simulink仿真環(huán)境

1、2021-11-23Simulink仿真環(huán)境16.1 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2021-11-23Simulink仿真環(huán)境26.2simulink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(xué)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(xué)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。2021-11-23Simulink仿真環(huán)境36.

2、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，2021-11-23Simulink仿真環(huán)境42021-11-23Simulink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。2021-11-23Simulink仿真環(huán)境6 用上述任何一種

3、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)。2021-11-23Simulink仿真環(huán)境76.2.2 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Simulink2)激活信號源模塊組Source，單擊需要的信號單元圖標(biāo)，將選中的信號單元圖標(biāo)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(biāo)，如傳遞函數(shù)等，將其拖入用戶文件myblock.mdl窗口的空白處釋放。2021-11-23Simu

4、link仿真環(huán)境84）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(biāo)在各拖入的單元之間作連線。方法是：將鼠標(biāo)移至前級單元的輸出口上，按住鼠標(biāo)，再將鼠標(biāo)箭頭拖至后級單元的輸入端，釋放鼠標(biāo)，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。2021-11-23Simulink仿真環(huán)境92021-11-23Simulink仿真環(huán)境106）在結(jié)構(gòu)圖上激活響應(yīng)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）等。詳細(xì)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

5、-11-23Simulink仿真環(huán)境112021-11-23Simulink仿真環(huán)境126. 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(yīng)的仿真參數(shù)。參數(shù)設(shè)置的內(nèi)容和步驟如下所述。2021-11-23Simulink仿真環(huán)境136.3.1輸入信號的參數(shù)設(shè)置 雙擊信號源圖標(biāo)，出現(xiàn)信號參數(shù)設(shè)置窗口，如圖（下頁）所示。2021-11-23Simulink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。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

6、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(rèn)，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。2021-11-23Simulink仿真環(huán)境156.3.2 示波器的參數(shù)設(shè)置 雙擊示波器圖標(biāo)，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(yīng)曲線。2021-11-23Simulink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)、觀察的時間段與是否設(shè)置為浮動工作狀態(tài)等。2021-11-23Simulink仿真環(huán)境1

7、76.3.3仿真參數(shù)設(shè)置 用鼠標(biāo)選擇主菜單的Simulation選項，出現(xiàn)下拉菜單如圖示。2021-11-23Simulink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。2021-11-23Simulink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)。2021-11-2

8、3Simulink仿真環(huán)境201. 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(rèn)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）；2021-11-23Simulink仿真環(huán)境212021-11-23Simulink仿真環(huán)境222021-11-23Simulink仿真環(huán)境232.仿真時間的設(shè)置在解算器中的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

9、動后的默認(rèn)值分別為：Start Time 0.0Stop Time 10.03.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(rèn)值為：Relative Tolerance 1e-3 計算精度為0.0012021-11-23Simulink仿真環(huán)境24 用鼠標(biāo)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2021-11-23Simulink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aus

10、e/Continue，用于暫?；蚶^續(xù)。選項Stop可以用于長時間仿真的停止執(zhí)行。2021-11-23Simulink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。2021-11-23Simulink仿真環(huán)境276.4.2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(yīng)。2021-11-23Simulink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。2021-11-23Simulink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(biāo)，起始時間設(shè)為0s，（默認(rèn)值

11、為1s）；2）初始可以默認(rèn)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(rèn)算法（ode45）2021-11-23Simulink仿真環(huán)境30 確定仿真開始時間，如0s（默認(rèn)值）； 確定仿真結(jié)束時間，如10s（默認(rèn)值）； 最大仿真步長和最小仿真步長?？梢杂煞抡嬉蟠_定。默認(rèn)值為自動，即Min Step Size （默認(rèn)值為0.0001）Max Step Size （默認(rèn)值為10） 設(shè)定仿真精度Tolerance（默認(rèn)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

