0.5 基于MATLAB的控制系統仿真的現狀

作為一種面向科學與工程計算的高級語言，MATLAB由于使用極其方便、而且提供豐富的矩陣處理功能，所以很快引起控制理論領域研究人員的高度重視，并在此基礎上開發了控制理論與CAD和圖形化模塊化設計方法相結合的控制系統仿真工具箱，目前它已成為國際控制界最流行的計算機仿真與CAD語言。

MATLAB可以在各種類型的機型上運行，如PC及兼容機、Macintosh及Sun工作站、VAX機、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計算機等。使用MATLAB語言進行編程，可以不做任何修改直接移植到這些機器上運行，它與機器類型無關。這大大拓寬了MATLAB語言的應用范圍。

MATLAB語言除可以進行傳統的交互式編程來設計控制系統以外，還可以調用它的控制系統工具箱來設計控制系統。許多使用者還結合自己的研究領域將擅長的CAD方法與MAT-LAB結合起來，制作了大量的控制系統工具箱，如控制系統工具箱、系統辨識工具箱、魯棒控制工具箱、模型預測控制工具箱、神經網絡工具箱、優化工具箱、模糊邏輯工具箱和遺傳算法與直接搜索工具箱等?？梢哉f伴隨著控制理論的不斷發展和完善，MATLAB的工具箱也在不斷地增加和完善。MATLAB的Simulink和Stateflow功能的增加使控制系統的設計更加簡便和輕松，而且可以設計更為復雜的控制系統。用MATLAB設計出控制系統進行仿真后，可以利用MATLAB的工具在線生成C語言代碼，用于實時控制。可以毫不夸張地說，MATLAB已不僅是一般的編程工具，而是作為一種控制系統的設計平臺出現的。目前，許多工業控制軟件的設計就明確提出了與MATLAB的兼容性。

MATLAB及其工具箱將一個優秀軟件包的易用性、可靠性、通用性和專業性，以及以一般目的應用和高深的專業應用完美地集成在一起，并憑借其強大的功能，先進的技術和廣泛的應用，使其逐漸成為國際性的計算標準，為世界各地數十萬名科學家和工程師所采用。今天，MATLAB的用戶團體幾乎遍及世界各大學、公司和政府研究部門，其應用也已遍及現代科學和技術的方方面面。

下面是MATLAB的幾個典型應用，由此可見一斑。

瑞典Lunds大學反射物理學研究所在一項為期3個月的極地探險計劃中廣泛使用MAT-LAB及其工具箱，在北冰洋研究放射性物質對環境生態學的影響。研究人員主要用MATLAB進行數據分析，用神經網絡工具箱辨識北冰洋流木的年輪圖案，并據此識別這些漂流數年的樹木成長自何方。

Forsmark核電站使用MATLAB優化反應堆的功率輸出。工程師們從堆芯讀取大量數據，算出燃料棒和控制棒的最佳位置，以便產生最大的輸出功率。這是一個極為龐大且十分復雜的數值分析問題，包括分析17000個以上的節點。為了簡化計算過程，Forsmark用MATLAB開發出他們自己的圖形用戶界面，這個圖形用戶界面容許沒有任何使用經驗的使用者執行計算和評價分析結果。Forsmark還使用MATLAB建模和分析各種設想的失效及擾動情況。在反應堆中當發生擾動時，數據必須被詳細分析，以便確定擾動的原因。借助于MATLAB和它的系統辨識及控制工具箱，Forsmark的工程師們將分析時間從原來的1周減少到現在的15 min。

Calspan先進技術中心試驗高度可修改的實驗型飛行器，它可以成倍地提高其他飛行器的性能。其仿真程序運行在一組并行操作的浮點DSP上，所用硬件來自DSPACE。飛行器和飛行控制系統首先在地面用Simulink模塊建模、仿真，然后用實時Workshop生成C源代碼并被下載到飛行器的DSP上。當實驗飛機飛行時，試飛員可以在飛機預先編好的程序DSP模塊控制時評價飛行器和飛行控制系統，飛行中各種控制參數可以直接被調整并被下載給硬件做試驗，這種形式的實時試驗節省大量時間和經費，一個飛行控制系統在其原型被建立之前就可以完成幾乎全部試驗。