simulink建模.ppt

SIMULINK仿真基础 SIMULINK入门基本建模方法参数选择及运行解微分方程 SIMULINK是MATLAB软件的扩展 它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包 它与MATLAB语言的主要区别在于 其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入 其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建 而非语言的编程上 所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统模块 用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能 而不必考察模块内部是如何实现的 通过对这些基本模块的调用 再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型 以 mdl文件进行存取 进而进行仿真与分析 SIMULINK入门 SIMULINK入门 MATLAB命令窗口运行指令 simulinkSIMULINK模块库浏览器 SimulinkLibraryBrowser建立一个简单的仿真系统模块库 基本建模方法 一个简单的仿真系统 点击 新建 建立新模型tst1用鼠标在信源模块中选取sinewave 拖曳至tst1窗口用鼠标在信宿模块中选取scope 拖曳至tst1窗口连线启动仿真 模块的基本操作 模块的选定选定单个和选定多个模块的复制复制 粘贴Ctrl键模块名操作点击模块名模块的样式Format菜单 简单建模 波形显示 向量显示 Mux 标量扩展 在MATLAB命令窗口中输入simulink3结果是在桌面上出现一个用图标形式显示的Library simulink3的Simulink模块库窗口 两种模块库窗口界面只是不同的显示形式 用户可以根据各人喜好进行选用 一般说来第二种窗口直观 形象 易于初学者 但使用时会打开太多的子窗口 Simulink模块库 SIMULINK模块库 SIMILINK模块库按功能进行分为以下8类子库 Continuous 连续模块 Discrete 离散模块 Function Tables 函数和表格模块 Math 数学模块 Nonlinear 非线性模块 Signals Systems 信号和系统模块 Sinks 输出模块 Sources 输入源模块 数学模块 Math Sum求和模块 加减运算Product乘法模块 乘运算DotProduct矢量的点乘模块 点乘运算Gain增益模块 比例运算MathFunction常用数学函数模块 包括指数函数 对数函数 求平方 开根号等常用数学函数TrigonometricFunction三角函数模块 三角函数 包括正弦 余弦 正切等MinMax最值模块 最大最小值运算Abs绝对值模块 取绝对值Sign符号函数模块 符号函数 LogicalOperator逻辑运算符模块 逻辑运算RelationalOperator关系运算模块 关系运算复数运算模块ComplextoMagnitude Angle 由复数输入转为幅值和相角输出Magnitude AngletoComplex 由幅值和相角输入合成复数输出ComplextoReal Imag 由复数输入转为实部和虚部输出Real ImagtoComplex 由实部和虚部输入合成复数输出 数学模块 Math 输入源模块 Sources Constant 常数信号 Clock 时钟信号 FromWorkspace 来自MATLAB的工作空间 FromFile mat 来自数据文件 PulseGenerator 脉冲发生器 RepeatingSequence 重复信号 SignalGenerator 信号发生器 可以产生正弦 方波 锯齿波及随意波 SineWave 正弦波信号 Step 阶跃波信号 搭建matlab与simulink的互换 输出模块 Sinks Scope示波器模块 显示产生的输出信号XYGraph二维信号显示模块 两路信号分别作为示波器坐标的x轴与y轴 显示二维图形 ToWorkspace输出到工作空间模块 将输出写入MATLAB的工作空间 ToFile mat 输出到文件模块 将输出写入数据文件Display显示模块 按照一定的格式显示输入信号的值Terminator终止信号模块Stopsimulation结束仿真模块 连续模块库 Continuous Integrator积分模块 输入信号积分Derivative微分模块 输入信号微分State Space线性状态空间模块 线性状态空间系统模型Transfer Fcn传递函数模块 线性传递函数模型Zero Pole零极点传递函数模块 以零极点表示的传递函数模型Memory存储器模块 存储上一时刻的状态值TransportDelay传输延迟模块 输入信号延时一个固定时间再输出VariableTransportDelay可变传输延迟模块 输入信号延时一个可变时间再输出 离散模块 Discrete Zero OrderHold零阶保持器模块 零阶采样和保持UnitDelay单位延迟模块 一个采样周期的延时Discrete timeIntegrator离散时间积分模块 离散时间积分器DiscreteFilter离散滤波器模块 无限脉冲响应 IIR 和有限脉冲响应 FIR 的数字滤波器DiscreteState Space离散状态空间模块 离散状态空间系统模型DiscreteTransfer Fcn离散传递函数模块 离散传递函数模型DiscreteZero Pole离散零极点传递函数模块 以零极点表示的离散传递函数模型First OrderHold一阶保持器模块 一阶采样和保持 函数与表格模块库 Function Tables Fcn自定义函数模块 用自定义的函数 表达式 进行运算MATLABFcnMATLAB函数模块 利用matlab的现有函数进行运算S FunctionS 函数模块 调用自编的S函数的程序进行运算Look UpTable一维查表模块 建立输入信号的查询表 线性峰值匹配 Look UpTable 2 D 二维查表模块 