulink是MATLAB重要软件包，用于对动态系统仿真，它适用于连续系统和离散系统，也适用线性系统和非线性系统。它采用系统模块直观地描述系统典型环节，因此可十分方便地建立系统模型而不需要花较多时间编程。正由于这些特点，Simulink广泛流行，被认为是最受欢迎的仿真软件。

Simulink实际上是面向结构的系统仿真软件，利用它进行系统仿真非常简单，只需要如下的几个步骤：

（1）启动Simulink，进入Simulink窗口；

（2）在Simulink窗口下，借助Simulink模块库，创建系统框图模型并调整模块参数；

（3）设置仿真参数后，启动仿真；

（4）输入仿真结果。

随着MATLAB软件的不断升级以及功能强大的TOOLBOX的出现，MATLAB将成为控制系统计算与仿真一个越来越强有力的工具，使控制系统的计算与仿真较传统方法发生革命性的变化，MATLAB正成为国内外控制领域内最流行的计算与仿真软件。