第5章 simulink建模與仿真1 (1)

1、第五章 Simulink建模與仿真第五章 Simulink建模與仿真5.1緒論一一、系統(tǒng)與模型、系統(tǒng)與模型1 1、系統(tǒng)、系統(tǒng)系統(tǒng)是指具有某些特定功能，相互聯(lián)系、相互作系統(tǒng)是指具有某些特定功能，相互聯(lián)系、相互作用的元素集合。用的元素集合。系統(tǒng)的兩個基本特征：整體性、相關性系統(tǒng)的兩個基本特征：整體性、相關性對系統(tǒng)的研究從以下三個方面入手：對系統(tǒng)的研究從以下三個方面入手：1 1）實體：組成系統(tǒng)的元素，對象）實體：組成系統(tǒng)的元素，對象2 2）屬性：實體的特征）屬性：實體的特征3 3）活動：系統(tǒng)狀態(tài)變化的過程）活動：系統(tǒng)狀態(tài)變化的過程系統(tǒng)仿真是研究系統(tǒng)的一種重要手段，而系統(tǒng)模系統(tǒng)仿真是研究系統(tǒng)的一種重要

2、手段，而系統(tǒng)模型是仿真所研究的直接對象。型是仿真所研究的直接對象。2 2、系統(tǒng)模型、系統(tǒng)模型實體模型：根據(jù)相似性建立實體模型：根據(jù)相似性建立模型模型數(shù)學模型數(shù)學模型: :原始系統(tǒng)數(shù)學模型；仿真系統(tǒng)數(shù)學模型原始系統(tǒng)數(shù)學模型；仿真系統(tǒng)數(shù)學模型動態(tài)模型：描述系統(tǒng)動態(tài)變化過程動態(tài)模型：描述系統(tǒng)動態(tài)變化過程靜態(tài)模型：平衡狀態(tài)下系統(tǒng)特性值之間的關系靜態(tài)模型：平衡狀態(tài)下系統(tǒng)特性值之間的關系二、計算機仿真二、計算機仿真1 1、仿真的概念、仿真的概念以相似性原理、控制理論、信息技術(shù)及相關領域以相似性原理、控制理論、信息技術(shù)及相關領域的有關知識為基礎，以計算機和各種專用物理設備為工的有關知識為基礎，以計算機和各種

3、專用物理設備為工具，借助系統(tǒng)模型對真實系統(tǒng)進行實驗研究的一門綜合具，借助系統(tǒng)模型對真實系統(tǒng)進行實驗研究的一門綜合性技術(shù)。性技術(shù)。2 2、仿真分類、仿真分類實物仿真：建造實體模型實物仿真：建造實體模型數(shù)學模型：將數(shù)學語言編制成計算機程序數(shù)學模型：將數(shù)學語言編制成計算機程序半實體模型：數(shù)學物理仿真半實體模型：數(shù)學物理仿真實時仿真：需要專用的實時仿真硬件實時仿真：需要專用的實時仿真硬件欠實時仿真：比實際時鐘慢欠實時仿真：比實際時鐘慢超實時仿真：比實際時鐘快超實時仿真：比實際時鐘快3 3、計算機仿真、計算機仿真根據(jù)相似性原理，利用計算機逼真模擬研究對象。根據(jù)相似性原理，利用計算機逼真模擬研究對象。模擬

4、機、模擬數(shù)字機、數(shù)字通用機、仿真專用機。模擬機、模擬數(shù)字機、數(shù)字通用機、仿真專用機。三、仿真的作用三、仿真的作用1 1）優(yōu)化系統(tǒng)設計）優(yōu)化系統(tǒng)設計2 2）系統(tǒng)故障再現(xiàn)）系統(tǒng)故障再現(xiàn)3 3）驗證系統(tǒng)設計的正確性）驗證系統(tǒng)設計的正確性4 4）對系統(tǒng)，子系統(tǒng)進行性能評估）對系統(tǒng)，子系統(tǒng)進行性能評估5 5）訓練系統(tǒng)操作員）訓練系統(tǒng)操作員6 6）為管理、技術(shù)決策提供支持）為管理、技術(shù)決策提供支持四、仿真軟件四、仿真軟件仿真軟件是一類面向仿真用途的專用軟件，它可仿真軟件是一類面向仿真用途的專用軟件，它可以是面向通用的仿真，也可能是面向某個領域的仿真。以是面向通用的仿真，也可能是面向某個領域的仿真。功能：功

