MATLAB-Simulink仿真系統(tǒng)ppt課件

1、 簡單示例簡單示例 Simulink仿真環(huán)境仿真環(huán)境 仿真模型的創(chuàng)建仿真模型的創(chuàng)建 動態(tài)仿真與結(jié)果分動態(tài)仿真與結(jié)果分析析 子系統(tǒng)的創(chuàng)建與封子系統(tǒng)的創(chuàng)建與封裝裝 連續(xù)系統(tǒng)建模連續(xù)系統(tǒng)建模例如：用示波器觀察正弦波信號例如：用示波器觀察正弦波信號目的：領(lǐng)略目的：領(lǐng)略Simulink的操作環(huán)境；的操作環(huán)境； 體驗體驗Simulink建模、仿真過程與能力建模、仿真過程與能力步驟：步驟：(1) 進入進入Simulink仿真環(huán)境；仿真環(huán)境； (2) 創(chuàng)建仿真模型創(chuàng)建仿真模型 (3) 仿真與結(jié)果分析仿真與結(jié)果分析步驟步驟1：進入：進入Simulink仿真環(huán)境仿真環(huán)境單擊單擊Matlab命令窗口中的命令窗口中的

2、Simulink按鈕按鈕選擇選擇File New Model命令命令在在Matlab的命令窗口中輸入命令的命令窗口中輸入命令simulink 可打開可打開 “Simulink Libarary Browser對話框，在該對話框中可查看各種對話框，在該對話框中可查看各種Simulink模塊。創(chuàng)建或打開一個模型窗口。模塊。創(chuàng)建或打開一個模型窗口。步驟步驟2：創(chuàng)建模型：創(chuàng)建模型 添加添加Simulink模塊模塊; 設(shè)置模塊的屬性；設(shè)置模塊的屬性； 連接模塊。連接模塊。 在模型窗口中，生成了仿真模型。在模型窗口中，生成了仿真模型。步驟步驟3：運行仿真系統(tǒng)：運行仿真系統(tǒng) 設(shè)置仿真參數(shù)設(shè)置仿真參數(shù); 啟動

3、仿真；啟動仿真； 修改仿真顯示的結(jié)果。修改仿真顯示的結(jié)果。 雙擊示波器，生成示波器窗口。運行雙擊示波器，生成示波器窗口。運行仿真可觀察仿真結(jié)果。仿真可觀察仿真結(jié)果。 練習(xí)：練習(xí)： 使用使用Simulink來計算來計算“chirp信號和正信號和正弦函數(shù)信號疊加后的信號波形。弦函數(shù)信號疊加后的信號波形。提示提示: (1) 模塊庫中的信號源、宿源、數(shù)學(xué)操模塊庫中的信號源、宿源、數(shù)學(xué)操作；作； 工具欄工具欄 新建一個新建一個Simulink模型；模型； 打開一個已創(chuàng)建的打開一個已創(chuàng)建的Simulink模型；模型； 將瀏覽器設(shè)置在桌面的最高層；將瀏覽器設(shè)置在桌面的最高層； 關(guān)鍵詞查找。關(guān)鍵詞查找。 菜單

4、欄菜單欄n 模塊庫瀏覽器模塊庫瀏覽器(Simulink Library Brower)Simulink提供了諸多子模塊組提供了諸多子模塊組,每個子模塊組每個子模塊組中還包含眾多的下一級子模塊及模塊組中還包含眾多的下一級子模塊及模塊組.n 輸入模塊組輸入模塊組Sources (Sources (可用來驅(qū)動系統(tǒng)可用來驅(qū)動系統(tǒng), ,作為輸入信號作為輸入信號) )n 輸出池模塊組輸出池模塊組SinksSinksn 連續(xù)系統(tǒng)模塊組連續(xù)系統(tǒng)模塊組ContinuousContinuousn 離散系統(tǒng)模塊組離散系統(tǒng)模塊組DiscreteDiscreten 非線性模塊組非線性模塊組Discontinuities

