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1、SIMULINK仿真环境,MATLAB 建模与仿真 哈尔滨理工大学 机械动力工程学院,2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,本章主要内容,SIMULINK仿真环境简介 SIMULINK启动与界面说明 SIMULINK模块库简介 基于数学模型的仿真分析步骤 SIMULINK机械仿真举例,2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,SIMULINK仿真环境简介,SIMULINK仿真环境是美国MathWorks软件公司专门为MATLAB设计提供的结构图编程与系统仿真的专用软件工具。该仿真环境下的用户程序其外观就是控制系统的结构图，操作就是依据结构图作系统仿真。利用SIMULIN
2、K提供的输入信号(信号源模块)对结构图所描述的系统施加激励，利用SIMULINK提供的输出装置(输出口模块)获得系统的输出响应。即数据或时间响应曲线成为图形化、模块化方式的控制系统仿真，这不能不说是控制系统仿真工具的一大突破性的进步。SIMULINK不仅提供了各种标淮的结构图模块库，提供了开放的结构图模块设计方法，便于用尸设计自己的专用模块，还提供广几种系统文件(S函数)的设汁方法,使得系统仿真工作更加方便灵活。,返回,2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,SIMULINK启动与界面说明,启动方法有两种： 直接在MATLAB命令平台上键入命令：Simulink 在MATLAB工具
3、栏上点击 其启动后的界面如下所示：,返回,2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,SIMULINK模块库简介,SIMULINK模块库的所有模块图形,现在详细的介绍一下这些模块的功能。,返回,2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,1.连续模块库 2.非连续模块库 3.离散模块库 4.逻辑和位操作模块库 5.查找表模块库 6.数学模块库 7.模型检测模块库 8.模型扩充模块库 9.端口和子系统模块库 10.信号属性模块库 11.信号路线模块库 12.接受器模块库 13.输入源模块库 14.用户自定义模块库,2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,1、连续模块库
4、(Continuous),2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,连续模块的中文解释如下所示： Continuous库中的各模块 Derivative 输入对时间的导数 Integrator 对信号进行积分 State-Space 实现线性状态空间系统 TransferFcn 实现线性传递函数 TransferDelay 以给定的时间量延迟输入 VariableTransferDelay 以可变的时间量延迟输入 Zero-Pole 实现用零极点形式表示的 传递函数,返回,2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,Discontinuities库中的各模块 Backlash
5、 模拟有间隙系统的行为 Coulomb&ViscousFriction 模拟在零点出不连续，在 其他地方有线性增益的系统 DeadZone 提供输出为零的区域 DeadZoneDynamic 动态提供输出为零的区域 HitCrossing 检测信号上升沿、下降沿以及与指定值得 比较结果，输出零或一 Quantizer 以指定的间隔离散化输入 RateLimiter 限制信号的变化速度 Relay 在两个常数中选出一个作为输出 Saturation 限制信号的变化范围 SaturationDynamic 动态限制信号的变化范围 WraptoZero 输入大于门限则输出零，小于则直接输出,2019
6、/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,Discontinuities库中的各模块图型,返回,2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,Discrete库中的模块 Difference 差分器 DifferenceDerivative 计算离散时间导数 DiscreteFilter 实现IIR和FIR滤波器 DiscreteState-Space 实现用离散状态方程描述的系统 DiscreteTransferFcn 实现离散传递函数 DiscreteZero-Pole 实现以零极点形式描述的离散传 递函数 Discrete-timeIntegrator 执行信号的离散时间积分 F
7、irst-OrderHold 实现一阶采样保持 IntegerDelay 将信号延迟多个采样周期,2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,Memory 从前一时间步输出模块的输入 TappedDelay 延迟N个周期，然后输出所有延迟 数据 TransferFcnFirstOrder 离散时间传递函数 TransferFcnLeadorLag 超前或滞后传递函数，主要有零极 点树木决定 TransferFcnRealZero 有实数零点，没有极点的传递函数 UnitDelay 将信号延迟一个采样周期 WeightedMovingAverage 加权平均 Zero-OrderHold
