simulink建模

1、2021/8/61SIMULINK仿真基礎(chǔ)SIMULINK入門基本建模方法參數(shù)選擇及運(yùn)行解微分方程2021/8/62lSIMULINK是MATLAB軟件的擴(kuò)展，它是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包，它與MATLAB語(yǔ)言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語(yǔ)言的編程上。l所謂模型化圖形輸入是指SIMULINK提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)對(duì)這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來(lái)就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型（以.mdl文

2、件進(jìn)行存?。?，進(jìn)而進(jìn)行仿真與分析。SIMULINK入門2021/8/63SIMULINK入門lMATLAB命令窗口運(yùn)行指令：simulinklSIMULINK模塊庫(kù)瀏覽器：Simulink Library Browser建立一個(gè)簡(jiǎn)單的仿真系統(tǒng)模塊庫(kù)2021/8/642021/8/65基本建模方法一個(gè)簡(jiǎn)單的仿真系統(tǒng)l點(diǎn)擊“新建”，建立新模型tst1l用鼠標(biāo)在信源模塊中選取sine wave，拖曳至tst1窗口l用鼠標(biāo)在信宿模塊中選取scope，拖曳至tst1窗口l連線l啟動(dòng)仿真2021/8/662021/8/67模塊的基本操作l模塊的選定選定單個(gè)和選定多個(gè)l模塊的復(fù)制復(fù)制/粘貼Ctrl鍵l模塊名

3、操作點(diǎn)擊模塊名l模塊的樣式Format菜單2021/8/68簡(jiǎn)單建模：波形顯示2021/8/692021/8/610向量顯示Mux2021/8/611標(biāo)量擴(kuò)展2021/8/612l在MATLAB命令窗口中輸入simulink3 結(jié)果是在桌面上出現(xiàn)一個(gè)用圖標(biāo)形式顯示的Library :simulink3的Simulink模塊庫(kù)窗口。 兩種模塊庫(kù)窗口界面只是不同的顯示形式，用戶可以根據(jù)各人喜好進(jìn)行選用，一般說(shuō)來(lái)第二種窗口直觀、形象，易于初學(xué)者，但使用時(shí)會(huì)打開(kāi)太多的子窗口。Simulink模塊庫(kù)2021/8/613SIMULINK模塊庫(kù)lSIMILINK模塊庫(kù)按功能進(jìn)行分為以下8類子庫(kù)：Contin

4、uous（連續(xù)模塊）Discrete（離散模塊）Function&Tables（函數(shù)和表格模塊）Math（數(shù)學(xué)模塊）Nonlinear（非線性模塊）Signals&Systems（信號(hào)和系統(tǒng)模塊）Sinks（輸出模塊）Sources（輸入源模塊）2021/8/614數(shù)學(xué)模塊（ Math ）Sum 求和模塊：加減運(yùn)算Product 乘法模塊：乘運(yùn)算Dot Product 矢量的點(diǎn)乘模塊：點(diǎn)乘運(yùn)算Gain 增益模塊：比例運(yùn)算Math Function 常用數(shù)學(xué)函數(shù)模塊：包括指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、求平方、開(kāi)根號(hào)等常用數(shù)學(xué)函數(shù)Trigonometric Function 三角函數(shù)模塊：三

5、角函數(shù)，包括正弦、余弦、正切等MinMax 最值模塊：最大最小值運(yùn)算Abs 絕對(duì)值模塊：取絕對(duì)值Sign 符號(hào)函數(shù)模塊：符號(hào)函數(shù)2021/8/615Logical Operator 邏輯運(yùn)算符模塊：邏輯運(yùn)算Relational Operator 關(guān)系運(yùn)算模塊：關(guān)系運(yùn)算復(fù)數(shù)運(yùn)算模塊 Complex to Magnitude-Angle ：由復(fù)數(shù)輸入轉(zhuǎn)為幅值和相角輸出 Magnitude-Angle to Complex ：由幅值和相角輸入合成復(fù)數(shù)輸出 Complex to Real-Imag：由復(fù)數(shù)輸入轉(zhuǎn)為實(shí)部和虛部輸出 Real-Imag to Complex：由實(shí)部和虛部輸入合成復(fù)數(shù)輸出數(shù)學(xué)

