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文檔簡介

1、第六章 simulink模塊庫介紹第六章 simulink模塊庫介紹第六章 simulink模塊庫介紹6.1常用模塊庫初學(xué)simulink,常用模塊(commonly used blocks)使用最為頻繁。在simulink瀏覽器中,單擊左側(cè)“commonly used blocks”節(jié)點(diǎn),可打開常用模塊庫。圖 1 常用模塊庫第六章 simulink模塊庫介紹 常用模塊庫包括:bus creator(總線信號產(chǎn)生器),commonly bus selector(常用總線信號選擇器),constant(常數(shù)模塊),data type conversation(數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換),demux(信號分離

2、器),mux(信號合成器),gain(增益)等。第六章 simulink模塊庫介紹1、總線信號生成與總線信號選擇模塊 bus creator用于將多個(gè)信號合成為一個(gè)總線信號;bus selector選擇總線信號的一個(gè)或多個(gè)。 如圖2所示,有三種輸入信號:正弦、階躍、脈沖。為便于觀察,設(shè)置階躍信號階躍時(shí)間為1.2s,初始值為0,終止值為0.5(如圖3所示)。bus creator輸入信號改為3(圖4)。bus selector選擇信號1和3(圖5)。雙擊scope模塊,再單擊parameters參數(shù),將坐標(biāo)數(shù)改為2。最終運(yùn)行效果如圖6所示。第六章 simulink模塊庫介紹圖 2圖 3圖 4第六

3、章 simulink模塊庫介紹圖 5圖 6第六章 simulink模塊庫介紹2、信號合成與信號分離模塊 mux和demux功能與總線信號生成和總線信號選擇模塊近似。但是mux與demux是對所有信號進(jìn)行合成與分離的。 雙擊mux模塊,在參數(shù)對話框?qū)umber of inputs參數(shù)改為3。同樣設(shè)置demux,將number of outputs參數(shù)改為3。仿真結(jié)果如圖8所示。第六章 simulink模塊庫介紹圖 7圖 8第六章 simulink模塊庫介紹3、數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換模塊 data type conversion 可將輸入數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換為指定輸出類型。具體選擇有:inherit(與輸入數(shù)據(jù)保

4、持一致)、double、single、int8等。同時(shí)可以選擇取整方向。zero:向零取整;nearest:向最接近整數(shù)取整;floor:向負(fù)無窮取整;ceiling:向正無窮取整。第六章 simulink模塊庫介紹4、積分模塊 integrator模塊為連續(xù)時(shí)間積分單元。雙擊圖9中該模塊,在initial condition可設(shè)置積分其初始值,在limit output可設(shè)置輸出最大和最小值。仿真運(yùn)行結(jié)果如圖10所示。圖 9第六章 simulink模塊庫介紹圖 10第六章 simulink模塊庫介紹5、離散時(shí)間積分模塊 discrete time integrator(離散時(shí)間積分),可完成

5、離散系統(tǒng)積分作用。如圖11所示,雙擊離散積分模塊,設(shè)置gainvalue(積分增益值),改變積分速度。在sample time文本框可設(shè)置離散積分采樣時(shí)間,如設(shè)置為-1,表示與輸入信號采樣時(shí)間一致。在limit output可設(shè)置積分輸出上下限。在圖11中設(shè)置discrete time integrator1模塊增益值為2,采樣時(shí)間為0.5,仿真結(jié)果如圖12所示。第六章 simulink模塊庫介紹圖 11第六章 simulink模塊庫介紹圖 12第六章 simulink模塊庫介紹6、乘法與加法模塊 product乘法器模塊用以求輸入信號的乘積,雙擊模塊可設(shè)置端口數(shù)。sum模塊用來求輸入信號的加

