SIMULINK動態(tài)仿真2010課件

1、Simulink建模與仿真建模與仿真第第7講：講：Simulink仿真基礎仿真基礎lSimulink能做什么？能做什么？lSimulink介紹介紹l簡單例子簡單例子ldemo1、Simulink是什么？是什么？lSimulink是基于是基于MATLAB環(huán)境之上的高性能環(huán)境之上的高性能的系統(tǒng)級仿真設計平臺。的系統(tǒng)級仿真設計平臺。 是實現動態(tài)系統(tǒng)建是實現動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個集成環(huán)境。模和仿真的一個集成環(huán)境。l它可以非常容易的實現它可以非常容易的實現可視化建?？梢暬?，使得用戶，使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構建，而可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構建，而非語言的編程上。從而把理論研

2、究和工程實踐非語言的編程上。從而把理論研究和工程實踐有機的結合在一起。有機的結合在一起。lsimulink 模型模型： simulink模型在視覺上表現為方框圖，在模型在視覺上表現為方框圖，在文件上則是擴展名為文件上則是擴展名為mdl的的ASCII代碼；在數學代碼；在數學上體現為一組微分方程或差分方程；在行為上上體現為一組微分方程或差分方程；在行為上模擬了物理器件構成的實際系統(tǒng)的動態(tài)特性。模擬了物理器件構成的實際系統(tǒng)的動態(tài)特性。lsimulink 的一般結構：的一般結構：l在學術界和工業(yè)領域，在學術界和工業(yè)領域，SimulinkSimulink已經成為動態(tài)系統(tǒng)建已經成為動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真領域中

3、應用最為廣泛的軟件之一。模和仿真領域中應用最為廣泛的軟件之一。由于由于SimulinkSimulink是采用模塊組合方式來建模，從而可以使得是采用模塊組合方式來建模，從而可以使得用戶能夠快速、準確地創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)的計算機仿真模用戶能夠快速、準確地創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)的計算機仿真模型，評估不同地算法和結構，并驗證系統(tǒng)的性能。型，評估不同地算法和結構，并驗證系統(tǒng)的性能。lSimulinkSimulink模型可以用來模擬線性和非線性、連續(xù)和離模型可以用來模擬線性和非線性、連續(xù)和離散或者兩者的混合系統(tǒng)，散或者兩者的混合系統(tǒng)，也就是說它可以用來模擬幾也就是說它可以用來模擬幾乎所有可能遇到動態(tài)系統(tǒng)。另外乎所有可能遇

4、到動態(tài)系統(tǒng)。另外SimulinkSimulink還提供一套還提供一套圖形動畫的處理方法，使用戶可以方便的觀察到仿真圖形動畫的處理方法，使用戶可以方便的觀察到仿真的整個過程。的整個過程。lSimulinkSimulink沒有單獨的語言，但是它提供了沒有單獨的語言，但是它提供了S S函數規(guī)則。函數規(guī)則。所謂的所謂的S S函數可以是一個函數可以是一個M M函數文件、函數文件、FORTRANFORTRAN程序、程序、C C或或C+C+語言程序等語言程序等, ,通過特殊的語法規(guī)則使之能夠被通過特殊的語法規(guī)則使之能夠被SimulinkSimulink模型或模塊調用。模型或模塊調用。S S函數使函數使Sim

5、ulinkSimulink更加充更加充實、完備，具有更強的處理能力。實、完備，具有更強的處理能力。l同同MatlabMatlab一樣，一樣，SimulinkSimulink也不是封閉的也不是封閉的, ,他允許用他允許用戶可以很方便的戶可以很方便的定制自己的模塊和模塊庫定制自己的模塊和模塊庫。同時。同時SimulinkSimulink也同樣有比較也同樣有比較完整的幫助系統(tǒng)完整的幫助系統(tǒng)，使用戶，使用戶可以隨時找到對應模塊的說明，便于應用?？梢噪S時找到對應模塊的說明，便于應用。l目前，隨著軟件的升級換代，在軟硬件的接口方目前，隨著軟件的升級換代，在軟硬件的接口方面有了長足的進步，使用面有了長足的進

6、步，使用SimulinkSimulink可以很方便地可以很方便地進行進行實時的實時的信號控制和處理、信息通信以及信號控制和處理、信息通信以及DSPDSP的的處理。處理。2、Simulink介紹介紹l如何進入如何進入 新建一個新建一個.mdl文件文件l模塊庫模塊庫 公共模塊庫公共模塊庫：最基礎、最通用的模塊庫，：最基礎、最通用的模塊庫， 它可以被應用到不同的專業(yè)領域中。它可以被應用到不同的專業(yè)領域中。 專業(yè)模塊庫專業(yè)模塊庫 SIMULINK的模塊庫介紹的模塊庫介紹lSIMILINK模塊庫按功能進行分為以下模塊庫按功能進行分為以下9類子庫：類子庫：Continuous（連續(xù)模塊庫）（連續(xù)模塊庫）D

7、iscrete（離散模塊庫）（離散模塊庫）Function&Tables（通用函數及列表庫）（通用函數及列表庫）Math（數學函數庫）（數學函數庫）Nonlinear（非線性模塊庫）（非線性模塊庫）Signals&Systems（信號處理及系統(tǒng)類模塊庫）（信號處理及系統(tǒng)類模塊庫）Sinks（輸出顯示模塊庫）（輸出顯示模塊庫）Sources（輸入源模塊庫）（輸入源模塊庫）Subsystems (子系統(tǒng)模塊庫子系統(tǒng)模塊庫) 庫的類型庫的類型 SourcesSources庫庫 SinksSinks庫庫 DiscreteDiscrete庫庫 ContinuousContinuous庫庫 MathMat