5、能：1 1）為仿真提供算法支持）為仿真提供算法支持2 2）模型描述，建立計算機仿真模型）模型描述，建立計算機仿真模型3 3）仿真實驗的執(zhí)行、控制）仿真實驗的執(zhí)行、控制4 4）仿真數(shù)據(jù)的記錄、分析）仿真數(shù)據(jù)的記錄、分析5 5）仿真數(shù)據(jù)管理）仿真數(shù)據(jù)管理仿真軟件的三個層次：仿真軟件的三個層次：1 1）仿真程序庫：由一組完成特定功能的程序組成）仿真程序庫：由一組完成特定功能的程序組成的集合，專門面向某一問題或一個領域。的集合，專門面向某一問題或一個領域。2 2）仿真語言：在高級語言的基礎上，為面向?qū)ｉT）仿真語言：在高級語言的基礎上，為面向?qū)ｉT問題而開發(fā)的。問題而開發(fā)的。3 3）集成仿真環(huán)境）集成仿真

6、環(huán)境五、計算機仿真的一般過程五、計算機仿真的一般過程仿真問題和仿真目的描述確定仿真方案系統(tǒng)描述建立系統(tǒng)數(shù)學模型建立仿真數(shù)學模型編寫仿真程序驗證模型是否符合要求進行仿真研究修改方案修改模型修改程序是否符合要求是否符合要求是否符合要求5.2 simulink與matlab仿真一、一、simulinksimulink仿真仿真對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真的軟件包。功能：對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真的軟件包。功能：1 1、交互式、圖形化建模環(huán)境、交互式、圖形化建模環(huán)境2 2、專用模塊庫（、專用模塊庫（blocksetsblocksets）simulinksimulink的專用軟件工具包的專用軟件工具包dspds

7、pfixed-pointfixed-pointpowersystempowersystemdials&gaugesdials&gaugescommunicationscommunicationsCDMA referenceCDMA referencenonlinear controlnonlinear controlmotorola(TImotorola(TI) DSP developers kit ) DSP developers kit Toolboxes MATLAB compilerBlockset simulink RTWStateflow coder3 3、提供仿真

8、庫的擴充和定制功能、提供仿真庫的擴充和定制功能4 4、應用領域應用領域通信與衛(wèi)星系統(tǒng)通信與衛(wèi)星系統(tǒng)航空航天航空航天生物系統(tǒng)生物系統(tǒng)船舶系統(tǒng)船舶系統(tǒng)汽車系統(tǒng)汽車系統(tǒng)金融系統(tǒng)金融系統(tǒng)5 5、simulinksimulink在在matlabmatlab家族中的位置家族中的位置二、二、matlabmatlab函數(shù)仿真與函數(shù)仿真與simulinksimulink仿真的區(qū)別仿真的區(qū)別1 1、數(shù)據(jù)流仿真、數(shù)據(jù)流仿真按照數(shù)據(jù)流的順序，依次執(zhí)行，即處理的數(shù)據(jù)首按照數(shù)據(jù)流的順序，依次執(zhí)行，即處理的數(shù)據(jù)首先通過一個運算階后在激活下一個運算階。先通過一個運算階后在激活下一個運算階。例如：例如：m=16;m=16;n=

9、15;n=15;k=11;k=11;fcfc=10000;=10000;fdfd=1000;=1000;fsfs=100000;=100000;msgmsg= =randint(krandint(k* *100,1);100,1);code=code=encode(msg,n,k,bchencode(msg,n,k,bch););modumodu= =dmod(code,fc,fd,fs,qask,mdmod(code,fc,fd,fs,qask,m););modu_noisemodu_noise=modu+randn(length(modu),1);=modu+randn(length(mo