6、、減。在list of signs可設(shè)置加減法符號。在icon shape列表可修改其外形。第六章 simulink模塊庫介紹7、關(guān)系操作及邏輯操作模塊 relation operator關(guān)系操作模塊可用來比較兩個(gè)輸入信號的大小關(guān)系。logic operator邏輯操作模塊可用來求兩輸入變量的邏輯操作。第六章 simulink模塊庫介紹圖 13第六章 simulink模塊庫介紹例:此系統(tǒng)可用如下方程表示 系統(tǒng)的輸出只與當(dāng)前的輸入值有關(guān),而且隨著仿真時(shí)間的繼續(xù)在兩個(gè)不同的代數(shù)方程之間切換。5if*105if*2tuytuy第六章 simulink模塊庫介紹圖 14第六章 simulink模塊庫介

7、紹圖 15第六章 simulink模塊庫介紹 這里使用signal routing模塊庫中的switch模塊實(shí)現(xiàn)切換功能。switch模塊有三個(gè)輸入端口,它根據(jù)第二個(gè)輸入端口(中間的輸入)的值來判斷輸出第一個(gè)輸入端口(最上面的端口)或第三個(gè)輸入端口(最下面的端口)的值,因此,第一個(gè)輸入和第三個(gè)輸入被稱為數(shù)據(jù)輸入,而第二個(gè)輸入則被稱為控制輸入。圖16是switch模塊的參數(shù)對話框。第六章 simulink模塊庫介紹圖 16第六章 simulink模塊庫介紹8、增益、輸入、輸出及終端模塊gain可用來設(shè)置信號的放大倍數(shù);in1(輸入)在建子系統(tǒng)時(shí)作為信號的輸入接口; out1(輸出)在建子系統(tǒng)時(shí)作

8、為信號的輸出接口;終端(terminator)可用來連接沒有與其它模塊連接的輸出端口。第六章 simulink模塊庫介紹6.2連續(xù)系統(tǒng)模塊庫 嚴(yán)格說來,一個(gè)具體的物理系統(tǒng)通常都是非線性系統(tǒng),而且是以分布參數(shù)的形式存在的,但是由這樣的非線性系統(tǒng)建立的數(shù)學(xué)模型,在需要求解非線性方程和偏微分方程時(shí),是非常困難的。因此,在誤差允許的范圍內(nèi),可以將非線性模型線性化,或者直接用線性集總參數(shù)模型描述物理系統(tǒng)。simulink中的continuous模塊庫提供了適用于建立線性連續(xù)系統(tǒng)的模塊,包括積分器模塊、傳遞函數(shù)模塊、狀態(tài)空間模塊和零-極點(diǎn)模塊等,這些模塊為用戶以不同形式建立線性連續(xù)系統(tǒng)模型提供了方便,如圖

9、17所示。第六章 simulink模塊庫介紹圖 17第六章 simulink模塊庫介紹連續(xù)模塊組v傳遞函數(shù)模塊v狀態(tài)方程模塊v零極點(diǎn)增益模塊v微分器、積分器、延遲、pid控制器第六章 simulink模塊庫介紹圖18所示為彈簧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)。圖中,小車所受外力為f,小車位移為x。設(shè)小車質(zhì)量為m=1,彈簧彈性系數(shù)k=3,阻尼系數(shù)f=4。設(shè)系統(tǒng)的初始狀態(tài)設(shè)為靜止平衡點(diǎn) 外力函數(shù)為幅值等于1的階躍量,仿真此小車的運(yùn)動(dòng)。(0)(0)0 xx圖 18第六章 simulink模塊庫介紹解法1: 構(gòu)建常微分方程根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律,得到小車的運(yùn)動(dòng)方程將相關(guān)參數(shù)代入上式得將上述微分方程改寫為式中kxfxmxf43

10、xxxf( )43xu txx( )u tf第六章 simulink模塊庫介紹利用積分模塊構(gòu)建simulink模塊u(t)xxx圖 19第六章 simulink模塊庫介紹圖 20小車位移隨時(shí)間的變化第六章 simulink模塊庫介紹解法2: 利用傳遞函數(shù) 利用拉普拉斯變換,彈簧質(zhì)量阻尼器微分方程可以轉(zhuǎn)化為如下形式的傳遞函數(shù)代入?yún)?shù)值,有2( )1( )( )u sh sy smsfsk2( )1( )( )43u sh sy sss第六章 simulink模塊庫介紹圖 21第六章 simulink模塊庫介紹解法3:零極點(diǎn)表達(dá)式 零極點(diǎn)表達(dá)式與傳遞函數(shù)相同,由解法2的傳遞表達(dá)式,我們可以得到(

