simulink建模

1、2021/8/61SIMULINK仿真基礎SIMULINK入門基本建模方法參數(shù)選擇及運行解微分方程2021/8/62lSIMULINK是MATLAB軟件的擴展，它是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個軟件包，它與MATLAB語言的主要區(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)部是如何實現(xiàn)的，通過對這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型（以.mdl文

2、件進行存取），進而進行仿真與分析。SIMULINK入門2021/8/63SIMULINK入門lMATLAB命令窗口運行指令：simulinklSIMULINK模塊庫瀏覽器：Simulink Library Browser建立一個簡單的仿真系統(tǒng)模塊庫2021/8/642021/8/65基本建模方法一個簡單的仿真系統(tǒng)l點擊“新建”，建立新模型tst1l用鼠標在信源模塊中選取sine wave，拖曳至tst1窗口l用鼠標在信宿模塊中選取scope，拖曳至tst1窗口l連線l啟動仿真2021/8/662021/8/67模塊的基本操作l模塊的選定選定單個和選定多個l模塊的復制復制/粘貼Ctrl鍵l模塊名

3、操作點擊模塊名l模塊的樣式Format菜單2021/8/68簡單建模：波形顯示2021/8/692021/8/610向量顯示Mux2021/8/611標量擴展2021/8/612l在MATLAB命令窗口中輸入simulink3 結(jié)果是在桌面上出現(xiàn)一個用圖標形式顯示的Library :simulink3的Simulink模塊庫窗口。 兩種模塊庫窗口界面只是不同的顯示形式，用戶可以根據(jù)各人喜好進行選用，一般說來第二種窗口直觀、形象，易于初學者，但使用時會打開太多的子窗口。Simulink模塊庫2021/8/613SIMULINK模塊庫lSIMILINK模塊庫按功能進行分為以下8類子庫：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)學模塊）Nonlinear（非線性模塊）Signals&Systems（信號和系統(tǒng)模塊）Sinks（輸出模塊）Sources（輸入源模塊）2021/8/614數(shù)學模塊（ Math ）Sum 求和模塊：加減運算Product 乘法模塊：乘運算Dot Product 矢量的點乘模塊：點乘運算Gain 增益模塊：比例運算Math Function 常用數(shù)學函數(shù)模塊：包括指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、求平方、開根號等常用數(shù)學函數(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：最大最小值運算Abs 絕對值模塊：取絕對值Sign 符號函數(shù)模塊：符號函數(shù)2021/8/615Logical Operator 邏輯運算符模塊：邏輯運算Relational Operator 關系運算模塊：關系運算復數(shù)運算模塊 Complex to Magnitude-Angle ：由復數(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數(shù)輸出 Complex to Real-Imag：由復數(shù)輸入轉(zhuǎn)為實部和虛部輸出 Real-Imag to Complex：由實部和虛部輸入合成復數(shù)輸出數(shù)學

6、模塊（ Math ）2021/8/616輸入源模塊（ Sources ）Constant：常數(shù)信號。Clock：時鐘信號。From Workspace：來自MATLAB的工作空間。From File(.mat)：來自數(shù)據(jù)文件。Pulse Generator：脈沖發(fā)生器。Repeating Sequence：重復信號。Signal Generator：信號發(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。Step：階躍波信號。（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

7、XY Graph 二維信號顯示模塊：兩路信號分別作為示波器坐標的x軸與y 軸,顯示二維圖形。To Workspace 輸出到工作空間模塊：將輸出寫入MATLAB的工作空間。To File(.mat) 輸出到文件模塊：將輸出寫入數(shù)據(jù)文件Display 顯示模塊：按照一定的格式顯示輸入信號的值Terminator 終止信號模塊Stop simulation 結(jié)束仿真模塊2021/8/618連續(xù)模塊庫連續(xù)模塊庫(Continuous)Integrator 積分模塊：輸入信號積分Derivative 微分模塊 ：輸入信號微分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 零極點傳遞函數(shù)模塊：以零極點表示的傳遞函數(shù)模型Memory 存儲器模塊：存儲上一時刻的狀態(tài)值Transport Delay 傳輸延遲模塊：輸入信號延時一個固定時間再輸出Variable Transport Delay 可變傳輸延遲模塊：輸入信號延時一個可變時間再輸出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： 一個采樣周期的延時Discrete-time Integrator 離散時間積分模塊：離散時間積分器Discrete Fil