10、du),1);demo=demo=ddemod(modu_noise,fc,fd,fs,qask,mddemod(modu_noise,fc,fd,fs,qask,m););msg_rmsg_r= =decode(demo,n,k,bchdecode(demo,n,k,bch););rate=rate=biterr(msg,msg_rbiterr(msg,msg_r););2 2、時間流仿真時間流仿真所有模塊在同一時間步長上同時執(zhí)行。所有模塊在同一時間步長上同時執(zhí)行。信號發(fā)生差錯控制編碼數(shù)字調(diào)制差錯控制譯碼信宿時間數(shù)據(jù)5.3 simulink窗口環(huán)境簡介標題欄菜單欄5.4 基于simulink

11、的一個簡單仿真系統(tǒng)信源系統(tǒng)信宿模塊介紹5.6 simulink的基本模塊庫1 1、simulinksimulink公共模塊庫公共模塊庫信源模塊（信源模塊（SourceSource）信宿模塊（信宿模塊（SinksSinks）信號路由（信號路由（Signal RoutingSignal Routing）數(shù)學運算模塊庫數(shù)學運算模塊庫（Math operationsMath operations）端口及子系統(tǒng)庫（端口及子系統(tǒng)庫（Ports and SubsystemsPorts and Subsystems）連續(xù)模塊庫（連續(xù)模塊庫（ContinuousContinuous）離散模塊庫（離散模塊庫（Di

12、screteDiscrete）查表模塊庫（查表模塊庫（Look-Up TableLook-Up Table）用戶定義函數(shù)模塊（用戶定義函數(shù)模塊（User-Defined FunctionsUser-Defined Functions）非線性模塊庫（非線性模塊庫（DiscontinuitiesDiscontinuities）信源模塊（信源模塊（SourceSource）有限帶寬白噪聲輸出頻率隨時間線性變換的正弦信號輸出當前仿真時間常數(shù)輸入以固定速率輸出當前仿真時間從matlab工作空間中輸入數(shù)據(jù)從.mat文件中輸入數(shù)據(jù)接地信號為子系統(tǒng)或其它模型提供輸入端口輸入脈沖信號輸入斜坡信號輸入服從高司分布

13、的隨機信號輸入周期信號信號發(fā)生器信號產(chǎn)生正弦信號初始器輸入階躍信號輸入服從高司分布的隨機信號信宿模塊（信宿模塊（SinksSinks）以數(shù)值形式顯示輸入信號懸浮信號顯示器為子系統(tǒng)或模型提供輸出端口信號顯示器當輸入非零時停止仿真中斷輸出信號將仿真數(shù)據(jù)寫入.mat文件將仿真數(shù)據(jù)輸出到matlab工作空間使用matlab圖形顯示器信號路由（信號路由（Signal RoutingSignal Routing）Goto模塊標記控制器將信號與特定的偏移值比較初始化信號矩陣串聯(lián)器合并輸入信號為一個輸出模塊控制信息信號組合器信號探測器信號維數(shù)改變器選擇或重組信號信號屬性修改輸入信號寬度對信號進行分配由輸入產(chǎn)生

14、總線信號總線信號選擇器用戶定義的數(shù)據(jù)存儲區(qū)從數(shù)據(jù)存儲區(qū)中讀取數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)存儲區(qū)寫數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)類型選擇器信號分解器從goto模塊中獲得信號函數(shù)調(diào)用發(fā)生器向goto模塊傳遞信號數(shù)學運算模塊庫數(shù)學運算模塊庫（Math operationsMath operations）求信號絕對值輸出強制系統(tǒng)輸入為零的代數(shù)狀態(tài)按位邏輯運算邏輯真值查找輸出輸入復數(shù)的幅值與相位輸出系統(tǒng)輸入的的實部或需部點乘運算信號增益信號邏輯運算幅值與相位轉(zhuǎn)化為復數(shù)形式特定的一些數(shù)學函數(shù)矩陣增益求輸入的最小、大值乘法或除法器從輸入實部與虛部構(gòu)造復數(shù)關系運算器求整運算器符號運算漸變增益對輸入求和或差三角與雙曲函數(shù)端口及子系統(tǒng)庫（端口及子系統(tǒng)庫