8、 零阶保持,返回,2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,Math库中的模块 Abs 输出输入的绝对值 Add 对信号进行加法或减法运算 AlgebraicConstant 将输入信号抑制为零 Assignment 赋值 Bias 给输入加入偏移量 ComplextoMagnitude-Angle 输出复数输入信号的相角和幅值 ComplextoReal-Image 输出复数输入信号的实部和虚部 Divide 对信号进行乘法或除法运算 DotProduct 产生点积 Gain 将模块的输入乘以一个数值 Magnitude-AngletoComplex 由相角和幅值输入输出一个复数
9、信号,2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,MathFunction 数学函数 MatrixConcatenation 矩阵串联 MinMax 输出信号的最小或最大值 MinMaxRunningResettable 输出信号的最小或最大 值，带复位功能 Polynomial 计算多项式的值 Product 产生模块各输入的简积 或商 ProductofElements 产生模块各输入的简积 或商 Real-ImagtoComplex 由实部和虚部输入输出 复数信号 Reshape 改变矩阵或向量的维数 RoundingFunction 执行圆整函数 Sign 指明输入的符号,20
10、19/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,SineWaveFunction 输出正弦信号 SliderGain 使用滑动器改变标量增益 Subtract 对信号进行加法或减法运算 SumofElements 生成输入的和 TrigonometricFunction 执行三角函数 UnaryMinus 对输入取反 WeightedSampleTimeMath 对信号经过加权时间采样的 值进行加、减、乘、除运算,2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,Math库中的部分模块示意图,返回,2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,Sources库中模块 Band-Limi
11、tedwhiteNoise 给连续系统引入白噪声 ChirpSignal 产生一个频率递增的正弦 波（线性调频信号） Clock 显示并提供仿真时间 Constant 生成一个常量值 CounterFree-Running 自运行计数器，计数溢出 时自动清零 CounterLimited 有限计数器，可自定义计 数上限 DigitalClock 生成有给定采样间隔的仿 真时间 FromFile 从文件读取数据,2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,FromWorkspace 从工作空间中定义的矩阵中读 取数据 Ground 地线，提供零电平 PulseGenerator 生成有规
12、则间隔的脉冲 In1 提供一个输入端口 Ramp 生成一连续递增或递减的信号 RandomNumber 生成正态分布的随机数 RepeatingSequence 生成一重复的任意信号 RepeatingSequenceInterpolated 生成一重复的任意信号， 可以插值 RepeatingSequenceStair 生成一重复的任意信号， 输出的是离散值 SignalBuilder 带界面交互的波形设计 SignalGenerator 生成变化的波形,2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,SineWave 生成正弦波 Step 生成一阶跃函数 UniformRandomNu
13、mber 生成均匀分布的随机数,返回,2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,Sinks库中模块 Display 显示输入的值 FloatingScope 显示仿真期间产生的信号，浮点格式 Out1 提供一个输出端口 Scope 显示仿真期间产生的信号 StopSimulation 当输入为非零时停止仿真 Terminator 终止没有连接的输出端口 ToFile 向文件中写数据 ToWorkspace 向工作空间中的矩阵写入数据 XYGraph 使用Matlab的图形窗口显示信号的 X-Y图,2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,Sinks库中模块示例图,返回,20
14、19/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,仿真步骤： 应用Simulink对传动机构进行仿真的步骤： 动力学模型标准化。把传动机构的微分方程 或者传递函数简化为基本环节的组合形式，用控 制方框图来表示。 构成动力学仿真模型。从Simulink工具箱中 找出所需要的环节，按照控制方框图的结构连接 构成仿真模型。为仿真模型添加输入信号和观察 记录设备。,基于数学模型的仿真分析,返回,2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,设置仿真参数：打开simulation菜单，在simulation parameters参数表设置仿真参数。 点击“开始”按钮进行仿真。 改变输入信号或者机构参数分析系统的动力学性能。 记录仿真结果。,2019/1/27,机械专业研究生课程 蔺勇智制作,SIMULINK机械仿真举例,（1）齿轮传动仿真(阻尼-质量系统) 1.把传动机构的微分方程或者传递函数简化为基本环节的组合形
