第6章Simulink应用.ppt

第6章simulink的基础应用,1,1.simulink模块库2.基本建模方法3.模型举例4.子系统与模块封装技术5.S函数的编写与应用6.Simulink电路分析应用,simulink是Matlab软件的扩展与特色体现，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包；simulink可以模拟线性与非线性系统，连续与非连续系统，或它们的混合系统；simulink的另外一个重要特点就是它的开放性，它允许用户定制自己的功能模块和模块库。,2,simulink操作方法,运行simulink有三种方式：方式（1）在命令窗口直接键入simulink；方式（2）点击工具条上的simulink快捷键图标；方式（3）在菜单中选择FileNewModel，弹出新建立的模型窗口untitled。,3,6.1simulink模块库,5,simulink基本模块库,Continuous（连续模块）Discontinuities（非线性模块库）Discrete（离散模块）logicandbitoperations(逻辑和位操作模块)Look-UpTables（查询表模块库）MathOperations（数学运算模块库）Modelverification（模型验证模块库）Model-WideUtilities（模块实用模块库）Portsy=outputcurve(:,2)plot(x,y)title(直流比较仪输出特性曲线);xlabel(二次电流I2/mA);ylabel(一次电流I1/A),47,执行结果,48,6.3创建与封装子系统,建立子系统有以下几个优点：（1）可以减少显示在模型窗口的模块数，这样用户的模型窗口就会很整齐，而且条理清晰、层次分明，也方便用户连线；（2）可以将功能相关的模块放在一起，用户可以用建立子系统创建自己的模块库；（3）可以生成层次化的模型图表，即子系统在一层，组成子系统的模块在另一层。这样用户在设计模型时，既可采用自上而下的设计方法，也可以采用自下而上的设计方法。,49,创建与封装子系统的途径,（1）采用Ports%表示处于初始状态case1,sys=mdlDerivatives(t,x,u);%计算连续状态的微分case2,sys=mdlUpdate(t,x,u);%计算下一个离散状态case3,sys=mdlOutputs(t,x,u);%计算输出case4,sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u);%计算下一次采样的时间case9,sys=mdlTerminate(t,x,u);%此时系统要结束otherwiseDAStudio.error(Simulink:blocks:unhandledFlag,num2str(flag);end,75,functionsys,x0,str,ts=mdlInitializeSizes(x_initial)sizes=simsizes;sizes.NumContStates=1;%模块连续状态变量的个数sizes.NumDiscStates=0;%模块离散状态变量的个数sizes.NumOutputs=1;%模块输出变量的个数sizes.NumInputs=1;%模块输入变量的个数sizes.DirFeedthrough=0;%模块是否存在直接贯通sizes.NumSampleTimes=1;%模块采样时间个数，至少为1sys=simsizes(sizes);%设置完后赋给sys输出x0=x_initial;str=;ts=00;,Sizes数组内部字段意义,76,77,functionsys=mdlDerivatives(t,x,u)dx=-x+u;sys=x;functionsys=mdlUpdate(t,x,u)sys=;functionsys=mdlOutputs(t,x,u)sys=x;functionsys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u)sampleTime=1;sys=t+sampleTime;functionsys=mdlTerminate(t,x,u)sys=;,S-function常用子函数,78,6.5典型功能模块应用方法举例,本例熟悉使用非线性模块库Discontinuities中的几种典型功能模块如死区非线性模块（DeadZone）、量化模块（Quantizer）和MathOperations模块库中Sign功能模块，对于饱和非线性（Saturation）模块将在后续章节中介绍。构建simulink的仿真模型，保存为exm_9.mdl,79,非线性模块（库）的使用技巧,80,所需功能模块,exm_9模型由以下几个功能模块构成：（1）Sinewave模块（在Sources模块库中）；（2）Quantizer和DeadZone模块（在Discontinuities模块库中）；（3）Sign模块（在MathOperations模块库中）；（4）mux模块（在SignalRouting模块库中）；（5）Scope模块（在Sinks模块库中调用）。,81,设置功能模块,（1）Sinewave模块：Amplitude/V（幅值）为10，Frequency/Rads-1（频率）为100，其它为默认参数；（2）Quantizer模块：Quantizationinterval（采样间隔）为1e-3；（3）DeadZone模块：Startofdeadzone（死区起始值）为-5，Endofdeadzone（死区终止值）为5；（4）Sign模块：使用默认参数，当输入信号大于0，其输出为1，反之，当输入小于0，则输出为-1；（5）Scope模块：将3个Scope模块（分别被命名为Scope1、Scope2和Scope3）的Datahistory参数中的Variablename分别设置为out1、out2、和out3，Format均设置为Array；,82,分析仿真结果,83,正弦波形和Quantizer模块输出的采样波形,正弦波形和DeadZone模块输出波形,84,正弦波形和Sign模块输出波形,85,开关Switch模块的使用技巧,举例10：使用SignalRouting模块库中的Switch模块、Sources模块库中的Constant模块和Sinewave模块。构建simulink仿真模型，保存为exm_10.mdl。,86,所需功能模块,（1）Sinewave模块和Constant模块（均在Sources模块库中调用）；（2）Switch模块和mux模块（均在SignalRouting模块库中调用）；（3）Scope模块（在Sinks模块库中调用）。