15、（Ports and SubsystemsPorts and Subsystems）可配置子系統(tǒng)原子子系統(tǒng)使能子系統(tǒng)使能觸發(fā)For循環(huán)函數(shù)調(diào)用If條件條件執(zhí)行子系統(tǒng)子系統(tǒng)輸入子系統(tǒng)輸出通用子系統(tǒng)Switch-case子系統(tǒng)Switch-case動作子系統(tǒng)上升沿觸發(fā)觸發(fā)子系統(tǒng)當型循環(huán)子系統(tǒng)連續(xù)信號數(shù)值積分輸入信號連續(xù)時間積分線性連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述線性連續(xù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)描述對輸入信號進行固定時間延遲對輸入信號進行可變時間延遲線性連續(xù)系統(tǒng)的零極點模型連續(xù)模塊庫（連續(xù)模塊庫（ContinuousContinuous）離散模塊庫（離散模塊庫（DiscreteDiscrete） 線性離散系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描

16、述線性離散系統(tǒng)的零極點模型描述線性離散系統(tǒng)的濾波器描述線性離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述離散時間積分器離散信號的一階保持器單步積分延遲，輸出為前一輸入單位延遲離散信號的零階保持器表數(shù)據(jù)選擇器（從表中選擇數(shù)據(jù)）對輸入信號進行內(nèi)插運算輸入信號的一維線性內(nèi)插輸入信號的二維線性內(nèi)插輸入信號的n維線性內(nèi)插查找輸入信號所在范圍查表模塊庫（查表模塊庫（Look-Up TableLook-Up Table）求取輸入信號的數(shù)學函數(shù)值M函數(shù)（對輸入進行運算輸出結(jié)果）S-函數(shù)模塊S-函數(shù)生成器用戶定義函數(shù)模塊（用戶定義函數(shù)模塊（User-Defined FunctionsUser-Defined Functions）非線性

17、模塊庫（非線性模塊庫（DiscontinuitiesDiscontinuities）死區(qū)間歇庫侖粘貼信號死區(qū)信號雙輸出選擇器（手動）多端口輸出選擇器量化器信號上升、下降速率控制器信號延遲器飽和信號三路選擇器（根據(jù)輸入2控制輸出）2 2、simulinksimulink專業(yè)模塊庫專業(yè)模塊庫5.7 仿真參數(shù)設置解算器仿真時間仿真解法誤差容忍度輸出設置仿真解法仿真解法變步長解法變步長解法定步長解法定步長解法discrere:針對無連續(xù)狀態(tài)系統(tǒng)的特殊解法ode45:基于Dormand-Prince 4-5階的Runge-Kutta公式ode23:基于Bogachi-Shampine 2-3階的Rung

18、e-Kutta公式ode113:變階次Adams-Bashforth-Moulton解法ode15s :鋼性系統(tǒng)的變階次多步解法ode23s :鋼性系統(tǒng)的固定階次單步解法discrere:針對無連續(xù)狀態(tài)系統(tǒng)的特殊解法ode5: ode45確定步長的函數(shù)解法ode4:使用固定步長的經(jīng)典4階的Runge-Kutta公式的函數(shù)解法ode3: ode25的確定步長的函數(shù)解法ode2 :使用固定步長的經(jīng)典2階的Runge-Kutta公式的函數(shù)解法ode1 :固定步長的Euler解法輸出選項輸出選項Refine outputProduce additional outputProduce specifie