11、)1( )( )(3)(1)u sh sy sss第六章 simulink模塊庫介紹圖 22第六章 simulink模塊庫介紹解法4:狀態(tài)方程xaxbuycxdu1212431100010 xxuxxyux 狀態(tài)空間方程具有如下一般形式:可以求得:第六章 simulink模塊庫介紹圖 23第六章 simulink模塊庫介紹例 蹦極跳系統(tǒng) 按照物理規(guī)律,自由下落的物體滿足牛頓運(yùn)動(dòng)定律:f = ma。在這個(gè)系統(tǒng)中,假設(shè)繩子的彈性系數(shù)為k,它的拉伸影響系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)。如果定義繩索下端的初始位置為0位置,x為拉伸位置,那么用b(x)表示繩子的張力,這個(gè)影響可以表示為0if00if)(xxkxxb第六章

12、 simulink模塊庫介紹 設(shè)m為人的質(zhì)量,g是重力加速度,a1、a2是空氣阻尼系數(shù),則系統(tǒng)方程可以表示為 在matlab中建立這個(gè)方程的simulink模型,這里需要使用兩個(gè)積分器,因?yàn)榉匠讨邪膶?dǎo)數(shù)的最高階數(shù)為2,一旦x及其導(dǎo)數(shù)模型建立完畢,則可以使用一個(gè)增益模塊(gain模塊)表示空氣阻力比例系數(shù),并使用function模塊表示空氣阻力中的非線性部分。因?yàn)閎(x)是通過門檻為0的x條件式確定的,所以這里使用一個(gè)switch模塊來實(shí)現(xiàn)判斷條件。最終的系統(tǒng)simulink模型方塊圖如圖24 所示。xxaxaxbmxm |)(g21第六章 simulink模塊庫介紹圖 24第六章 simu

13、link模塊庫介紹圖 25第六章 simulink模塊庫介紹6.3非連續(xù)系統(tǒng)模塊庫 此模塊庫在以前版本中也成為非線性模塊庫,包含一些非線性運(yùn)算模塊。圖 26第六章 simulink模塊庫介紹1、saturation(飽和度)模塊 該模塊對一個(gè)信號設(shè)定上下限。當(dāng)輸入在lower limit和upper limit范圍內(nèi)變化時(shí),輸入信號無變化輸出。若輸入信號超出范圍,則信號被限幅(值為上限或下限)。圖 27第六章 simulink模塊庫介紹2、dead zone(死區(qū)模塊) 模塊的輸出取決于輸入和截止區(qū)的大小:(1)若輸入落在截止區(qū)內(nèi),則輸出為0(2)若輸入大于或等于上限值,則輸出等于輸入減去上限

14、值。(3)若輸入小于或等于上限值,則輸出等于輸入減去下限值。圖 28第六章 simulink模塊庫介紹3、wrap to zero(限零)模塊 當(dāng)輸入信號超過threshold參數(shù)限定值時(shí),模塊產(chǎn)生零輸出;當(dāng)輸入信號小于或等于限定值時(shí),輸入信號無變化輸出。圖 29第六章 simulink模塊庫介紹4、backlash(磁滯回環(huán))模塊 該系統(tǒng)可以在三種模式之一:disengaged 在這種模式下,輸入不驅(qū)動(dòng)輸出,輸出保持不變。 engaged in a positive direction 在這種模式下,輸入增加(具有正斜率),輸出等于輸入減去死區(qū)寬度的一半。 engaged in a nega