6、模塊（ Math ）2021/8/616輸入源模塊（ Sources ）Constant：常數(shù)信號(hào)。Clock：時(shí)鐘信號(hào)。From Workspace：來(lái)自MATLAB的工作空間。From File(.mat)：來(lái)自數(shù)據(jù)文件。Pulse Generator：脈沖發(fā)生器。Repeating Sequence：重復(fù)信號(hào)。Signal Generator：信號(hào)發(fā)生器，可以產(chǎn)生正弦、方波、鋸齒波及隨意波。Sine Wave：正弦波信號(hào)。Step：階躍波信號(hào)。（搭建搭建matlab與與simulink的互換）的互換）2021/8/617輸出模塊（ Sinks ）Scope 示波器模塊：顯示產(chǎn)生的輸出信號(hào)

7、XY Graph 二維信號(hào)顯示模塊：兩路信號(hào)分別作為示波器坐標(biāo)的x軸與y 軸,顯示二維圖形。To Workspace 輸出到工作空間模塊：將輸出寫(xiě)入MATLAB的工作空間。To File(.mat) 輸出到文件模塊：將輸出寫(xiě)入數(shù)據(jù)文件Display 顯示模塊：按照一定的格式顯示輸入信號(hào)的值Terminator 終止信號(hào)模塊Stop simulation 結(jié)束仿真模塊2021/8/618連續(xù)模塊庫(kù)連續(xù)模塊庫(kù)(Continuous)Integrator 積分模塊：輸入信號(hào)積分Derivative 微分模塊 ：輸入信號(hào)微分State-Space 線性狀態(tài)空間模塊：線性狀態(tài)空間系統(tǒng)模型Transfer

8、-Fcn 傳遞函數(shù)模塊：線性傳遞函數(shù)模型Zero-Pole 零極點(diǎn)傳遞函數(shù)模塊：以零極點(diǎn)表示的傳遞函數(shù)模型Memory 存儲(chǔ)器模塊：存儲(chǔ)上一時(shí)刻的狀態(tài)值Transport Delay 傳輸延遲模塊：輸入信號(hào)延時(shí)一個(gè)固定時(shí)間再輸出Variable Transport Delay 可變傳輸延遲模塊：輸入信號(hào)延時(shí)一個(gè)可變時(shí)間再輸出2021/8/619離散模塊（Discrete）Zero-Order Hold 零階保持器模塊： 零階采樣和保持Unit Delay 單位延遲模塊： 一個(gè)采樣周期的延時(shí)Discrete-time Integrator 離散時(shí)間積分模塊：離散時(shí)間積分器Discrete Fil

9、ter離散濾波器模塊：無(wú)限脈沖響應(yīng)(IIR)和有限脈沖響應(yīng)(FIR)的數(shù)字濾波器Discrete State-Space 離散狀態(tài)空間模塊：離散狀態(tài)空間系統(tǒng)模型Discrete Transfer-Fcn離散傳遞函數(shù)模塊：離散傳遞函數(shù)模型Discrete Zero-Pole離散零極點(diǎn)傳遞函數(shù)模塊：以零極點(diǎn)表示的離散傳遞函數(shù)模型First-Order Hold一階保持器模塊：一階采樣和保持2021/8/620函數(shù)與表格模塊庫(kù)(Function&Tables)Fcn自定義函數(shù)模塊：用自定義的函數(shù)（表達(dá)式）進(jìn)行運(yùn)算MATLAB Fcn MATLAB函數(shù)模塊：利用matlab的現(xiàn)有函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算S

10、-Function S-函數(shù)模塊：調(diào)用自編的S函數(shù)的程序進(jìn)行運(yùn)算Look-Up Table一維查表模塊：建立輸入信號(hào)的查詢表（線性峰值匹配）Look-Up Table(2-D)二維查表模塊：建立兩個(gè)輸入信號(hào)的查詢表（線性峰值匹配）2021/8/621非線性模塊（ Nonlinear ）Saturation 飽和度模塊飽和度模塊：飽和輸出，讓輸出超過(guò)某一值時(shí)能夠飽和。Relay 繼電模塊繼電模塊：滯環(huán)比較器，限制輸出值在某一范圍內(nèi)變化。Switch 選擇開(kāi)關(guān)模塊選擇開(kāi)關(guān)模塊：根據(jù)設(shè)置的門限來(lái)確定系統(tǒng)的輸出Manual Switch 手動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)模塊手動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)模塊Rate Limiter 比率限