19、d output only5.8 子系統(tǒng) 建立子系統(tǒng)有助于簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)設建立子系統(tǒng)有助于簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)設計的層次性。計的層次性。一、子系統(tǒng)的概念一、子系統(tǒng)的概念 是系統(tǒng)構(gòu)成的一部分，表現(xiàn)形式為具有幾個輸是系統(tǒng)構(gòu)成的一部分，表現(xiàn)形式為具有幾個輸入輸出端口的模塊，內(nèi)部結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)中不表現(xiàn)出來。入輸出端口的模塊，內(nèi)部結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)中不表現(xiàn)出來。二、子系統(tǒng)分類二、子系統(tǒng)分類 無條件子系統(tǒng)無條件子系統(tǒng) 條件執(zhí)行子系統(tǒng)條件執(zhí)行子系統(tǒng)1 1、使能子系統(tǒng)、使能子系統(tǒng)2 2、觸發(fā)子系統(tǒng)、觸發(fā)子系統(tǒng)3 3、函數(shù)調(diào)用子系統(tǒng)、函數(shù)調(diào)用子系統(tǒng) v建立子系統(tǒng)的方法：建立子系統(tǒng)的方法： 直接選中已有模塊，形成子

20、系統(tǒng) 添加一個Subsystem模塊到模型中，然后進行編輯1 1、使能子系統(tǒng)、使能子系統(tǒng) 需要添加使能端，在使能信號為所需要狀態(tài)時，系統(tǒng)才會激活運行使能子系統(tǒng)及對應內(nèi)部結(jié)構(gòu)v一個系統(tǒng)中不能含多個一個系統(tǒng)中不能含多個enableenable和和triggeredtriggered信號信號例題5-1：2 2、觸發(fā)子系統(tǒng)、觸發(fā)子系統(tǒng) 存在一個出發(fā)端，通過觸發(fā)事件是否發(fā)生來控制子系統(tǒng)是否執(zhí)行。 例題5-2：使能觸發(fā)子系統(tǒng)及對應內(nèi)部結(jié)構(gòu)3 3、使能觸發(fā)子系統(tǒng)、使能觸發(fā)子系統(tǒng)4 4、其它子系統(tǒng)、其它子系統(tǒng) 端口和模塊庫中有很多類型的子系統(tǒng)，其建立方式也各不相同，有興趣的同學可以自己查閱三、子系統(tǒng)的封裝三、

21、子系統(tǒng)的封裝封裝子系統(tǒng)的特點：封裝子系統(tǒng)的特點：1 1）自定義系統(tǒng)模塊及圖表）自定義系統(tǒng)模塊及圖表2 2）用戶雙擊子系統(tǒng)圖表將彈出參數(shù)設置框）用戶雙擊子系統(tǒng)圖表將彈出參數(shù)設置框3 3）可自定義子系統(tǒng)的幫助文件）可自定義子系統(tǒng)的幫助文件4 4）擁有自己的工作區(qū)）擁有自己的工作區(qū)使用子系統(tǒng)封裝技術(shù)的優(yōu)點：使用子系統(tǒng)封裝技術(shù)的優(yōu)點：1 1）向子系統(tǒng)模塊中傳遞參數(shù)）向子系統(tǒng)模塊中傳遞參數(shù)2 2）“隱藏隱藏”子系統(tǒng)中不需要過多展現(xiàn)的內(nèi)容子系統(tǒng)中不需要過多展現(xiàn)的內(nèi)容3 3）保護子系統(tǒng)中的內(nèi)容，防止模塊實現(xiàn)被隨意篡改。）保護子系統(tǒng)中的內(nèi)容，防止模塊實現(xiàn)被隨意篡改。1 1、封裝編輯器之圖表編輯對話框、封裝編輯

