《控制系统仿真 教学课件 ppt 作者 张袅娜第3章 Simulink仿真工具》由会员分享，可在线阅读，更多相关《控制系统仿真 教学课件 ppt 作者 张袅娜第3章 Simulink仿真工具（123页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 Simulink仿真工具,长春工业大学电气与电子工程学院 张袅娜,simulink,长春工业大学,Contents,simulink,长春工业大学,3.1 运行Simulink演示程序,首先从MATLAB命令窗口的左下角单击【Start】/【Demos】，MATLAB的帮助浏览器会显示Simulink的Demos选择面板，单击Simulink显示演示程序的目录，双击这些条目就可以启动相应的演示程序，如图3-1和图3-2所示。,simulink,长春工业大学,3.1 运行Simulink演示程序,图3-1 Simulink的Demos启动窗口,simulink,长春工业大学,3.1 运行
2、Simulink演示程序,图3-2 Simulink的Demos窗口,simulink,长春工业大学,3.1 运行Simulink演示程序,本节以power_brushlessDCmotor直流无刷同步电机为例简要说明Simulink模型的功能及运行方式。首先在运行MATLAB，在MATLAB的命令窗口内建入 “power_brushlessDCmotor”命令： power_brushlessDCmotor 该命令启动Simulink并打开名为“power_brushlessDCmotor”的直流无刷电机系统模型窗口，如图3-3所示。,simulink,长春工业大学,3.1 运行Simuli
3、nk演示程序,图3-3 直流无刷电机系统模型,simulink,长春工业大学,3.1 运行Simulink演示程序,图3-3所示为直流无刷电机转速的PI控制系统模型，其中标注为Vdc、Vab、Te等的模块实际上实现的就是示波器的功能，双击该模块，既可以打开示波器观测相应的数据。在进行仿真之前，首先设置仿真参数，图3-3所示的仿真采用原模型默认的参数。选择菜单栏【Simulation】下的【start】命令，或者单击Simulink工具栏上的开始按钮，系统开始按照模型中设置的参数进行仿真，仿真结果：电压、电流和转据等曲线将显示在示波器中。若要停止仿真，可选择【Simulation】菜单栏下的【s
4、top】命令，或者单击Simulink工具栏上的停止按钮。,simulink,长春工业大学,3.2 Simulink模型的建立,在Simulink环境下，打开个空白的模型窗口有几种方法： 在MATLAB的命令窗口中选择File|New|New Model菜单项； 单击Simulink工具栏中的“新建模型”图标； 选中Simulink菜单系统中的File|New|Model菜单项； 还可以使用newsystem命令来建立新模型。,3.2.1 Simulink模型窗口,simulink,长春工业大学,3.2 Simulink模型的建立,3.2.1 Simulink模型窗口,图3-4 图形库浏览器界
5、面,图3-5 仿真操作界面,simulink,长春工业大学,3.2 Simulink模型的建立,3.2.2 Simulink模块库简介,在系统模型编辑器中，用户可以拖动Simulink提供的大量的内置模块建立系统模型。当用户完成Simulink系统模型的编辑之后，需要保存系统模型，然后设置模块参数与系统仿真参数，最后便可以进行系统的仿真。 为便于用户能够快速构建自己所需的动态系统，Simulink提供了大量以图形方式给出的内置系统模块，使用这些内置模块可以快速方便地设计出特定的动态系统,simulink,长春工业大学,3.2 Simulink模型的建立,3.2.2 Simulink模块库简介,
6、1、Simulink模块库简介,在MATLAB命令窗口下给出Simulink命令或Simulink3命令，也可以单击MATLAB工具栏中的Simulink图标，打开如图3-6所示的Simulink模型库窗口。,图3-6 Simulink模型库窗口,simulink,长春工业大学,3.2 Simulink模型的建立,3.2.2 Simulink模块库简介,Simulink模块库窗口由标题、标准模块库和功能菜单组成。按功能可分为以下几类子库：,（1）Continuous（连续系统模块库） 双击Continuous模块库，打开连续系统模块库，其内容如图3-7所示，主要包括一些常用的连续模块：,图3-
7、7 连续系统模块库,simulink,长春工业大学,3.2 Simulink模型的建立,3.2.2 Simulink模块库简介,积分器(Integrator)：输出对输入的时间积分 数值微分器(Derivative)：输出对输入的时间微分 状态空间表达式(State-Space)：实现线性状态空间系统 传递函数(Transfer Fcn)：实现线性传递函数 零极点函数(Pole-Zero)：实现用零极点方式指定传递函数 传输延迟(Transport Delay)：以给定的时间量延迟输入 变量传输延迟(Variable Transport Delay) ：以变化的时间量延迟输入,simulink
8、,长春工业大学,3.2 Simulink模型的建立,3.2.2 Simulink模块库简介,（2）Discrete（离散系统模块库） 离散系统模块库主要用于建立离散采样系统的模型。通过双击Discrete模块库打开，具体内容如图3-8所示，该模块库主要包括：,图3-8 离散系统模块库,simulink,长春工业大学,3.2 Simulink模型的建立,3.2.2 Simulink模块库简介,零阶保持器(Zero-Order Hold)：实现零阶保持器 一阶保持器(First-Order Hold)：实现一阶采样保持器 离散系统的传递函数(Discrete Transfer Fcn)：实现离散传