12、仿真了。2021-11-23Simulink仿真環(huán)境31 （3）啟動仿真，雙擊示波器圖標(biāo)，即可觀察到仿真結(jié)果，如圖示。2021-11-23Simulink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)。2021-11-23Simulink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 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

13、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）2021-11-23Simulink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。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

14、/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。2021-11-23Simulink仿真環(huán)境352021-11-23Simulink仿真環(huán)境365.4 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2021-11-23Simulink仿真環(huán)境37 在系統(tǒng)建模與仿真中，經(jīng)常遇到很復(fù)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

15、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(biāo)準(zhǔn)的Simulink模塊，當(dāng)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。2021-11-23Simulink仿真環(huán)境385.4.1 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(dāng)然，如果已經(jīng)建立起一個框圖，則可以將想建立子系統(tǒng)的部分選中（鼠標(biāo)左鍵單擊要選中區(qū)域的左下角，拖動鼠標(biāo)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）。2021-11-23Simulink仿真環(huán)境39 用鼠標(biāo)

16、選擇了預(yù)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。2021-11-23Simulink仿真環(huán)境402021-11-23Simulink仿真環(huán)境412021-11-23Simulink仿真環(huán)境422021-11-23Simulink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(yīng)該在Matlab工作空間中賦值。2021-11-23Simulink仿真環(huán)境445.4.2

17、 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(yīng)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)。2021-11-23Simulink仿真環(huán)境452021-11-23Simulink仿真環(huán)境462021-11-23Simulink仿真環(huán)境472021-11-23Simulink仿真環(huán)境482021-11-23Simulink仿真

18、環(huán)境492021-11-23Simulink仿真環(huán)境502021-11-23Simulink仿真環(huán)境512021-11-23Simulink仿真環(huán)境522021-11-23Simulink仿真環(huán)境532021-11-23Simulink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。2021-11-23Simulink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)。2021-11-23Simulink仿真環(huán)境56 在封裝的模塊上用鼠標(biāo)右鍵可以打開快捷菜單，其中的Look und

19、er 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。2021-11-23Simulink仿真環(huán)境57 另外，還可以采用響應(yīng)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(rèn)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，。2021-11-23Simulink仿真環(huán)境582021-11-23Simul

20、ink仿真環(huán)境592021-11-23Simulink仿真環(huán)境602021-11-23Simulink仿真環(huán)境615.4.3 5.4.3 模塊集構(gòu)造模塊集構(gòu)造2021-11-23Simulink仿真環(huán)境622021-11-23Simulink仿真環(huán)境632021-11-23Simulink仿真環(huán)境64blkStruct.Name = sprintf(PID Controln& SimulationnBlockset);blkStruct.OpenFcn = pidblock; % 這個變量指向模塊集文件名blkStruct.MaskDisplay = disp(PIDnBlockset

21、); % 模塊顯示2021-11-23Simulink仿真環(huán)境656.5 Simulink中的M-函數(shù)和S-函數(shù)及其應(yīng)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2021-11-23Simulink仿真環(huán)境666.5.1 M函數(shù)模塊的基本結(jié)構(gòu)2021-11-23Simulink仿真環(huán)境672021-11-23Simulink仿真環(huán)境68 將matlab 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）2021-11-23Sim

22、ulink仿真環(huán)境692021-11-23Simulink仿真環(huán)境70 仿真結(jié)果如下：2021-11-23Simulink仿真環(huán)境716.5.2 S-函數(shù)的基本結(jié)構(gòu)2021-11-23Simulink仿真環(huán)境722021-11-23Simulink仿真環(huán)境732021-11-23Simulink仿真環(huán)境742021-11-23Simulink仿真環(huán)境752021-11-23Simulink仿真環(huán)境762021-11-23Simulink仿真環(huán)境772021-11-23Simulink仿真環(huán)境782021-11-23Simulink仿真環(huán)境796.5.3 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(xì)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。2021-11-23Simulink仿真環(huán)境806.5.4 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(zhǔn)備了S函數(shù)的通用模塊S