simulink仿真環(huán)境

1、2021-8-1Simulink仿真環(huán)境1 6.1 Simulink啟動與界面說明 6.2 Simulink結(jié)構(gòu)圖程序設(shè)計 6.3 Simulink仿真參數(shù)設(shè)置 6.4 結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)仿真 6.5 系統(tǒng)函數(shù)（S函數(shù)）的設(shè)計 第六章 simulink仿真環(huán)境 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境2 6.2simulink結(jié)構(gòu)圖程序設(shè)計 命令行控制系統(tǒng)仿真時，是由控制系統(tǒng)的 參數(shù)構(gòu)成控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，以命令行 程序的方式來進行仿真的。 與命令行仿真方式不同，在simulink環(huán)境下， 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型是圖形化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖，仿真程序是結(jié)構(gòu)圖程序的圖形界面。 2021-8-1Simulink

2、仿真環(huán)境3 6.2.1創(chuàng)建結(jié)構(gòu)圖文件 創(chuàng)建結(jié)構(gòu)圖文件通常有以下兩種方法： 1.方法一 可以在Simulink界面上打開File菜單，選擇 New Model，打開一個名為untiled的結(jié)構(gòu)圖 程序文件窗口， 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境4 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境5 2.方法二 在Matlab命令平臺打開File，選擇New來建 立新文件。這時出現(xiàn)新建文件類型選項： 選項一用于建立M文件，選項2用于建立圖 形文件，選項3用于加你了結(jié)構(gòu)圖文件。選 中第3向后，即出現(xiàn)一個與方法一相同的名 稱為untiled的新建結(jié)構(gòu)圖文件的窗口。 2021-8-1Simulink仿真

3、環(huán)境6 用上述任何一種方法創(chuàng)建新文件后，即可 作新文件存儲操作，即選擇File中的Save as（另存為），將文件命名為myblock.mdl 存入用于程序存儲區(qū)。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境7 6.2.2 結(jié)構(gòu)圖程序設(shè)計 按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所需要的模塊單元，構(gòu)成系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖。具體操作如下： 1）激活Simulink 2)激活信號源模塊組Source，單擊需要的信號單元 圖標，將選中的信號單元圖標拖入剛才我們新打 開的用戶文件myblock.mdl窗口的空白處釋放。 3）激活線性單元模塊組Linear，單擊需要的線性單 元圖標，如傳遞函數(shù)等，將其拖入用戶文件 myblock.mdl窗口

4、的空白處釋放。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境8 4）激活輸出顯示模塊組sinks，拖動顯示輸 出單元。 5）在用戶文件窗口上，用鼠標在各拖入的單 元之間作連線。方法是：將鼠標移至前級 單元的輸出口上，按住鼠標，再將鼠標箭 頭拖至后級單元的輸入端，釋放鼠標，就 完成了模塊之間的連接。連線完成后的一 個控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖程序如圖所示。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境9 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境10 6）在結(jié)構(gòu)圖上激活響應的單元，可以完成對 各單元的參數(shù)設(shè)置和修改。如 輸入階躍信號的幅值大??； 求和器的反饋極性； 對象傳遞函數(shù)的各個參數(shù)（TF模型或者ZPK 模型）

5、等。 詳細情況見下一節(jié)。完成參數(shù)設(shè)置后的結(jié)構(gòu) 圖如下頁圖示。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境11 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境12 6. 3 Simulink仿真參數(shù)設(shè)置 結(jié)構(gòu)圖設(shè)計完成以后，還不能馬上作系統(tǒng) 仿真，需要設(shè)置相應的仿真參數(shù)。參數(shù)設(shè) 置的內(nèi)容和步驟如下所述。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境13 6.3.1輸入信號的參數(shù)設(shè)置 雙擊信號源圖標，出現(xiàn)信號參數(shù)設(shè)置窗口， 如圖（下頁）所示。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境14 上部為模塊功能說明，圖例為“step”、“output a step”，說明該模塊名稱為Step;模塊功能為輸出 階躍信號

