Simulink中连续与离散模型的区别Word格式文档下载.doc

1、离散就是指时间上的离散，离散模型就是指离散时间模型，而在物理世界中他们都同属于连续系统。为什么要将一个连续模型离散化呢？主要是是从系统的数学模型来考虑的，前者是用微分方程来建模的，而后者是用差分方程来建模的，并且差分方程更适合计算机计算，并且前者的仿真算法（simulationsolver）用的是数值积分的方法，而后者则是采用差分方程的状态更新离散算法。 在simpowersystem库中，对某些物理器件，既给出的它的连续模型，也给出了它的离散模型，例如：离散模型一个很重要的参数就是采样时间sampletime，如何从数学建模的角度将一个连续模型离散化，后面会有介绍。在simpowersyst

2、em中常用powergui这个工具来将系统中的连续模型离散以便采用discrete算法便于计算机计算。 QQ截图20130914190906.png （69.79 KB, 下载次数: 1）下载附件 保存到相册 2013-9-14 19:09 上传2.连续模型的数学建模vs离散模型的数学建模Note：这里的连续和离散都是指时间上的连续和离散，无关乎现实世界的连续系统和离散系统。所谓数学建模就是用什么样的数学语言来描述模型， 连续系统的数学模型通常可以用以下几种形式表示：微分方程、传递函数、状态空间表达式，这三中形式是可以相互转换的，其中又以状态空间表达式最有利于计算机计算。 微分方程：一个连续系

3、统可以表示成高阶微分方程，即QQ截图20130914190955.png （19.33 KB, 下载次数:10 上传 传递函数上式两边取拉普拉斯变换，假设 y 及 u 的各阶导数（包括零阶）的初值均为零，则有QQ截图20130914191024.png （17.29 KB, 下载次数:于是便得微分方程的传递函数描述形式如下：QQ截图20130914191031.png （9.03 KB, 下载次数:11 上传状态空间表达式线性定常系统的状态空间表达式包括下列两个矩阵方程：QQ截图20130914191121.png （2.5 KB, 下载次数:（7-1）QQ截图20130914191127.p

4、ng （2.94 KB, 下载次数: （7-2）式（7-1）由n 个一阶微分方程组成，称为状态方程；式（7-2）由l个线性代方程组称为输出方程因此获得如下的状态方程与输出方程（令a0=1 ）:QQ截图20130914191222.png （27.38 KB, 下载次数: 2）12 上传离散模型假定一个系统的输入量、输出量及其内部状态量是时间的离散函数，即为一个时间序列：捕获.JPG （9.81 KB, 下载次数: 6）2013-9-14 17:50 上传，其中T为离散时间间隔，其实T也就是上文中的sample time。再强调一次，这里的离散模型是指离散时间模型，与现实世界中的离散事件模型没有

5、任何关系，在simpowersystem中所讲的离散都是指时间上的离散，与我们在信号中学的那个离散概念没有关系。离散时间模型有差分方程、离散传递函数、权序列、离散状态空间模型等形式。差分方程差分方程的一般表达式为：QQ截图20130914191256.png （5.31 KB, 下载次数:13 上传同样差分方程可以转换成后面那些表达形式。3.连续模型的离散化正如7.1.连续系统vs离散系统中截图所示的那样，如何由一个连续模型得到它的离散模型，（RMSdiscrete RMS value），以及powergui是通过什么方法将连续模型离散化的，即simulator是如何将微分方程转换成差分方程的

6、。假设连续系统的状态方程为捕获.JPG （8.54 KB, 下载次数:52 上传现在人为地在系统的输入及输出端加上采样开关，同时为了使输入信号复员 为原来的信号，在输入端还要加一个保持器，如图所示。现假定它为零阶保持器，即假定输入向量的所有分量在任意两个依次相连的采样瞬时为常值，比如，对第n个采样周期u（t）=u（nt），其中 T 为采样间隔。QQ截图20130914191337.png （21.82 KB, 下载次数:由采样定理可知，当采样频率ws和信号最大频率wmax满足ws2wmax的条件时，可由采样后的信号唯一地确定原始信号。把采样后的离散信号通过一个低通滤波器，即可实现信号 的重构。

7、值得注意的是，图所示的采样器和保持器实际上是不存在的，而是为了将式离散化而虚构的。下面对上式进行求解，对方程式两边进行拉普拉斯变换，得 即 QQ截图20130914175433.png （1.54 KB, 下载次数:55 上传 通过一系列的拉斯反变换和卷积，最终得到其差分方程（具体过程不用关心）QQ截图20130914175543.png （43.82 KB, 下载次数:56 上传QQ截图20130914191427.png （2.97 KB, 下载次数:15 上传统称为系统的离散系数矩阵。在转换过程中引入了一个重要参数T，即采样间隔，也就是采样时间，不管是powergui还是其他离散模型，只

8、要涉及到离散，都必然会涉及到sampletime，如下图QQ截图20130914191439.png （34.78 KB, 下载次数:那么sample time 一般取多大呢，一直满足采样定理即可，即信号的采样频率大于信号本身最大频率的2倍即可。4. simulator连续模型的仿真算法（simulatesolver，也可译成仿真解算器）和步长的概念。QQ截图20130914191629.png （28.07 KB, 下载次数:16 上传连续系统的计算机仿真算法是数值积分法，即计算机用数值积分来解微分方程，从而得到其近似解。具体方法如下 欧拉法和改进的欧拉法：现有微分方程如下：QQ截图2013

9、0914191456.png （7.06 KB, 下载次数:上式右端的积分，计算机是无法求出的，其几何意义为曲线f（t,y）在区间（ti ,ti+1）上的面积。当（ti ,ti+1）充分小时，可用矩形面积来近似代替：QQ截图20130914191712.png （3.1 KB, 下载次数:17 上传其中h即为积分步长。Note:在simulator仿真计算时，h实际为仿真时间间隔。因此可得下式：QQ截图20130914191718.png （2.86 KB, 下载次数:因此只要知道当前状态和步长，便可得到下一状态。其几何意义如下：QQ截图20130914175806.png （2.41 KB,

10、 下载次数:58 上传分析其误差特性：由泰勒展式可得：QQ截图20130914175830.png （1.91 KB, 下载次数:可知其截断误差 QQ截图20130914175906.png （1003 Bytes, 下载次数:59 上传是和步长h2成正比的，因此计算机在计算时，若要使近似积分精度更高，就要减小步长，但会增加截断误差。改进的欧拉法（预测校正法）对积分公式（3.1.2）式利用梯形面积公式计算其右端积分，得到QQ截图20130914175957.png （1.4 KB, 下载次数:2013-9-14 18:00 上传将上式写成递推差分格式为：QQ截图20130914180026.png （992 Bytes, 下载次数:01 上传从上式可以看出，在计算 yn+1中，需要知道fn+1，而fn+1=f（tn+1,fn+1）又依赖于yn+1本身。因此要首先利用欧拉法计算每一个预估的ypn+1，以此值代入原方程式计算fpn+1，最后利用下式求修正后的ypn+1。所以改进的欧拉法可描述为