《控制系统CAD——基于MATLAB语言 教学课件 ppt 作者 张晋格 第2章 仿真工具Simulink简介》由会员分享，可在线阅读，更多相关《控制系统CAD——基于MATLAB语言 教学课件 ppt 作者 张晋格 第2章 仿真工具Simulink简介（99页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2.3 仿真工具Simulink简介,Simulink,是MATLAB的重要组成部分,面向结构图方式的仿真环境,作为系统建模和仿真的工具,预先对系统进行仿真与分析，做适当的实时修改，达到仿真的最佳效果,Simulink主要功能,实现动态系统建模、仿真与分析,提高开发系统的效率,调试及整定控制系统的参数，以提高系统的性能,2.3.1 Simulink界面,打开Simulink库浏览器,通用用户模块组 连续系统模块组 非连续系统模块组 离散系统模块组 逻辑和位操作模块组 查表模块组 数学运算模块组 模型检测模块组,模块库功能说明,模块库功能说明,模型扩充模块组 端口和子系统模块组 非连续系统模块组
2、 信号线路模块组 输出模块组 信号源模块组 用户自定义模块组 附加数学与离散模块组,分别介绍各类 基本模块的功能,信号源模块组 输出模块组 连续系统模块组 离散系统模块组 数学运算模块组 查表模块组 非连续系统模块组 信号线路模块组 端口与子系统模块组 逻辑与位操作模块组 模型检测模块组 模型扩充模块组 信号属性模块组 用户自定义函数模块组,带宽限幅白噪声 频率递增正弦波 仿真时间 常数 无限计数器 有限计数器 在规定的采样间隔产生仿真时间 来源为数据文件 来源为MATLAB的工作空间 接地端口 输入信号端口,信号源模块组,模块功能说明,脉冲发生器 斜坡信号 产生正态分布的随机数 生产规律性重
3、复信号 重复序列内插值 重复阶梯序列 创建信号 普通信号源发生器 正弦信号 阶跃信号 均匀分布随机数,信号源模块组,模块功能说明,返回,数字显示 浮动示波器 输出端口 示波器 仿真停止 信号终结端 将数据写入文件保存 将数据写入工作空间 显示二维图形,输出模块组,模块功能说明,返回,连续系统模块组,输入信号微分,输入信号积分,状态空间系统模型,传递函数模型,输入信号固定延时,输入信号可变延时,零极点模型,输入信号定义延迟时间,模块功能说明,返回,差分环节 离散微分环节 离散滤波器 离散状态空间 离散传递函数 离散零极点模型 离散时间积分器 一阶保持器 整数延时,离散系统模块组,模块功能说明,输
4、出上一步的输出值 延时 离散一阶传递函数 离散传递函数 离散零点传递函数 单位采样周期的延时 权重移动平均 零阶保持器,离散系统模块组,模块功能说明,返回,绝对值 加法 代数约束 赋值 偏重 复数转化为幅值和相角形式 复数转化为实部和虚部形式 除法 点乘 增益运算 输入幅值和相角形式合成复数,数学运算模块组,模块功能说明,常用数学函数 矩阵串联 最值运算函数 最大最小值运算函数 按指定顺序改变数组维数 多项式函数 乘法运算 元素乘法运算 输入实部和虚部形式合成复数 信号维数改变 取整运算,数学运算模块组,模块功能说明,符号函数 正弦波函数 增益可变函数 若多维数组中某一维元素只有一则移出该维
5、减法函数 求和 元素求和函数 三角函数 一元减法函数 矩阵连接 权重采样时间计算,数学运算模块组,模块功能说明,返回,余弦函数查询表 直接n维信号查表 n维插值 一维查表 二维查表 n维信号查表 动态查询表 预查询索引搜寻 正弦函数查询表,查表模块组,模块功能说明,返回,磁滞回环 黏性摩擦 死区非线性 动态死区非线性 冲击非线性 量化非线性 信号变化率限制 信号变化率动态限制 滞环比较器 饱和输出 动态饱和输出 阈值过限清零,非连续系统模块组,模块功能说明,返回,信号总线分配器 信号总线生成器 信号总线选择器 数据存储 数据存储读取 数据存储写入 分路器 环境控制器 读矩阵,信号线路模块组,模