22、器之圖表編輯對話框首先封裝后，再選中子系統(tǒng)圖表，執(zhí)行首先封裝后，再選中子系統(tǒng)圖表，執(zhí)行edit/edit mask edit/edit mask 。圖表顯示界面控制參數(shù)子系統(tǒng)模塊圖表繪制命令1 1）圖表顯示界面控制參數(shù)）圖表顯示界面控制參數(shù) icon icon framfram：設置圖表邊框為可見或不可見設置圖表邊框為可見或不可見 icon transparency:icon transparency:設置圖表為透明或不透明設置圖表為透明或不透明 icon rotation:icon rotation:設置圖表為固定或可旋轉(zhuǎn)顯示設置圖表為固定或可旋轉(zhuǎn)顯示 drawing coordinates

23、:drawing coordinates:設置圖表繪制命令所使用的坐設置圖表繪制命令所使用的坐標系單位標系單位2 2）圖表繪制命令欄）圖表繪制命令欄2 2、封裝編輯器之參數(shù)設置對話框、封裝編輯器之參數(shù)設置對話框參數(shù)設置控制參數(shù)描述參數(shù)對應變量參數(shù)設置列表1 1）參數(shù)控制設置）參數(shù)控制設置2 2）參數(shù)描述：對模塊輸入的參數(shù)作簡單的說明）參數(shù)描述：對模塊輸入的參數(shù)作簡單的說明3 3）參數(shù)對應變量：鍵入的參數(shù)值將傳遞給封裝后的子系統(tǒng)工）參數(shù)對應變量：鍵入的參數(shù)值將傳遞給封裝后的子系統(tǒng)工作空間中相對應的變量，因此要求此處的變量名應和子系統(tǒng)中作空間中相對應的變量，因此要求此處的變量名應和子系統(tǒng)中所使用的

24、變量具有相同的名稱所使用的變量具有相同的名稱4 4）參數(shù)設置描述）參數(shù)設置描述 control control typetype：editedit：需要用戶鍵入?yún)?shù)值需要用戶鍵入?yún)?shù)值 checkbox:checkbox:復選框復選框 popuppopup：參數(shù)選項（用參數(shù)選項（用| |隔開）隔開） assignmentassignment：參數(shù)分配類型（參數(shù)分配類型（evaluate:evaluate:求值字符串求值字符串 literalliteral：普通文字）普通文字）3 3、封裝編輯器之初始化設置對話框、封裝編輯器之初始化設置對話框初始化命令 initialization comman

25、dsinitialization commands（初始化命令欄）初始化命令欄）一般為一般為matlabmatlab命令，在此可定義封裝后子系統(tǒng)工作空間命令，在此可定義封裝后子系統(tǒng)工作空間中的各種變量，這些變量可以被封裝子系統(tǒng)模塊圖標繪制命令、中的各種變量，這些變量可以被封裝子系統(tǒng)模塊圖標繪制命令、其它初始化命令或子系統(tǒng)中的模塊使用。其它初始化命令或子系統(tǒng)中的模塊使用。當出現(xiàn)以下情況時，初始化命令被執(zhí)行：當出現(xiàn)以下情況時，初始化命令被執(zhí)行： 模型文件被載入模型文件被載入 框圖被更新或模塊被旋轉(zhuǎn)框圖被更新或模塊被旋轉(zhuǎn) 繪制封裝子系統(tǒng)模塊圖標時繪制封裝子系統(tǒng)模塊圖標時4 4、封裝編輯器之文檔對話框

26、、封裝編輯器之文檔對話框封裝類型幫助封裝描述1 1）封裝類型：對封裝后的子系統(tǒng)進行簡短的說明，用）封裝類型：對封裝后的子系統(tǒng)進行簡短的說明，用于標志該子系統(tǒng)于標志該子系統(tǒng)2 2）封裝描述：用于設定描述信息）封裝描述：用于設定描述信息3 3）幫助）幫助例題5-35.9 建立私有模塊庫步驟：步驟：1 1）在）在simulinksimulink中執(zhí)行中執(zhí)行ileile/new/library/new/library2 2）將用戶定義的模塊或是其它模塊庫將用戶定義的模塊或是其它模塊庫中的模塊移動到新的模塊庫中。中的模塊移動到新的模塊庫中。3 3）保存新的模塊庫）保存新的模塊庫一、建立復雜系統(tǒng)模型一、建