6、。下面4行為參數(shù)設(shè)置行，分別為： Step time 階躍信號開始時間 Initial value 初始幅值大小 Final value 終止幅值大小 Sample time 采樣間隔時間 由鍵盤輸入設(shè)定值后，單擊OK鍵確認，窗口即關(guān) 閉。 其它信號輸入單元如正弦信號單元等，其參數(shù)設(shè) 置窗口類似。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境15 6.3.2 示波器的參數(shù)設(shè)置 雙擊示波器圖標，即出現(xiàn)示波器窗口，如 圖所示。該窗口用于顯示系統(tǒng)的時間響應 曲線。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境16 單擊工具欄按鈕Parameter彈出參數(shù)設(shè)置窗 口，如圖示。需要設(shè)置的參數(shù)為顯示曲線 數(shù)、觀察

7、的時間段與是否設(shè)置為浮動工作 狀態(tài)等。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境17 6.3.3仿真參數(shù)設(shè)置 用鼠標選擇主菜單的Simulation選項，出現(xiàn) 下拉菜單如圖示。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境18 選擇Simulation Parameters選項，打開仿 真參數(shù)設(shè)置窗口，如圖示。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境19 該窗口為多頁窗口，各頁內(nèi)容為： Solver 解算器 Workspace I/O Matlab命令平臺I/O Diagnostics 診斷 Advanced 高級 Real-Time Workshop 實時平臺 以下就解算器頁面的仿真參數(shù)設(shè)置作

8、簡要 說明，其他頁面的使用方法，可以查閱 Matlab語言的幫助系統(tǒng)。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境20 1. 仿真算法的選擇 Simulink為用戶提供了多種仿真算法。解 算器Sovler options部分的下拉列表（圖 示），可以選擇步長，變步長或者定步長。 由算法選擇下拉列表可以選擇各種仿真算 法。默認算法是ode45（4階Runge-Kutta 法），關(guān)于其它算法的說明可以查閱 Matlab語言的PDF文件）； 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境21 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境22 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境23 2.仿真時間的設(shè)置 在解

9、算器中的Simulation Time選項組中，可以 設(shè)置仿真的起始時間和終止時間。Simulink啟動 后的默認值分別為： Start Time 0.0 Stop Time 10.0 3.其它參數(shù)設(shè)置 其它參數(shù)設(shè)置項還有仿真步長選擇、輸出選擇、 允許誤差設(shè)置等。其中，相對誤差（Relative Tolerance)設(shè)置的默認值為： Relative Tolerance 1e-3 計算精度為0.001 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境24 用鼠標選擇主菜單的Simulation選項，出現(xiàn) 下拉子菜單，如圖。 6.4 結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)仿真 6.4.1仿真的啟動與停止 2021-8-1Sim

10、ulink仿真環(huán)境25 選中Start仿真即開始，至設(shè)定的仿真時間 長度即停止。在長時間的仿真過程中，該 選項變?yōu)镻ause/Continue，用于暫停或繼 續(xù)。選項Stop可以用于長時間仿真的停止 執(zhí)行。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境26 仿真程序的啟動也可以使用工具欄上的啟 動按鈕。如圖示。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境27 6.4.2結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)仿真 下面以例題說明結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)仿真工作的步 驟。 例6.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示 用結(jié)構(gòu)圖仿真方法求系統(tǒng)的階躍響應。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境28 （1）按照機構(gòu)圖程序設(shè)計步驟完成以下結(jié) 構(gòu)圖。 2021-

11、8-1Simulink仿真環(huán)境29 (2)結(jié)構(gòu)圖完成后，設(shè)置仿真參數(shù)，步驟如 下： 1）雙擊階躍信號圖標，起始時間設(shè)為0s， （默認值為1s）； 2）初始可以默認示波器的參數(shù)設(shè)置。 3）在模型myblock窗口上，選擇 Simulation下拉菜單中的Simulation Paremeters，設(shè)置仿真參數(shù)。 選擇仿真算法。初始可以用默認算法 （ode45） 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境30 確定仿真開始時間，如0s（默認值）； 確定仿真結(jié)束時間，如10s（默認值）； 最大仿真步長和最小仿真步長?？梢杂煞?真要求確定。默認值為自動，即 Min Step Size （默認值為0.00

