0.5 基于MATLAB的控制系统仿真的现状

作为一种面向科学与工程计算的高级语言，MATLAB由于使用极其方便、而且提供丰富的矩阵处理功能，所以很快引起控制理论领域研究人员的高度重视，并在此基础上开发了控制理论与CAD和图形化模块化设计方法相结合的控制系统仿真工具箱，目前它已成为国际控制界最流行的计算机仿真与CAD语言。

MATLAB可以在各种类型的机型上运行，如PC及兼容机、Macintosh及Sun工作站、VAX机、Apollo工作站、HP工作站、DECstation工作站、SGI工作站、RS/6000工作站、Convex工作站及Cray计算机等。使用MATLAB语言进行编程，可以不做任何修改直接移植到这些机器上运行，它与机器类型无关。这大大拓宽了MATLAB语言的应用范围。

MATLAB语言除可以进行传统的交互式编程来设计控制系统以外，还可以调用它的控制系统工具箱来设计控制系统。许多使用者还结合自己的研究领域将擅长的CAD方法与MAT-LAB结合起来，制作了大量的控制系统工具箱，如控制系统工具箱、系统辨识工具箱、鲁棒控制工具箱、模型预测控制工具箱、神经网络工具箱、优化工具箱、模糊逻辑工具箱和遗传算法与直接搜索工具箱等。可以说伴随着控制理论的不断发展和完善，MATLAB的工具箱也在不断地增加和完善。MATLAB的Simulink和Stateflow功能的增加使控制系统的设计更加简便和轻松，而且可以设计更为复杂的控制系统。用MATLAB设计出控制系统进行仿真后，可以利用MATLAB的工具在线生成C语言代码，用于实时控制。可以毫不夸张地说，MATLAB已不仅是一般的编程工具，而是作为一种控制系统的设计平台出现的。目前，许多工业控制软件的设计就明确提出了与MATLAB的兼容性。

MATLAB及其工具箱将一个优秀软件包的易用性、可靠性、通用性和专业性，以及以一般目的应用和高深的专业应用完美地集成在一起，并凭借其强大的功能，先进的技术和广泛的应用，使其逐渐成为国际性的计算标准，为世界各地数十万名科学家和工程师所采用。今天，MATLAB的用户团体几乎遍及世界各大学、公司和政府研究部门，其应用也已遍及现代科学和技术的方方面面。

下面是MATLAB的几个典型应用，由此可见一斑。

瑞典Lunds大学反射物理学研究所在一项为期3个月的极地探险计划中广泛使用MAT-LAB及其工具箱，在北冰洋研究放射性物质对环境生态学的影响。研究人员主要用MATLAB进行数据分析，用神经网络工具箱辨识北冰洋流木的年轮图案，并据此识别这些漂流数年的树木成长自何方。

Forsmark核电站使用MATLAB优化反应堆的功率输出。工程师们从堆芯读取大量数据，算出燃料棒和控制棒的最佳位置，以便产生最大的输出功率。这是一个极为庞大且十分复杂的数值分析问题，包括分析17000个以上的节点。为了简化计算过程，Forsmark用MATLAB开发出他们自己的图形用户界面，这个图形用户界面容许没有任何使用经验的使用者执行计算和评价分析结果。Forsmark还使用MATLAB建模和分析各种设想的失效及扰动情况。在反应堆中当发生扰动时，数据必须被详细分析，以便确定扰动的原因。借助于MATLAB和它的系统辨识及控制工具箱，Forsmark的工程师们将分析时间从原来的1周减少到现在的15 min。

Calspan先进技术中心试验高度可修改的实验型飞行器，它可以成倍地提高其他飞行器的性能。其仿真程序运行在一组并行操作的浮点DSP上，所用硬件来自DSPACE。飞行器和飞行控制系统首先在地面用Simulink模块建模、仿真，然后用实时Workshop生成C源代码并被下载到飞行器的DSP上。当实验飞机飞行时，试飞员可以在飞机预先编好的程序DSP模块控制时评价飞行器和飞行控制系统，飞行中各种控制参数可以直接被调整并被下载给硬件做试验，这种形式的实时试验节省大量时间和经费，一个飞行控制系统在其原型被建立之前就可以完成几乎全部试验。