,87,Switch模块和Constant模块,88,设置功能模块,（1）Sinewave模块：Amplitude/V（幅值）为2，Frequency/Rads-1（频率）为100，其它为该模块的默认参数；（2）Constant模块：Constantvalue（恒值）输入栏为0.5；（3）Switch模块：Threshold栏的参数为0.9；（4）Mux模块：Numberofinputs输入栏设置为3，Displayoption栏选取Signals；（5）Scope模块：将4个Scope模块（分别被命名为Scope1、Scope2、Scope3和Scope4）的Datahistory参数中的Variablename分别设置为Sine_wave、Constant、Output和out，Format均设置为Array,89,仿真结果,90,-输入的正弦信号，Switch模块输出波形，-Constant输出波形,离散傅立叶分析模块的使用技巧,本例熟悉离散傅立叶分析的DiscreteFourier模块的使用方法。构建如图4-77所示的simulink的仿真模型，保存为exm_11.mdl。,91,所需功能模块,本例的模型由以下几个功能模块构成：（1）Sinewave模块和Constant模块（在Sources模块库中调用）；（2）Sum模块（在MathOperations模块库中调用）；（3）Display模块（在Sinks模块库中调用）；（4）DiscreteFourier模块，调用方法为：点击SimPowersystems模块库，点击ExtraLibrary模块库，点击DiscreteMeasurements模块库，即可调用该模块。,92,利用DiscreteFourier模块构建的simulink模型,93,滤波器Filter模块的使用技巧,本例熟悉滤波器Filter模块的使用方法。构建simulink的仿真模型，保存为exm_12.mdl。滤波器Filter模块主要分为1st-Orderfilter（一阶滤波）和2nd-Orderfilter（二阶滤波）。1st-Orderfilter模块，又分为低通和高通滤波器两种类型；2nd-Orderfilter模块，它分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种类型。调用Filter模块的方法：点击SimPowersystems模块库，点击ExtraLibrary模块库，点击ControlBlocks模块库，即可调用它们。,94,利用滤波器Filter构建的simulink仿真模型,95,所需功能模块,模型由以下几个功能模块构成：（1）Sinewave模块和Constant模块（均在Sources模块库中调用）；（2）Sum模块（在MathOperations模块库中调用）；（3）Scope模块（在Sinks模块库中调用）；（4）Mux模块（在SignalRouting模块库中调用）（5）1st-Orderfilter（一阶滤波）和2nd-Orderfilter（二阶滤波）。,96,设置功能模块,（1）连续调用4（或者复制3）次Sinewave模块;（2）Constant模块：Constantvalue（恒值）输入栏为-5；（3）Sum模块：选择“rectangular”（矩形），在Listofsigns栏中，键入五个“+”即+，然后点击ok，设置结果如图4-78所示；（4）连续调用2（或者复制1）次1st-Orderfilter（一阶滤波），连续调用2（或者复制1）次2nd-Orderfilter（二阶滤波）;（5）连续调用3（或者复制2）次Mux模块；（6）连续调用4（或者复制3）次Scope模块;,97,一阶和二阶滤波器输出波形,98,-一阶滤波二阶滤波,两种二阶滤波器输出波形,99,-由两个1st-Orderfilter仅由2nd-Orderfilter,二阶和四阶滤波器的输出波形,100,-二阶滤波四阶滤波,101,102,6.6Simulink电路分析应用,“ElectricalSources”模块库,其中包括7个用于产生电源信号的模块,“Elements”模块库,其中包括的是线性及非线性的电路网络元件模块，可分为Elements(元件类)、Lines(导线类)、CircuitBreaker(开关类)、Transformer(变压器类)共四类24个模块,“Measurements”模块库,其中包括的是5种测量模块,“PowerElectronics”模块库,其中包括的是9类功率电子器件模块,“Machines”模块库,其中包括的是SynchronousMachines（同步电机类）、AsynchronousMachines（异步电机类）、DCMachines（直流电机类）及MachineMeasurement（电机测量类）等4类共16个模块。,其中包含Simpower模块库中各类模块的扩充模块,“ExtraLibrary”模块库,109,SimPowerSystems模块介绍DCVoltageSource直流电压源在“ElectricalSources”模块内。SeriesRLCBranch串联RLC支路，可以去掉任一元件，将其变为单独的电阻、电容或电感的支路。设置单一电阻时，应将参数“Resistance”设置为所仿真电阻的真实值，“Inductance”设置为0，“Capacitance”设置为inf；设置单一电感时，应将参数“Inductance”设置为所仿真电感的真实值，“Resistance”设置为0，“Capacitance”设置为inf；设置单一电容时，应将参数“Capacitance”设置为所仿真电容的真实值，“Resistance”和“Inductance”均设置为0。,110,ParallelRLCBranch并联RLC支路，可以去掉任一元件，将其变为单独的电阻、电容或电感的支路。设置单一电阻时，应将“Resistance”设置为仿真电阻真实值，“Inductance”设置为inf，“Capacitance”设置为0；设置单一电感时，应将“Inductance”设置为仿真电感真实值，“Resistance”设置为inf，“Capacitance”设置为0；设置单一电容时，应将“Capacitance”设置为仿真电容真实值，“Resistance”和“Inductance”均设置为inf。,111,CurrentMeasurement、VoltageMeasurement测量所在支路的电流值和电压值，在“Measurmrnts”模块内。ControlledVoltageSource受控电压源、ControlledCurrentSource受控电流源，在“ElectricalSources”模块内，其参数一般采用默认值。Break（开关）两模块。在Elements模块库内