15、tive direction 在這種模式下,輸入降低(具有負(fù)斜率),輸出等于輸入加上死區(qū)寬度的一半。 第六章 simulink模塊庫介紹 backlash塊好似兩個(gè)齒嚙合 下面這張圖說明當(dāng)輸入在死區(qū)寬度內(nèi),輸入不驅(qū)動(dòng)輸出,即處于disengaged模式。 第二張圖說明輸入到達(dá)邊界時(shí),進(jìn)入engaged in a positive direction 模式。圖 30圖 31第六章 simulink模塊庫介紹 最后一張圖說明,當(dāng)進(jìn)入engaged 模式時(shí),輸入如何影響輸出。圖 32第六章 simulink模塊庫介紹 上圖中backlash模塊使用默認(rèn)設(shè)置:deadband width=1,初始輸出

16、為0.圖 33圖 34第六章 simulink模塊庫介紹5、繼電器(relay)模塊 在兩個(gè)值中輪流輸出。當(dāng)模塊狀態(tài)為on時(shí),此狀態(tài)一直保持直到輸入下降到比swich off point參數(shù)值??;若為off,此狀態(tài)一直保持直到輸入超過swich on point參數(shù)值。圖 35第六章 simulink模塊庫介紹6.4離散系統(tǒng)模塊庫 離散系統(tǒng)模塊主要包括用于建立離散采樣系統(tǒng)的模塊。該模塊庫主要包括:圖 36第六章 simulink模塊庫介紹1、unit delay(單位延遲)模塊 該模塊延遲一個(gè)采樣周期。2、integer delay(整數(shù)延遲)模塊 該模塊將輸入延遲n個(gè)采樣周期,n為自然數(shù)。圖

17、 37第六章 simulink模塊庫介紹例:人口的動(dòng)態(tài)變化一年的人口數(shù)量依賴于:(1)前一年的人口(2)人口的繁殖速率r,假設(shè)r=1.05(3)資源k,假設(shè)k=1000000(4)人口的初始值,假設(shè)為100000整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型可由下面的差分方程給出:(1)( )(1)1p np nrp nk 第六章 simulink模塊庫介紹圖 38圖 39第六章 simulink模塊庫介紹3、discrete transfer fcn(離散傳遞函數(shù))模塊 discrete transfer fcn模塊主要是以z多項(xiàng)式形式描述離散系統(tǒng)。 discrete transfer fcn模塊可實(shí)現(xiàn)如下標(biāo)準(zhǔn)形式的

18、傳遞函數(shù): num和den包含z按降冪排列的分子和分母系數(shù),分子的階次必須大于或等于分母的階次。10011001numnumnumnum( )( )den( )dendendennnnmmmzzzzh zzzzz第六章 simulink模塊庫介紹例:描述某lti系統(tǒng)的方程為:求系統(tǒng)的單位序列零狀態(tài)響應(yīng)h(k)。解:對方程進(jìn)行z變換得由上式可得 ) 1(2)()2(61) 1(61)(kfkfkykyky12111( )( )( )( )2( )66fffyzz yzz yzf zz f z12122( )122( )1111( )16666fyzzzzh zf zzzzz第六章 simulin

19、k模塊庫介紹圖 40圖 41第六章 simulink模塊庫介紹4、 discrete zero-pole (零極點(diǎn)傳遞函數(shù)零極點(diǎn)傳遞函數(shù))模塊 discrete zero-pole模塊用來實(shí)現(xiàn)零極點(diǎn)形式的離散系統(tǒng),對于單輸入單輸出的系統(tǒng),傳遞函數(shù)的形式如下: 這里,z是零點(diǎn)向量,p是極點(diǎn)向量,k是零極點(diǎn)增益。極點(diǎn)的數(shù)目必須大于等于零點(diǎn)數(shù)目,即nm,零點(diǎn)和極點(diǎn)可以為復(fù)數(shù)。 )()()()()()()(2121nmpzpzpzzzzzzzkzpzzkzh第六章 simulink模塊庫介紹對方程進(jìn)行變換得(2)( )11()()23z zh zzz第六章 simulink模塊庫介紹圖 42第六章 s