9、ter離散濾波器模塊：無限脈沖響應(IIR)和有限脈沖響應(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離散零極點傳遞函數(shù)模塊：以零極點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(Function&Tables)Fcn自定義函數(shù)模塊：用自定義的函數(shù)（表達式）進行運算MATLAB Fcn MATLAB函數(shù)模塊：利用matlab的現(xiàn)有函數(shù)進行運算S

10、-Function S-函數(shù)模塊：調(diào)用自編的S函數(shù)的程序進行運算Look-Up Table一維查表模塊：建立輸入信號的查詢表（線性峰值匹配）Look-Up Table(2-D)二維查表模塊：建立兩個輸入信號的查詢表（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，讓輸出超過某一值時能夠飽和。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 選擇開關模塊選擇開關模塊：根據(jù)設置的門限來確定系統(tǒng)的輸出Manual Switch 手動選擇開關模塊手動選擇開關模塊Rate Limiter 比率限

11、幅模塊比率限幅模塊:限制輸入信號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)沒有輸出值Quantizer 量化模塊量化模塊:把輸入信號由平滑狀態(tài)變成臺階狀態(tài)2021/8/622信號和系統(tǒng)模塊 Signal&SystemsIn1：輸入端。Out1：輸出端。Mux ：將多個單一輸入轉(zhuǎn)化為一個復合輸出。Demux：將一個復合輸入轉(zhuǎn)化為多個單一輸出。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其它應用模塊集和Simulink擴展庫通信模塊集通信模塊集(Communi

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

13、(Linearization)宇航模塊庫宇航模塊庫(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：微分方程或差分方程l行為：模擬物理過程的動態(tài)性狀2021/8/630方法：方法：在所建立的模型窗口中，選中相應的模塊，單擊右擊鼠標，在 彈 出 的 快 捷 菜 單 中 單 擊“Block parameters”選項，即可打開該模塊的參數(shù)設置對話框，。右擊鼠標，在彈出的快捷菜單中單擊“Block Properties”選項，即可打開該模塊的屬性設置對話框。SIMULINK仿真模塊參數(shù)與屬性的設置2021/8/631一般情況，每個

14、模塊都有一個或者多個輸入口或者輸出口。輸入口通常是模塊的左邊的“”符號；輸出口是右邊的“”符號。模塊的連接方法：模塊的連接方法：信號線就變成了帶有方向箭頭的線段，說明這兩個模塊的連接成功，否則需要重新進行連接。SIMULINK仿真模塊的連接 線的折彎：按住Shift鍵，再用鼠標在要折彎的線處單擊一下就會出現(xiàn)圓圈，表示折點，利用折點就可以改變線的形狀。線的分支：按住鼠標右鍵，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拉出即可。2021/8/632SIMULINK仿真仿真參數(shù)的設置 選擇菜單選項SimulationConfiguration Parameters，將

15、顯示仿真參數(shù)對話框。1. 設置仿真時間設置仿真時間仿真時間決定了模型仿真的時間或取值區(qū)域，其設置完全根據(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值的取值范圍?！癝tart time”和“Stop time”項分別用以設置仿真開始時間(或取值區(qū)域下限)和終止時間(或取值區(qū)域上限)，默認值分別為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)值計算方法，主要有歐拉法(Eular)、阿達姆斯法(Adams)和龍格庫塔法(Runge-Kutta)。由于動態(tài)系統(tǒng)的差異性，使得某種算法對某類問題比較有效，而另外算法對另一類問題更有效。因此，對

16、不同的問題，可以選擇不同的適應算法和相應的參數(shù)，以得到更準確、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：積分模塊的應用 55 . 0505 . 050ttdtttdttxtt2021/8/636積分模塊應用：復位積分負變正時強迫清零2021/8/637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l新建一個SIMULINK的模型文件，試建立并調(diào)試一個模型，實現(xiàn)在一個示波器中同時觀察正弦波信號和方波信號。l已知攝氏溫度和華氏溫度之間的轉(zhuǎn)換關系如下： 試利用SIMULINK建模并仿真該式輸入量和輸出量間的關系。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)過程作為研究對象，求解當開關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模塊庫瀏覽器工具欄中的圖標，打開一個新的SIMULINK仿真平臺窗口。(2) 從SimPowerSystems模塊庫和SIMULINK模塊庫中選擇并添加相應的模塊到

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