11、幅模塊比率限幅模塊:限制輸入信號(hào)Dead Zone 死區(qū)輸出模塊死區(qū)輸出模塊:在規(guī)定的區(qū)內(nèi)沒(méi)有輸出值Quantizer 量化模塊量化模塊:把輸入信號(hào)由平滑狀態(tài)變成臺(tái)階狀態(tài)2021/8/622信號(hào)和系統(tǒng)模塊 Signal&SystemsIn1：輸入端。Out1：輸出端。Mux ：將多個(gè)單一輸入轉(zhuǎn)化為一個(gè)復(fù)合輸出。Demux：將一個(gè)復(fù)合輸入轉(zhuǎn)化為多個(gè)單一輸出。Ground：連接到?jīng)]有連接到的輸入端。Terminator：連接到?jīng)]有連接到的輸出端。SubSystem：建立新的封裝（Mask）功能模塊2021/8/623其它應(yīng)用模塊集和Simulink擴(kuò)展庫(kù)通信模塊集通信模塊集(Communi

12、cations Blockset)2021/8/624數(shù)字信號(hào)處理模塊集數(shù)字信號(hào)處理模塊集(DSP Blockset)電力系統(tǒng)模塊集電力系統(tǒng)模塊集(Power System Blockset)2021/8/625Simulink擴(kuò)展庫(kù)擴(kuò)展庫(kù) 擴(kuò)展信號(hào)輸出模塊庫(kù)擴(kuò)展信號(hào)輸出模塊庫(kù)(Additional Sinks)2021/8/626擴(kuò)展離散庫(kù)擴(kuò)展離散庫(kù)(Additional Discrete)擴(kuò)展線性庫(kù)擴(kuò)展線性庫(kù)(Additional Linear)2021/8/627轉(zhuǎn)換庫(kù)轉(zhuǎn)換庫(kù)(Transformations)觸發(fā)模塊庫(kù)觸發(fā)模塊庫(kù)(Flip Flops)2021/8/628線性化庫(kù)線性化庫(kù)

13、(Linearization)宇航模塊庫(kù)宇航模塊庫(kù)(Airspace Blocks)2021/8/629SIMULINK模型l外表：直觀的方框圖l文件：MDL文件l數(shù)學(xué)：微分方程或差分方程l行為：模擬物理過(guò)程的動(dòng)態(tài)性狀2021/8/630方法：方法：在所建立的模型窗口中，選中相應(yīng)的模塊，單擊右擊鼠標(biāo)，在 彈 出 的 快 捷 菜 單 中 單 擊“Block parameters”選項(xiàng)，即可打開(kāi)該模塊的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，。右擊鼠標(biāo)，在彈出的快捷菜單中單擊“Block Properties”選項(xiàng)，即可打開(kāi)該模塊的屬性設(shè)置對(duì)話框。SIMULINK仿真模塊參數(shù)與屬性的設(shè)置2021/8/631一般情況，每個(gè)

14、模塊都有一個(gè)或者多個(gè)輸入口或者輸出口。輸入口通常是模塊的左邊的“”符號(hào)；輸出口是右邊的“”符號(hào)。模塊的連接方法：模塊的連接方法：信號(hào)線就變成了帶有方向箭頭的線段，說(shuō)明這兩個(gè)模塊的連接成功，否則需要重新進(jìn)行連接。SIMULINK仿真模塊的連接 線的折彎：按住Shift鍵，再用鼠標(biāo)在要折彎的線處單擊一下就會(huì)出現(xiàn)圓圈，表示折點(diǎn)，利用折點(diǎn)就可以改變線的形狀。線的分支：按住鼠標(biāo)右鍵，在需要分支的地方拉出即可以?；蛘甙醋trl鍵，并在要建立分支的地方用鼠標(biāo)拉出即可。2021/8/632SIMULINK仿真仿真參數(shù)的設(shè)置 選擇菜單選項(xiàng)SimulationConfiguration Parameters，將