27、立復雜系統(tǒng)模型自下向上的設計思路自下向上的設計思路自頂向下的設計思路自頂向下的設計思路補補 充充二、使用工作空間變量設置系統(tǒng)模塊參數(shù)二、使用工作空間變量設置系統(tǒng)模塊參數(shù)三、將信號輸出到三、將信號輸出到workspaceworkspace四、從四、從workspaceworkspace中產(chǎn)生信號源中產(chǎn)生信號源五、向量與矩陣五、向量與矩陣.8 . 0, 0,)(10)(,81. 9,15)(00vvhwhendttvthggdttvtt結(jié)果如下：上圖為v(t), 下圖為h(t).第七章第七章SimulinkSimulink建模和仿真建模和仿真 7.4 系統(tǒng)仿真舉系統(tǒng)仿真舉例例n7.4.1非線性系統(tǒng)

28、的模擬非線性系統(tǒng)的模擬n例7.4.1 汽車行駛?cè)鐖D7.4.1所示的斜坡上通過受力分析可知在平行于斜面的方向上有三個力作用于汽車上：發(fā)動機的力、空氣阻力和重力沿斜面的分量下滑力。設計汽車控制系統(tǒng)并進行仿真。xeFwFhF圖圖7.4.1 7.4.1 斜坡上的汽車斜坡上的汽車 由牛頓第二定律，汽車的運動方程為：hweFFFxm eFKgFe100,10002000汽車的質(zhì)量為假設其中m代表汽車的質(zhì)量，x為汽車的位移。 在實際系統(tǒng)中總會有下界和上界，上界為發(fā)動機的最大推動力，下界為剎車時的最大制動力。第七章第七章SimulinkSimulink建模和仿真建模和仿真 7.4 系統(tǒng)仿真舉例系統(tǒng)仿真舉例n空

29、氣阻力的值為阻力系數(shù)，汽車前截面積A和動力學壓力P三項的乘積。其中n其中，表示空氣的密度，表示汽車速度與風速之和。n假設n且風速以下式的規(guī)律變化：n因此，空氣阻力可以近似為：n下面假設馬路的斜角于位移的變化率符合規(guī)律：n則下滑力為：n用簡單的比例控制法來控制車速：n其中， 為驅(qū)動力， 為期望速度值， 為反饋增益。這樣驅(qū)動力正比于速度誤差。實際中的驅(qū)動力是在上面所設的上下界中變化。于是選 。此系統(tǒng)的Simulink模型如圖7.4.2所示，仿真時間為1000s。22VP001.02ACDtVw011.0sin102011. 0sin20001. 0txFwx0001.0sin0093.0 xFh0

30、001.0sin30 xxKFdesiredeccFdesiredx eK50eK第七章第七章SimulinkSimulink建模和仿真建模和仿真 7.4 系統(tǒng)仿真舉例系統(tǒng)仿真舉例比例控制器的輸入為汽車的期望速度值，它由一個滑塊增益模塊（Slider Gain）外加一個常數(shù)輸入模塊（Constant）組成。比例控制器由一個用來計算速度誤差的求和模塊（Sum）和一個增益模塊Ke組成。發(fā)動機輸出力的上界和下界由兩個最值模塊來實現(xiàn)（也可以用非線性模塊庫中的飽和模塊來實現(xiàn)）。 圖圖7.4.2 7.4.2 比例速比例速度控制度控制的汽車的汽車模型模型第七章第七章SimulinkSimulink建模和仿真建模和仿真 7.4 系統(tǒng)仿真舉例系統(tǒng)仿真舉例n非線性的下滑力和空氣阻力分別由函數(shù)模塊來計算。其中標簽為Aero Force 的函數(shù)模塊的對話框中的【Expression】區(qū)中應填寫0。001*(u1+20*sin(0.01*u2)2，