用數位電腦對連續系統進行仿真的方法。採用這種方法時首先將連續系統的數學模型轉變為適合在數位電腦上進行試驗的仿真模型,實現這種轉變的計算方法主要有微分方程數值解法和離散相似法。
微分方程數值解法 連續系統的數學模型通常可用一組
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用同樣方法可以計算出下一個計算步長h後的y值:
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按此方法遞推下去,便可根據f 算出變量 y 隨時間變化的全過程。用y1,y2,…,yk,…表示y(t1),y(t2),…,y(tk) ,…。解算的關鍵是如何用數字計算機計算
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離散相似法 直接從傳遞函數或狀態方程轉換為適合在數字計算機上處理的離散傳遞函數或離散狀態方程的方法。它分為傳遞函數轉換法和狀態方程轉換法兩種。
傳遞函數轉換法 從系統的傳遞函數G(s)求出與它特性相似的離散傳遞函數G(z)的方法。其步驟是:①對輸入信號u(t)進行采樣,使之成為離散信號u(kT),T為采樣周期,k=0,1,2,…,②用信號重構器將 u(kT)恢復為連續信號ūt,③設信號重構器的傳遞函數為GH(s),則G(z)=z{GH(s)·G(s)},式中z表示對括號內的函數取Z變換。
為瞭保證仿真精度,要求采樣周期T 符合采樣定理,即T ≤π/ωm,其中ωm為輸入信號的最大角頻率。實際可采用的信號重構器都不可能完全恢復原來輸入的連續信號,所以會引起誤差。減少這種誤差的辦法是在信號重構器前或後增加一個補償器。另外還有一種直接利用s和z的替換關系由G(s)求出G(z)的方法,稱為替換法。如歐拉替換:
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狀態方程轉換法 從連續狀態方程經過離散化處理而求出與它特性相似的離散狀態方程的方法。離散化處理的過程與傳遞函數轉換法類似,因此同樣存在由信號重構器所造成的誤差,也可用補償的辦法來減少。如果能將輸入信號ut增廣為系統的狀態量,則可完全避免這部分誤差,此法稱為增廣矩陣法。
步驟 連續系統數字仿真的具體步驟是:①選擇合適的計算方法構成離散化的仿真模型。②選擇積分步長、積分時間。若采用浮點運算則不必選比例尺。③編制仿真程序框圖,按指定的語言編寫源程序。④將源程序和數據輸入計算機,上機求解。⑤記錄輸出的數據和圖形。
參考書目
G.A.科恩、J.V.韋特著,李仰東等譯:《連續系統數字仿真》,科學出版社,北京,1981。(G.A.Korn,J.V.Wait, Digital Continuous System Simulation, Prentice-Hall, Englewood Cliffs,N.J.,1978.)
John M.Smith, Mathematical Modelin gnd Digital Simulation for Enginerrs and Scientists, John Wiley and Sons, New York,1977.