15、顯示仿真參數(shù)對(duì)話框。1. 設(shè)置仿真時(shí)間設(shè)置仿真時(shí)間仿真時(shí)間決定了模型仿真的時(shí)間或取值區(qū)域，其設(shè)置完全根據(jù)待仿真系統(tǒng)的特性確定，反映在輸出顯示上就是示波器的橫軸坐標(biāo)值的取值范圍?！癝tart time”和“Stop time”項(xiàng)分別用以設(shè)置仿真開(kāi)始時(shí)間(或取值區(qū)域下限)和終止時(shí)間(或取值區(qū)域上限)，默認(rèn)值分別為0.0和10.02. 選擇仿真算法選擇仿真算法仿真算法是求常微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程解的數(shù)值計(jì)算方法，主要有歐拉法(Eular)、阿達(dá)姆斯法(Adams)和龍格庫(kù)塔法(Runge-Kutta)。由于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的差異性，使得某種算法對(duì)某類問(wèn)題比較有效，而另外算法對(duì)另一類問(wèn)題更有效。因此，對(duì)

16、不同的問(wèn)題，可以選擇不同的適應(yīng)算法和相應(yīng)的參數(shù)，以得到更準(zhǔn)確、快速的解。2021/8/633加注釋2021/8/634simulink模型的一般性結(jié)構(gòu)信 源系 統(tǒng)信 宿2021/8/635例1 數(shù)值分析：積分模塊的應(yīng)用 55 . 0505 . 050ttdtttdttxtt2021/8/636積分模塊應(yīng)用：復(fù)位積分負(fù)變正時(shí)強(qiáng)迫清零2021/8/637微分方程)(2 . 04 . 02 . 0txyyy )()(tutx2021/8/638構(gòu)造微分方程求解模型2021/8/6392021/8/6402021/8/641顯示圖形如下：2021/8/642解法2：用SIMULINK2021/8/64

17、32021/8/644練習(xí)l新建一個(gè)SIMULINK的模型文件，試建立并調(diào)試一個(gè)模型，實(shí)現(xiàn)在一個(gè)示波器中同時(shí)觀察正弦波信號(hào)和方波信號(hào)。l已知攝氏溫度和華氏溫度之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下： 試?yán)肧IMULINK建模并仿真該式輸入量和輸出量間的關(guān)系。l某一直流RC電路結(jié)構(gòu)及參數(shù)如圖所示，將電容電壓的暫態(tài)過(guò)程作為研究對(duì)象，求解當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合后電容電壓和線路電流的變化規(guī)律。32)5/9(CFTT2021/8/645解：解：(1) 選擇SIMULINK模塊庫(kù)瀏覽器工具欄中的圖標(biāo)，打開(kāi)一個(gè)新的SIMULINK仿真平臺(tái)窗口。(2) 從SimPowerSystems模塊庫(kù)和SIMULINK模塊庫(kù)中選擇并添加相應(yīng)的模塊到

18、SIMULINK仿真平臺(tái)窗口，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐帕校鐖D所示。DC Voltage Source模塊來(lái)自電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的Electrical Sources子庫(kù)Breaker模塊來(lái)自電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的Elements子庫(kù)Series RLC Branch模塊來(lái)自電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的Elements子庫(kù)Series RLC Branch1模塊來(lái)自電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的Elements子庫(kù)3個(gè)Ground模塊來(lái)自電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的Elements子庫(kù)，用以模擬接地Voltage Measurement模塊來(lái)自電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的Measurement子庫(kù)Current Measurement模塊來(lái)自電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的Measurement子庫(kù)2021/8/646(3) 設(shè)置DC Voltage Source模塊參數(shù)；設(shè)置Breaker模塊參數(shù)；設(shè)置Series RLC Branch模塊參數(shù)；設(shè)置Series RLC Branch1模塊參數(shù)；設(shè)置Scope模塊參數(shù)。2021/8/647 (4) 單擊鼠標(biāo)選中Series RLC Branch1模塊，選擇SIMULINK仿真平臺(tái)窗口Format Rotate Block菜單，將Series RLC Branch1模塊方向進(jìn)行調(diào)整，使之由橫向放置變?yōu)樨Q向放置，便于連接。(5) 修改各模塊標(biāo)簽。由于各模塊的默認(rèn)標(biāo)簽具有文字太長(zhǎng)、意義不清、關(guān)鍵信息不能