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    MATLAB-基于模型的设计仿真平台
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  • MATLAB 是美国 MathWorks 公司开发的用于解决科学计算和动态系统建模仿真的软件,经过多年发展,MATLAB 已经成为科学计算、控制系统开发、信号处理、通信等领域的业界标准工具,被广泛应用于航空航天与国防、汽车、教育等行业。MathWorks 公司一直致力于完善和优化基于模型设计的系统开发流程,世界各大知名汽车、航空航天

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            MATLAB 是美国 MathWorks 公司开发的用于解决科学计算和动态系统建模仿真的软件,经过多年发展,MATLAB 已经成为科学计算、控制系统开发、信号处理、通信等领域的业界标准工具,被广泛应用于航空航天与国防、汽车、教育等行业。

    MathWorks 公司一直致力于完善和优化基于模型设计的系统开发流程,世界各大知名汽车、航空航天与国防单位普遍使用MATLAB作为平台化的工具进行基于模型的设计。 MATLAB 为多领域系统设计提供了统一的开发环境,能够进行高性能动态系统的仿真、分析及测试,并能自动生成符合标准的高效嵌入式代码,为开发人员提供一体化工作平 台。
    产品介绍
             MATLAB 软件由 MATLAB 基础模块、Simulink 基础模块和其他90多个各应用领域的产品模块(Toolbox/Blockset 等)共同组成。

     

    1、MATLAB—科学计算语言

           MATLAB 环境提供了基于矩阵的数值计算功能和绘图功能,提供了一种交互式的高级编程语言—M语言,比 C/C++、Fortran 等更适合解决科学和技术问题。用户可以通过编写M语言脚本或者函数文件进行数据分析、可视化和算法开发等工作。

     

            MathWorks 公司开发了涉及各专业领域的工具箱,涵盖了科学计算、控制系统设计与分析、信号和图像处理、通信等领域;提供数据采集功能,可以获取硬件设备和软件的测试 数据,同时,能够使用曲线拟合、统计、优化等工具进行数据处理。利用 MATLAB 代码生成和编译器可以将M语言编写的函数生成 C/C++ 代码、共享库、COM 组件或可执行文件。

    2. Simulink— 基于模型的设计仿真平台

            Simulink 是以 MATLAB 为基础的可视化建模仿真工具,可对动态系统进行建模仿真,包括连续、离散、单速率、多速率、事件驱动和混合系统等。同时具有面向不同领域的 Simulink 模型库(Blocksets),包括航空航天库、控制系统、信号处理系统、通讯系统、机/电/液系统等。用户也可构建自己的模型库,或将已有的 MATLAB、C/C++、Fortran 函数封装成 Simulink 模块。
            Stateflow 是建立在 Simulink 基础上的用于事件驱动系统建模和仿真的工具。它基于有限状态机的理论,方便开发各种控制逻辑和控制流程。在通信系统中,可以使用 Stateflow 仿真通讯物理层(MAC Layer)协议。
            Simulink 代码生成工具能够自动将 Simulink 模型转换成高效的 C/C++ 和 HDL 代码。通过对代码生成工具的简单配置即可生成可靠易读的 C/C++ 和 HDL 代码。代码的生成、编译和下载过程都是自动完成的。

    应用&案例
    •  并行计算
            MATLAB 的并行计算工具利用计算机多核或多 CPU 的硬件特性,提高 MATLAB 的仿真计算能力。通过并行计算,用户能够完成单核无法处理的大型数据处理工作,还能够将大量重复性的仿真计算(如蒙特卡洛仿真)分配到多核中,大幅提升整 体计算速度。
     •  MATLAB在控制领域的应用
            MATLAB 已成为控制系统设计的标准化平台。MATLAB 提供了丰富的控制系统开发工具,其应用涵盖控制系统建模、分析、设计、仿真、实现等方面。
            针对被控对象建模,用户可以采用 Simulink 建立系统微分方程使用的模型,或者利用实验数据和 MATLAB/Simulink 的系统辨识、参数拟合等工具实现对象经验模型,还能够根据系统构型利用物理系统模型库中的元件(电力电子系统、机械系统、传动系统、液压系统、电气系统) 快速构建系统模型。
            被控对象模型建立后,用户可以利用 Simulink 集成的系统分析工具完成平衡点分析、线性化、线性模型进行时域和频域分析等工作。根据分析结果,用户可以通过图形化工具实现经典和现代控制算法设计,并与 被控对象形成闭环,测试、分析、调整闭环性能。用户也可以将控制算法模型生成代码,利用快速原型设备和台架检验、调试算法。
           在确定算法之后,用户可以将算法生成嵌入式代码与嵌入式控制软件集成;也可以选择在 Simulink 环境下集成全部控制算法、逻辑、驱动、通信协议等,通过嵌入式代码生成一次性完成控制软件的代码实现。
            被控对象模型能够通过代码生成功能,在后续的HIL测试和系统集成测试中继续发挥作用,使得整个开发过程前后连贯。
            对于航空航天、汽车等对嵌入式软件有高可靠性要求的应用,MATLAB/Simulink 还提供了诸如需求接口、模型标准检查、模型测试验证等工具,为整个基于模型的控制系统开发提供质量保障。
     •  MATLAB 在信号处理与通信领域的应用
            信号处理和通信应用广泛存在于航空航天、汽车设计制造、电子与半导体等多个领域。MATLAB 不但提供算法开发、数据分析和可视化功能,还提供了包括针对信号处理与通信的专业系统工具箱。除此之外,通过联合使用第三方的开发工具,在 Simulink 中开发的各种信号处理/通信算法模型可以直接下载到 DSP 和 FPGA 上,避免了大量的手工编程工作,提高开发效率。

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