建立两个输入信号的查询表 线性峰值匹配 非线性模块 Nonlinear Saturation饱和度模块 饱和输出 让输出超过某一值时能够饱和 Relay继电模块 滞环比较器 限制输出值在某一范围内变化 Switch选择开关模块 根据设置的门限来确定系统的输出ManualSwitch手动选择开关模块RateLimiter比率限幅模块 限制输入信号DeadZone死区输出模块 在规定的区内没有输出值Quantizer量化模块 把输入信号由平滑状态变成台阶状态 信号和系统模块Signal Systems In1 输入端 Out1 输出端 Mux 将多个单一输入转化为一个复合输出 Demux 将一个复合输入转化为多个单一输出 Ground 连接到没有连接到的输入端 Terminator 连接到没有连接到的输出端 SubSystem 建立新的封装 Mask 功能模块 其它应用模块集和Simulink扩展库 通信模块集 CommunicationsBlockset 数字信号处理模块集 DSPBlockset 电力系统模块集 PowerSystemBlockset Simulink扩展库 扩展信号输出模块库 AdditionalSinks 扩展离散库 AdditionalDiscrete 扩展线性库 AdditionalLinear 转换库 Transformations 触发模块库 FlipFlops 线性化库 Linearization 宇航模块库 AirspaceBlocks SIMULINK模型 外表 直观的方框图文件 MDL文件数学 微分方程或差分方程行为 模拟物理过程的动态性状 方法 在所建立的模型窗口中 选中相应的模块 单击右击鼠标 在弹出的快捷菜单中单击 Blockparameters 选项 即可打开该模块的参数设置对话框 右击鼠标 在弹出的快捷菜单中单击 BlockProperties 选项 即可打开该模块的属性设置对话框 SIMULINK仿真 模块参数与属性的设置 一般情况 每个模块都有一个或者多个输入口或者输出口 输入口通常是模块的左边的 符号 输出口是右边的 符号 模块的连接方法 信号线就变成了带有方向箭头的线段 说明这两个模块的连接成功 否则需要重新进行连接 SIMULINK仿真 模块的连接 线的折弯 按住Shift键 再用鼠标在要折弯的线处单击一下就会出现圆圈 表示折点 利用折点就可以改变线的形状 线的分支 按住鼠标右键 在需要分支的地方拉出即可以 或者按住Ctrl键 并在要建立分支的地方用鼠标拉出即可 SIMULINK仿真 仿真参数的设置 选择菜单选项 Simulation ConfigurationParameters 将显示仿真参数对话框 1 设置仿真时间仿真时间决定了模型仿真的时间或取值区域 其设置完全根据待仿真系统的特性确定 反映在输出显示上就是示波器的横轴坐标值的取值范围 Starttime 和 Stoptime 项分别用以设置仿真开始时间 或取值区域下限 和终止时间 或取值区域上限 默认值分别为0 0和10 02 选择仿真算法仿真算法是求常微分方程 传递函数 状态方程解的数值计算方法 主要有欧拉法 Eular 阿达姆斯法 Adams 和龙格 库塔法 Runge Kutta 由于动态系统的差异性 使得某种算法对某类问题比较有效 而另外算法对另一类问题更有效 因此 对不同的问题 可以选择不同的适应算法和相应的参数 以得到更准确 快速的解 加注释 simulink模型的一般性结构 信源 系统 信宿 例1数值分析 积分模块的应用 积分模块应用 复位积分 负变正时强迫清零 微分方程 构造微分方程求解模型 显示图形如下 解法2 用SIMULINK 练习 新建一个SIMULINK的模型文件 试建立并调试一个模型 实现在一个示波器中同时观察正弦波信号和方波信号 已知摄氏温度和华氏温度之间的转换关系如下 试利用SIMULINK建模并仿真该式输入量和输出量间的关系 某一直流RC电路结构及参数如图所示 将电容电压的暂态过程作为研究对象 求解当开关闭合后电容电压和线路电流的变化规律 解 1 选择SIMULINK模块库浏览器工具栏中的图标 打开一个新的SIMULINK仿真平台窗口 2 从SimPowerSystems模块库和SIMULINK模块库中选择并添加相应的模块到SIMULINK仿真平台窗口 并进行适当的排列 如图所示 DCVoltageSource模块来自电力系统模块库的ElectricalSources子库Breaker模块来自电力系统模块库的Elements子库SeriesRLCBranch模块来自电力系统模块库的Elements子库SeriesRLCBranch1模块来自电力系统模块库的Elements子库3个Ground模块来自电力系统模块库的Elements子库 用以模拟接地VoltageMeasurement模块来自电力系统模块库的Measurement子库CurrentMeasurement模块来自电力系统模块库的Measurement子库 3 设置DCVoltageSource模块参数 设置Breaker模块参数 设置SeriesRLCBranch模块参数 设置SeriesRLCBranch1模块参数 设置Scope模块参数 4 单击鼠标选中SeriesRLCBranch1模块 选择SIMULINK仿真平台窗口 Format RotateBlock 菜单 将SeriesRLCBranch1模块方向进行调整 使之由横向放置变为竖向放置 便于连接 5 修改各模块标签 由于各模块的默认标签具有文字太长 意义不清 关键信息不能体现等缺点 因此需要进行调整 调整的方法是用鼠标单击模块标签 鼠标光标即可进入标签栏中 用户可直接修改标签内容 系统中各模块调整后的标签如图所示 6 按电路结构对各模块进行连线 注意 CurrentMeasurement模块必须串联在目标对象的回路中 VoltageMeasurement模块必须并联在目标对象的回路中 7 设置仿真参数 选择SIMULINK仿真平台窗口 Simulation ConfigurationParameters 菜单 弹出仿真参数对话框 如图所示 将仿真停止时间由默认的10 0改为0 01 因为要观察暂态过程 将仿真算法 Solver 项由默认的ode45改选为ode23tb 因为在包含断路器等非线性元件的模型中 o