8、h庫庫 NonlinearNonlinear庫庫 Signal & SystemsSignal & Systems庫庫 SubsystemsSubsystems庫庫 Functions & TablesFunctions & Tables庫庫 SourceSource庫庫 模模 塊塊 名名說說 明明ClockClock顯示或者提供仿真時間顯示或者提供仿真時間ConstantConstant產生一個常數值信號產生一個常數值信號Digital clockDigital clock產生數字采樣時間信號產生數字采樣時間信號Digital pulse generatorDigital pulse gen

9、erator產生數字脈沖信號產生數字脈沖信號From fileFrom file從文件讀取數據輸入從文件讀取數據輸入From work spaceFrom work space從工作間定義的矩陣讀入數據從工作間定義的矩陣讀入數據Pulse generatorPulse generator產生脈沖信號產生脈沖信號RampRamp產生產生“斜坡斜坡”信號信號Random numberRandom number產生正態(tài)分布的隨機信號產生正態(tài)分布的隨機信號Repeating sequenceRepeating sequence產生周期序列信號產生周期序列信號Signal generatorSignal

10、 generator信號發(fā)生器信號發(fā)生器Sine waveSine wave正弦波信號正弦波信號StepStep產生一個階躍信號產生一個階躍信號Uniform random numberUniform random number產生均勻分布的隨機信號產生均勻分布的隨機信號模模 塊塊 名名說說 明明DisplayDisplay顯示輸入信號的值顯示輸入信號的值ScopeScope顯示信號的波形顯示信號的波形Stop simulationStop simulation當輸入信號為當輸入信號為0 0時結束仿真時結束仿真To fileTo file向文件中寫數據向文件中寫數據To workspaceTo

11、 workspace向工作間定義的變量寫數據到向工作間定義的變量寫數據到XY graphXY graphMatlabMatlab圖形窗口顯示信號的二維圖圖形窗口顯示信號的二維圖 Sinks Sinks庫庫3、幾個簡單例子l1、輸入為一個正弦波信號，輸出為此正弦、輸入為一個正弦波信號，輸出為此正弦波信號與一個常數的乘積。波信號與一個常數的乘積。 系統(tǒng)輸入：系統(tǒng)輸入： ,t0 系統(tǒng)輸出：系統(tǒng)輸出： ttusin)(0),()(atauty圖圖 選擇系統(tǒng)所需模塊選擇系統(tǒng)所需模塊圖圖 系統(tǒng)模塊之間的連線系統(tǒng)模塊之間的連線 框選模塊，選擇 Edit 菜單中的 Create Subsystem 左鍵雙擊子

12、系統(tǒng)顯示其內容 用鼠標左鍵雙擊子系統(tǒng)顯示其內容圖圖 子系統(tǒng)建立：選擇模塊生成子系統(tǒng)子系統(tǒng)建立：選擇模塊生成子系統(tǒng)l假設從實際自然界（力學、電學、生態(tài)等）或假設從實際自然界（力學、電學、生態(tài)等）或社會中，抽象出有初始狀態(tài)為社會中，抽象出有初始狀態(tài)為0 0的二階微分方程的二階微分方程1 1）改寫微分方程）改寫微分方程2 2）利用）利用SIMULINKSIMULINK庫中的標準模塊構作模型庫中的標準模塊構作模型3 3）仿真操作）仿真操作)(2 . 04 . 02 . 0tuxxx l2、系統(tǒng)、系統(tǒng) Bouncing Ball Model： A rubber ball is thrown into t

13、he air with a velocity of 15 meters per second from a height of 10 m. position h (t) velocity v (t)數學模型：數學模型： .8 . 0, 0,)(10)(,81. 9,15)(00vvhwhendttvthggdttvttNote the use of Zero Crossings to keep the ball above the groundBouncing Ball Model1sxoVelocityTerminator1sxoPositionXo = 10?15Initial Veloc

14、ity10Initial PositionGround-9.81Gravity= 0-0.8BallElasticityVZ3、典型、典型PID控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)245035102424723423ssssssssKsKKdipR(s)Y(t)l 設置系統(tǒng)模塊參數與仿真參數設置系統(tǒng)模塊參數與仿真參數 在建立比例微分控制系統(tǒng)模型之后，需要設置在建立比例微分控制系統(tǒng)模型之后，需要設置各模塊參數與系統(tǒng)仿真參數。系統(tǒng)模型中模塊參數各模塊參數與系統(tǒng)仿真參數。系統(tǒng)模型中模塊參數設置如下：設置如下： （1 1）Transfer FcnTransfer Fcn模塊設置：模塊設置： 設置分子設置分子num num

15、 1 7 24 241 7 24 24， 設置分母設置分母denden為為1 10 35 50 241 10 35 50 24 （2 2）StepStep信號模塊設置：使用系統(tǒng)的默認取值，信號模塊設置：使用系統(tǒng)的默認取值，即單位階躍信號。即單位階躍信號。 （3 3）其它各模塊的參數設置）其它各模塊的參數設置 在設置系統(tǒng)模塊參數之后，接下來使用在設置系統(tǒng)模塊參數之后，接下來使用Simulation ParametersSimulation Parameters仿真參數對話框中的仿真參數對話框中的SolverSolver選項卡設置系統(tǒng)仿真參數，如下所述：選項卡設置系統(tǒng)仿真參數，如下所述： （1 1）仿真時間范圍為）仿真時間范圍為0 0至至20s20s。 （2 2）使用變步長連續(xù)求解器（）使用變步長連續(xù)求解器（variable-stepvariable-step），），仿真算法為仿真算法為ode45ode45。 （3 3）最大仿真步長（）最大仿真步長（Max step sizeMax step size）