12、01） Max Step Size （默認值為10） 設(shè)定仿真精度Tolerance（默認值為1e-3) 完成上述仿真參數(shù)設(shè)定后，即可進行控制系 統(tǒng)的仿真了。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境31 （3）啟動仿真，雙擊示波器圖標，即可觀 察到仿真結(jié)果，如圖示。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境32 例6.2 浮空示波器觀察系統(tǒng)的各種信號的值。 1）打開示波器窗口。 2）示波器浮空設(shè)置。單擊工具欄的浮空示 波器按鈕（Floting scope）將示波器設(shè)置為 浮空工作狀態(tài)。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境33 3）設(shè)置觀測狀態(tài)。 單擊工具欄的信號選擇按鈕（Signal

13、selection)， 可選的四種浮空觀測方式為： All signals 所有信號（所有模塊輸出） Named signals only 指定信號（由all signals列表 指定，多個信號） Testpoint signals only 測試點信號（由結(jié)構(gòu)圖激 活句柄設(shè)定，單個信號） Selected signals only 設(shè)定信號（由all signals列 表選項，多個信號） （圖略） 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境34 例6.3 將仿真結(jié)果返回到Matlab命令平臺。 通過結(jié)構(gòu)圖的仿真參數(shù)設(shè)置，可以將結(jié)構(gòu)圖仿真 結(jié)果返回到Matlab命令平臺，用于作圖與其它分 析處理

14、。具體步驟如下： 1）單擊仿真結(jié)構(gòu)圖Simulation菜單的Simulation Parameters，打開仿真參數(shù)設(shè)置窗口，選擇并打 開Workspace I/O選項卡。如圖示（下頁） 2）選擇Save to Workspace的選項，并指定變量 名稱，tout和xout分別為返回的時間變量名稱是輸 出變量名稱。 3）執(zhí)行仿真，的到返回平臺的變量值。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境35 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境36 5.4 子系統(tǒng)與模塊封裝技術(shù) n 子系統(tǒng)概念及構(gòu)成方法子系統(tǒng)概念及構(gòu)成方法 n 模塊封裝方法模塊封裝方法 n 模塊集構(gòu)造模塊集構(gòu)造 2021-8-1S

15、imulink仿真環(huán)境37 在系統(tǒng)建模與仿真中，經(jīng)常遇到很復雜的 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，難以用一個單一的模型框圖 進行描述。通常需要將這些框圖分解成多 個具有獨立功能的子系統(tǒng)。另外，用戶也 可以將一些常用的子系統(tǒng)封裝成一些模塊， 這些模塊的使用方法類似于標準的Simulink 模塊，當然，用戶也可自己開發(fā)一些模塊 做成自己的模塊組或模塊集。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境38 5.4.1 子系統(tǒng)概念及構(gòu)成方法 要建立子系統(tǒng)，首先要給子系統(tǒng)設(shè)置輸入 和輸出端子。子系統(tǒng)的輸入端由Sources模 塊組中的In來表示，輸出端由Sinks模塊組 中的Out來表示。 當然，如果已經(jīng)建立起一個框圖，則可以

16、 將想建立子系統(tǒng)的部分選中（鼠標左鍵單 擊要選中區(qū)域的左下角，拖動鼠標在想選 中區(qū)域的右上角處釋放，則選中該區(qū)域的 所有模塊和其連接關(guān)系）。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境39 用鼠標選擇了預期的子系統(tǒng)構(gòu)成模塊和機 構(gòu)之后，就可用Edit-Create Subsystem菜 單項來建立子系統(tǒng)。若沒有指定輸入和輸 出端口，則Simulink會自動將流入選擇區(qū)域 的信號依次設(shè)置為輸入信號，將流出的信 號設(shè)置成輸出信號，從而自動建立起輸入 和輸出端口。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境40 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境41 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境42

