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Simulink/Stateflow组态开发和仿真原理的分析与研究

作　者: 潘虎
导　师: 李毅
学　校: 电子科技大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: Simulink/Stateflow 计算机仿真图形组态求解器
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着数字计算机的普及,近几十年来国内、外出现了许多的专门用于计算机数字仿真的语言与工具,如CSMP, SIMNON, MATLAB/SIMULINK, BUILD, CSMP-C等。随着计算机控制技术的发展,组态和仿真软件平台工具也日渐成熟。组态仿真软件在实现工业控制的过程中免去了大量烦琐的编程工作,解决了长期以来控制工程人员缺乏计算机专业知识与计算机专业人员缺乏控制工程现场操作技术和经验的矛盾,极大地提高了工作效率。Simulink/Stateflow提供了一个组态开发建模、仿真和综合分析的集成环境。它是一种框图设计环境,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。本文基于Simulink/Stateflow对组态开发和仿真进行分析和研究,最终实现一个组态仿真的原型。论文首先分析了Simulink中所利用的组态软件的图形组态思想,然后讲述了Simulink中的仿真模块,介绍了模块库,仿真的一般过程,子系统和采样时间等。求解器是Simulink仿真中的核心,它提供了各种算法来求解模型,包含了定步长的和不定步长的众多的求解器。Simulink的仿真要经过模型的编译、链接,然后进入仿真循环阶段。Stateflow是Simulink的一个特殊的子系统,它可以进行复杂的逻辑的编程处理,并生成代码和Simulink结合在一起。它的设计利用了有限状态机的思想,用不同状态之间的转换来实现逻辑流程。对于原型的实现主要由图形模块和仿真模块两部分构成。利用MFC和面向对象的思想设计和实现图形模块。在设计图元时,抽象出了图形元素的共性设计成基类,其它的类都由基类派生而来,属性对话框则有对话框类派生而来。利用虚函数和多态的思想,画图的时候就可以利用各个图形对象的画图函数来画图。图形的保存有很多的方式,主要利用了链表的数据结构,方便了图形的删除和添加,结合MFC中序列化的思想可以很好的把图形保存到文件当中,以及从文件之中读取。仿真模块的设计中介绍了几种主要系统的仿真设计方法,包含了连续系统和采样控制系统,以及离散事件系统。其中重点研究了采样控制系统,它包含了离散模块和连续模块的仿真,这也是实际当中常用的仿真系统。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 研究的背景及意义  9-10
  1.2 课题的目的与理论依据  10-13
    1.2.1 开发工具Visual C++简介  11
    1.2.2 面向对象的思想  11-13
    1.2.3 MFC 简介  13
  1.3 课题主要工作与章节安排  13-15
第二章背景技术及Simulink/Stateflow 简介  15-30
  2.1 图形组态的发展  15
  2.2 计算机仿真简介  15-21
    2.2.1 系统与模型  16-17
    2.2.2 计算机仿真  17-19
    2.2.3 仿真的作用  19
    2.2.4 仿真算法与仿真软件  19-21
    2.2.5 计算机仿真的一般过程  21
  2.3 Simulink 简介  21-26
    2.3.1 MATLAB/Simulink 的发展历程  21-22
    2.3.2 Simulink 的应用领域  22
    2.3.3 Simulink 在MATLAB 家族中的位置  22-23
    2.3.4 Simulink 中的关键概念  23-26
  2.4 Stateflow 与有限状态自动机  26-28
  2.5 Simulink 模型与Stateflow Charts  28-29
  2.6 本章总结  29-30
第三章 Simulink/Stateflow 仿真机制  30-38
  3.1 求解器的分析  30-32
  3.2 Simulink 中仿真的分析  32-34
  3.3 Stateflow 原理分析  34-38
    3.3.1 Stateflow charts 语义分析  34-37
    3.3.2 用流向图构建逻辑式  37-38
第四章图形模块的设计与实现  38-57
  4.1 图形组态的技术与功能概述  38-42
    4.1.1 组态软件的结构  38-39
    4.1.2 图形组态的设计方式与MFC 关键技术  39-41
    4.1.3 模块功能概述与总体设计方案  41-42
  4.2 图元类的设计与实现  42-48
    4.2.1 类的总体设计  42
    4.2.2 基类的设计  42-44
    4.2.3 基类的派生类和其它类的设计  44-48
  4.3 绘图与编辑图形  48-53
    4.3.1 绘图操作  48-49
    4.3.2 图形的选择  49-51
    4.3.3 图形的缩放和鼠标的自适应  51-52
    4.3.4 显示绘图元素的属性  52
    4.3.5 删除图元  52-53
  4.4 文档的存取  53-55
  4.5 本章总结  55-57
第五章仿真模块的设计  57-68
  5.1 连续系统仿真  57-61
    5.1.1 数值积分法的设计  57-60
    5.1.2 其它方法及算法选择  60-61
  5.2 离散事件系统仿真  61-62
  5.3 采样控制系统  62-67
    5.3.1 采样控制系统的仿真算法  63-64
    5.3.2 采样控制系统的仿真设计  64-67
  5.4 本章总结  67-68
第六章结论  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-72

Simulink/Stateflow组态开发和仿真原理的分析与研究

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