6、块功能说明,写矩阵 标签可视化 索引向量 手动选择开关 信号合并 在多输入中选择一输出的开关 混路器 选路器 多路开关,信号线路模块组,模块功能说明,返回,结构子系统 单元子系统 代码重用子系统 使能 使能和触发子系统 使能子系统 For循环控制子系统 函数响应生成 函数响应子系统 条件操作 If语句作用子系统,端口与子系统模块组,模块功能说明,输入端口 模型 输出端口 子系统 子系统样例 条件选择 Switch语句作用子系统 触发操作 触发子系统 While循环控制系统,模块功能说明,端口与子系统模块组,返回,位清零 置位 逐位操作 组合逻辑 与常量比较 与零比较 检测突变 检测递减 检测负
7、下降沿 检测非负下降沿,逻辑与位操作模块组,模块功能说明,检测递增 检测非负上升沿 检测正上升沿 提取位 检测开区间 动态检测开区间 逻辑运算 关系运算 算术平移,逻辑与位操作模块组,模块功能说明,返回,参数确定 检测离散的斜率 检测动态区间范围 检测动态下限 检测动态变化范围 检测动态上限 检测分辨率 检测静态区间范围 检测静态下限 检测静态变化范围 检测静态上限,模型检测模块组,模块功能说明,返回,模块支持表 文档模块 模型信息 基于时间的线性分析 触发线性分析,模型扩充模块组,模块功能说明,返回,多路信号转化向量 数据类型转换 继承数据类型转换 数据类型复制 数据类型传送 数据类型传送样
8、例 数据类型缩放,信号属性模块组,模块功能说明,显示信号初始状态 信号探测 比率变换 信号转换 信号特性检测 权重采样时间 信号带宽检测,信号属性模块组,模块功能说明,返回,嵌入MATLAB函数 用户自定义函数 M文件的S函数 现有函数 调用S函数 建立S函数 S函数样例,用户自定义函数模块组,模块功能说明,返回,2.3.2 控制系统动态结构图模型建立,1模型窗口的建立,2模块的创建与操作,（1）创建模块,（2）模块操作,1）模块的选择,2）模块复制,在选定模块处，按住鼠标右键并拖动至适当位置,选定模块，在工具栏中选择“Copy”与“Paste”按钮,按住“Ctrl”键，按下鼠标左键，将选定的
9、模块拖动至适当的位置。,在选定的模块处点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“Copy”与“Paste”选项,3）模块的旋转与翻转,旋转,翻转,4）模块的连接。,5）模块的插入,6）模块的名称操作,（3）连接分支线,（4）连接线的折曲和折点的移动,连接线折曲：选中已存在的连接线，将鼠标指针指到待折处，先按住“Shift”键，再按下鼠标左键，拖动至合适处，释放鼠标左键。 折点移动：选中折线，将鼠标指针指到待移动的折点处，当鼠标指针变为一个小圆圈时，按下鼠标左键并拖动折点至希望处，释放鼠标左键。,3 模 块 内 部 参 数 的 修 正,1）传递函数的分子、分母多项式系数行向量的输入，是按降幂排列的顺序从
10、高到低依次输入。 2）如多项式缺项，必须将对应系数0输入，不能遗漏。 3）在参数设置时，任何MATLAB工作内存中已有的变量、合法表达式、MATLAB语句等都可以填写在编辑框中。 4）模块图标的大小是可以用鼠标操作调整的。因此假如传递函数表达式太长，原方框容纳不下，可以用鼠标把它拉到适当的大小，使整个方框图图标美观易读。,值得指出的几点是：,4模型文件的保存,5结构图模型的建立举例,例2-25某一单位反馈系统的开环传递函数为,试绘制其系统结构图模型，并以“sy1”文件名保存。,2.3.3 利用Simulink进行数字仿真,1窗口运行仿真,运行Simulink模型之前，如果不采用系统默认参数，就
11、必须对各种仿真参数进行设置，尤其对复杂系统的仿真，仿真参数的合理设置尤为重要。,2仿真参数设置,解算器(Solver)设置 仿真数据输入/输出(Data Import/Export)设置 仿真优化(Optimization)设置 诊断参数(Diagnostics)设置 硬件实现(Hardware Implementation)设置 模型引用(Model Referencing)设置 实时代码生成工具(Real-Time Workshop)设置,包括,仿真参数可以由模型窗口SimulationConfiguration Parameters选项或直接按快捷键“Ctrl+E”,（1）解算器(Sol