17、2021-8-1Simulink仿真環(huán)境43 注意：這里的模型含有四個變量，Kp，Ti， Td和N，這些變量應該在Matlab工作空間中 賦值。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境44 5.4.2 模塊封裝方法 前面我們給出的PID控制器子系統(tǒng)，需要修改參 數(shù)時，須在Workspace中修改內(nèi)部參數(shù)。 在Simulink環(huán)境中，所謂封裝（Masking）就是將 其對應的子系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)隱含起來，以便訪問 該模塊時只出現(xiàn)一個參數(shù)設(shè)置對話框，將模塊中 所需要的參數(shù)用這個對話框來輸入。 在前面介紹的PID控制器中，也可以給它封裝起 來只留下一個對話框來接受該模型的4個參數(shù)。 2021-8-1S

18、imulink仿真環(huán)境45 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境46 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境47 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境48 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境49 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境50 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境51 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境52 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境53 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境54 Prompt（提示）中填寫該變量的提示信息，在 Variable（變量）中填寫出想關(guān)聯(lián)的變量名，注意， 該變量名須與框圖中完全一致。 2021-8-1Simu

19、link仿真環(huán)境55 然后，雙擊模塊后出現(xiàn)以下對話框，可以在該框 中設(shè)置模型參數(shù)。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境56 在封裝的模塊上用鼠標右鍵可以打開快捷菜單， 其中的Look under mask允許打開封裝的模塊，允 許用戶修改其中輸入和輸出端口的名字。 注意，如果想顯示端口名稱，則封裝對話框中的 Transparency屬性必須設(shè)置成Transparent。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境57 另外，還可以采用響應的方式編輯變量的 關(guān)聯(lián)關(guān)系。在編輯欄中最后的Control type （控件類型）欄目的默認值為Edit，表示用 編輯框來接受數(shù)據(jù)。如果想讓濾波器常數(shù)N

20、支取幾個允許的值，則可以將該控件選擇 為Popup（列表框）形式。并在Popup string欄目上填寫10|100|1000，。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境58 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境59 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境60 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境61 5.4.3 5.4.3 模塊集構(gòu)造模塊集構(gòu)造 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境62 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境63 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境64 blkStruct.Name = sprintf(PID Controln blkStruct.Op

21、enFcn = pidblock; % 這個變量指向模塊集文件名 blkStruct.MaskDisplay = disp(PIDnBlockset); % 模塊顯示 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境65 6.5 Simulink中的M-函數(shù) 和S-函數(shù)及其應用 M-函數(shù)模塊的基本結(jié)構(gòu)函數(shù)模塊的基本結(jié)構(gòu) S-函數(shù)的基本結(jié)構(gòu)函數(shù)的基本結(jié)構(gòu) 用用 MATLAB 編寫編寫S-函數(shù)舉例函數(shù)舉例 S-函數(shù)的封裝函數(shù)的封裝 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境66 6.5.1 M函數(shù)模塊的基本結(jié)構(gòu) 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境67 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境68 將m

22、atlab function模塊拖到模型窗口中，雙 擊模塊，填入函數(shù)名ztyzb（前面的m函數(shù) 存儲文件名為ztyzb.m） 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境69 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境70 仿真結(jié)果如下： 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境71 6.5.2 S-函數(shù)的基本結(jié)構(gòu) 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境72 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境73 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境74 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境75 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境76 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境77 2021-8

23、-1Simulink仿真環(huán)境78 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境79 6.5.3 S函數(shù)的創(chuàng)建 由于問題的敘述敘述需要較多相關(guān)知識， 需要比較熟練的程序設(shè)計技巧，在此使用 Siminlink演示庫中現(xiàn)有的S函數(shù)：limintm. 來敘述，更詳細的內(nèi)容，可以查閱幫助系 統(tǒng)。 在目錄matlabtoolboxsimulinkblock下有 個limintm.m函數(shù)。（這是一個限幅積分器S 函數(shù)） 將該函數(shù)另存為mylimintm.m使用。 2021-8-1Simulink仿真環(huán)境80 6.5.4 S函數(shù)生成結(jié)構(gòu)圖 由M函數(shù)和C語言寫成的S函數(shù)可以轉(zhuǎn)換為 用戶定義的結(jié)構(gòu)圖。為完成這一工作， Simulink中準備