9、递函数 离散系统的状态方程(Discrete State-Space) ：实现离散状态空间系统 离散系统的零极点函数(Discrete Pole-Zero) ：实现离散零极点模型 单位延迟(Unit Delay)：延迟信号一个采样周期 离散滤波器(Discrete Filter)：实现IIR和FIR离散滤波器 Function&Tables（函数和表格模块库）,simulink,长春工业大学,3.2 Simulink模型的建立,3.2.2 Simulink模块库简介,（3）Function&Tables（函数和表格模块库） 函数和表格模块库实现各种一维、二维或高维函数的查表，另外用户可以自行编
10、写更为复杂的函数，该模块库内容如图3-9所示。主要包含：,图3-9 函数和表格模块库,长春工业大学,3.2 Simulink模型的建立,3.2.2 Simulink模块库简介,一维查表模块(Look-up Table)：给出一组横坐标和纵坐标的参考值，则输入量经过查表和线性插值计算出输出值返回。 二维查表模块(Look-up Table 2D)：给出二维平面网格上的高度值，则输入的两个变量经过查表、插值计算出模块输出值。 函数计算模块(Fcn)：将输入信号进行指定的函数运算。 MATLAB函数模块(MATLAB Fcn)：用于将用户自己按规定格式编写的MATLAB函数嵌入到Simulink模型
11、中。 S-函数模块(S-Function)：按照Simulink规定的格式，允许用户编写自己的S-函数，具体方法见3.3节。,simulink,长春工业大学,3.2 Simulink模型的建立,3.2.2 Simulink模块库简介,（4）Math（数学运算模块库） 数学运算模块库包括了各种各样的标准数学函数模块，双击Math模块库打开，其包含的内容如图3-10所示。,图3-10数学运算模块库,simulink,长春工业大学,3.2 Simulink模型的建立,3.2.2 Simulink模块库简介,增益函数(Gain)：输入乘以一个常数。 求和模块(Sum)：对输入执行加法或减法运算(包括标
12、量、向量或矩阵)。 代数约束模块(Algebraic Constraint)：强制输入信号为零。 复数的实部虚部提取模块(Complex to Real and Imag)：输出复数输入信号的实数和虚数部分。 复数变换成幅值幅角的模块(Complex to Magnitude-Angle)：输出复数输入信号的幅值和相位。 一般数学函数，如绝对值函数(Abs)、符号函数(Sign)、三角函数(Trigonometric Function)、取整模块 (Rounding Function)等。 数字逻辑模块，如逻辑运算模块(Logic Operator)、组合逻辑模块(Combinational
13、Logic)等，使用这些模块可以方便的搭建数字逻辑电路。,simulink,长春工业大学,3.2 Simulink模型的建立,3.2.2 Simulink模块库简介,（5）Nonlinear（非线性系统模块库） 非线性系统模块库包含一些常用的非线性运算模块，如图3-11示。该模块库的主要模块包括：,图3-11非线性系统模块库,simulink,长春工业大学,3.2 Simulink模型的建立,3.2.2 Simulink模块库简介,库伦与黏性摩擦(Coulomb&Viscous Friction)：在零值为不连续点时，其他值则为线性增益。 开关模块(Switch或Multiport Switc
14、h)：根据第二个输入值，在第一个输入和第三个输入之间切换输出；Multiport Switch在多个输入模块之间进行选择。 磁滞回环模块(Backlash)：建立间隙模型，指定参数值的死区。 在此模块组中定义了很多分段线性的静态非线性模块，如死区非线性(Dead Zone)、饱和非线性(Saturation)、量化模块(Quantizer)、继电模块(Relay)、变化率限幅模块(Rate Limiter)等。,simulink,长春工业大学,3.2 Simulink模型的建立,3.2.2 Simulink模块库简介,（6）Signals&Systems（信号和系统模块库） 信号和系统模块库包
15、含的模块如图3-12所示 。,图3-12信号和系统模块库,simulink,长春工业大学,3.2 Simulink模型的建立,3.2.2 Simulink模块库简介,混路器(Mux)和分路器(Demux)：Mux是将几个输入信号组合为向量或总线输出信号；Demux的功能反之。 模型信息显示模块(Model Info)。 选路器(Selector):从向量或矩阵信号中选择输入分量。 矩阵基本运算模块，如读矩阵模块(Form)，数据结构自动转换模块(Data Type Conversion)，矩阵的重新定维模块(Reshape)等。,simulink,长春工业大学,3.2 Simulink模型的建
16、立,3.2.2 Simulink模块库简介,（7）Sinks（接收模块库） 接收模块库中的模块实际上是一些能显示计算结果的模块，如图3-13所示。,图3-13接收模块库,simulink,长春工业大学,3.2 Simulink模型的建立,3.2.2 Simulink模块库简介,输出端口模块(Out):为子系统或外部输出创建一个输出端口。 示波器模块(Scope)：显示仿真期间生成的信号。 X-Y示波器(X-Y Graph)：使用MATLAB图形窗口显示信号的X-Y图。 工作空间写入模块(To Workspace)：将数据写入到工作空间的变量。 写文件模块(To File)：将数据写入到文件。 数字显示模块(Display)：显示输入值。 仿真终止模块(Stope Simulation)：当输入为非零时停止仿真。 信号终结模块(Terminator)：终止一个未连接的输出端口。,simulink,长春