12、ver)设置,解算器设置是进行仿真工作前必须的步骤，如何设定参数是根据解决问题的要求而决定的，以便使Simulink发挥最佳的仿真效果。,“Star time”：仿真的起始时间，单位是“秒” “Stop time”：仿真的停止时间，单位是“秒”,1）“Simulation time”选项组： 用于设置仿真时间,系统实际运行时间与设置输入的时间“秒”数不会一致，因为时间运行时间与计算机的性能、模型复杂程度、解题所选择的算法及步长、要解决问题的误差要求等诸多因素有关。,2）“Solver options”选项组： 用于选择算法的操作，选择框，,可变步长仿真算法,typeVariable-step(
13、可变步长) Fixed-step(固定步长),固定步长仿真算法,“Relative tolerance”（相对误差）： 指误差相对于状态的值，是一个百分比，默认值为1e-3，表示状态的计算值要精确到0.1% “Absolute tolerance”（绝对误差）： 表示误差值的门限，或者是在状态值为零的情况下可以接受的误差。如果它被设成了auto，那么Simulink为每一个状态设置初始绝对误差为1e-6。,3）仿真精度定义,（2）仿真数据输入/输出 (Data Import/Export)设置,Input选项：用于将MATLAB空间已存的数据导入Simulink模型的“输入模块(In)”中，数
14、据类型包括：数组、时间表达式、结构体和时间串等。如果Simulink模型中使用了“输入模块”，就必须选中该选项并填写所导入数据的变量名，缺省变量名为t，u，t为时间，u为该时间对应的数值。,“Load form workspace”选项组： 从MATLAB工作空间导入数据,仿真数据输入/输出，用来设置仿真模型与工作空间Workspace之间的数据的输入/输出。,Initial state选项：用于设置由Input选项导入Simulink 模型输入模块(In)变量的初始值，与Input选项配合使用。将迫使模型从MATLAB工作空间获取模型中全部模块所有状态变量的初始值。,Time选项：用于设置保
15、存于MATLAB工作空间中的仿真运行时间变量名。选中此选项，可将仿真运行时间变量以指定的变量名（缺省名为tout）保存于MATLAB工作空间。,“Save to workspace” 选项组： 将仿真结果数据保存至MATLAB工作空间中,States选项：用于设置保存于MATLAB工作空间中的状态变量名。选中此选项，可将仿真过程中Simulink模型中的状态变量值以指定的变量名（缺省名为xout）保存于MATLAB工作空间。,Output选项：用于设置保存于MATLAB工作空间中的输出数据变量名。如果Simulink模型中使用了“输出模块(Out)”，就必须选中该选项并填写保存于MATLAB工
16、作空间中的输出数据变量名（缺省名为yout）。,Final state选项：用于设置保存于MATLAB工作空间中的最终状态变量名。选中此选项，可将Simulink模型中的最终状态变量值以指定的变量名（缺省名为xFinal）保存于MATLAB工作空间。,Limit data point to last选项：用于限定可存取的数据。选中此选项后，可设定保存变量接受数据的长度，缺省值为1000。如果输入数据长度超过设定值，那么最早的“历史”数据被删除。,“Save options” 选项组：数据保存选项，需要与Save to workspace选项组配合使用。,Decimation选项：用于设置降频程度系数，降频系数的默认值为1，表示每一个点都返回状态与输出值。,Format选项：用于设置数据保存格式。 保存数据有三种的格式选择： 带时间的构架(Structure With Time) 结构体(Structure) 数组(Array),Output options选项：用于设置产生附加输出信号数据，只适用于变步长解算器。,（3）诊断参数(