20、imulink模塊庫介紹4離散濾波器離散濾波器discrete filter模塊實(shí)現(xiàn)iir和fir濾波器,用戶必須以z-1的降冪排列指定分子和分母系數(shù)。discrete filter模塊通常是信號處理人員以z-1多項(xiàng)式形式描述數(shù)字濾波器,即nnmmzzzzzzzhdendendennumnumnum)(den)(num)(110110111第六章 simulink模塊庫介紹6.5邏輯與位操作模塊庫 logic and bit operation(邏輯與位操作)模塊庫提供了建立邏輯系統(tǒng)及數(shù)字系統(tǒng)simulink建模的基本模塊。圖 42第六章 simulink模塊庫介紹6.6數(shù)學(xué)操作模塊 math

21、 operation(數(shù)學(xué)操作)模塊庫提供了與數(shù)學(xué)運(yùn)算相關(guān)的simulink仿真模塊。圖 43第六章 simulink模塊庫介紹1、sum,add,subtract,sum of elements 這幾個(gè)模塊通過參數(shù)設(shè)置,都可以實(shí)現(xiàn)加、減操作。2、bias(偏差)模塊 該模塊用于將輸入量加上偏差。所依據(jù)公式為: y=u+bias式中,u為模塊輸入;y為輸出;bias為偏差。3、gain(增益)模塊 將模塊的輸入乘上一個(gè)指定的常數(shù)、變量或表達(dá)式后輸出。第六章 simulink模塊庫介紹4、product(乘積)模塊 該模塊對輸入進(jìn)行乘法或除法運(yùn)算。5、math function(數(shù)學(xué)函數(shù))模塊

22、該模塊可以進(jìn)行多種常用數(shù)學(xué)函數(shù)運(yùn)算。6、rounding function模塊 該模塊用于實(shí)現(xiàn)常用的數(shù)學(xué)取整函數(shù)。第六章 simulink模塊庫介紹6.7表格查詢模塊 look up(表格查詢)模塊庫可以用來建立一維、二維或多維表格查詢的simulink仿真模型。主要模塊如下圖所示。其中主要包括:一維表格查詢模塊、二維表格查詢模塊、多維表格查詢模塊。圖 44第六章 simulink模塊庫介紹例:試建立一個(gè)二維表格查詢的simulink仿真模型 如圖45所示。雙擊sine wave模塊,彈出參數(shù)對話框,設(shè)置如圖46所示。對rounding function模塊進(jìn)行設(shè)置,如圖47所示。雙擊look

23、up table(2-d)模塊,在row index input value文本框中輸入行索引值,在column index input values文本框中輸入列索引值。在table data文本框中輸入表格元素值。第六章 simulink模塊庫介紹圖 45圖 46第六章 simulink模塊庫介紹圖 47圖 48第六章 simulink模塊庫介紹6.8端口與子系統(tǒng)模塊 port&subsystems(端口與子系統(tǒng))模塊庫用于創(chuàng)建各類子系統(tǒng)模型。該模塊庫所含模塊如下圖所示。圖 49第六章 simulink模塊庫介紹8.9信號路由模塊 signal(信號路由)模塊庫用于控制信號的傳遞路

24、徑。打開信號路由模塊庫,如下圖所示。圖 50第六章 simulink模塊庫介紹1、bus creator、bus select 它們分別用于生成信號總線或從輸入總線上選擇信號2、manual switch、multiport switch 這兩個(gè)模塊可在模塊輸入信號之間進(jìn)行選擇。3、merge(合并)模塊 該模塊用于合并多重信號到一個(gè)信號第六章 simulink模塊庫介紹例:用信號路由模塊及其它模塊建立simulink仿真模型圖 51第六章 simulink模塊庫介紹 pulse generator、sine wave以及step模塊設(shè)置如下(其它使用默認(rèn)設(shè)置):圖 52第六章 simulink模塊庫介紹最后的仿真結(jié)果如下:圖 53第六章 simulink模塊庫介紹6.10接收模塊 sinks(接收)模塊庫中主要包括:圖 54第六章 simu

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