5、Discontinuitiesn 數(shù)學(xué)函數(shù)模塊組數(shù)學(xué)函數(shù)模塊組Math OperationsMath Operationsn 查表模塊組查表模塊組Look-up TablesLook-up Tablesn 用戶自定義函數(shù)模塊組用戶自定義函數(shù)模塊組User-defined FunctionsUser-defined Functionsn 信號模塊組信號模塊組Signal RoutingSignal Routingn 信號屬性模塊組信號屬性模塊組Signal AttributesSignal Attributes 單窗口與雙窗口單窗口與雙窗口(模型框、模型瀏覽器模型框、模型瀏覽器) 工具欄工具欄

6、菜單欄菜單欄 狀態(tài)欄狀態(tài)欄 nSimulink 模型窗口界面模型窗口界面 創(chuàng)建仿真模型就像搭積木一樣，打開創(chuàng)建仿真模型就像搭積木一樣，打開創(chuàng)建模型窗口，首先從相應(yīng)的模塊庫中選創(chuàng)建模型窗口，首先從相應(yīng)的模塊庫中選出所需要的仿真模塊，添加到模型窗口中。出所需要的仿真模塊，添加到模型窗口中。然后用信號線把各個模塊按照系統(tǒng)要求連然后用信號線把各個模塊按照系統(tǒng)要求連接起來，組成所需要的系統(tǒng)仿真模型。接起來，組成所需要的系統(tǒng)仿真模型。 仿真模塊是創(chuàng)建仿真模型的基本單元，仿真模塊是創(chuàng)建仿真模型的基本單元，是進行動態(tài)系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)是進行動態(tài)系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)鼠標(biāo)左鍵法鼠標(biāo)左鍵法 鼠標(biāo)右鍵法鼠標(biāo)右鍵法n 仿真模塊操

7、作仿真模塊操作(1) 添加一個仿真模塊添加一個仿真模塊(2) 模塊的選定模塊的選定單個模塊的選定單個模塊的選定多個模塊的選定多個模塊的選定n 仿真模塊操作仿真模塊操作(3) 模塊的復(fù)制模塊的復(fù)制(4) 模塊的刪除模塊的刪除(5) 模塊的移動模塊的移動(6) 模塊大小的調(diào)整模塊大小的調(diào)整(7) 模塊的旋轉(zhuǎn)模塊的旋轉(zhuǎn)菜單或鼠標(biāo)右鍵：菜單或鼠標(biāo)右鍵：Format/Rotaten 仿真模塊操作仿真模塊操作(8) 模塊標(biāo)簽的操作模塊標(biāo)簽的操作更改模塊標(biāo)簽名：雙擊并修改更改模塊標(biāo)簽名：雙擊并修改改變模塊標(biāo)簽位置：菜單或鼠標(biāo)拖拽改變模塊標(biāo)簽位置：菜單或鼠標(biāo)拖拽 隱藏模塊標(biāo)簽：菜單或鼠標(biāo)右鍵隱藏模塊標(biāo)簽：菜單

8、或鼠標(biāo)右鍵 Format/Hide name (9) 增加模塊陰影增加模塊陰影菜單或鼠標(biāo)右鍵菜單或鼠標(biāo)右鍵 Format/Hide drop shadow n 仿真模塊操作仿真模塊操作(10) 模塊參數(shù)的設(shè)置模塊參數(shù)的設(shè)置 雙擊相應(yīng)模塊，在打開的參數(shù)設(shè)置對雙擊相應(yīng)模塊，在打開的參數(shù)設(shè)置對話框中，既可查看模塊的各項默認(rèn)參數(shù)話框中，既可查看模塊的各項默認(rèn)參數(shù)設(shè)置，也可根據(jù)需要修改各項參數(shù)設(shè)置。設(shè)置，也可根據(jù)需要修改各項參數(shù)設(shè)置。n 仿真信號線仿真信號線(1) 模塊間信號線的連接模塊間信號線的連接 信號線上傳輸?shù)男盘柨梢允菢?biāo)量也可信號線上傳輸?shù)男盘柨梢允菢?biāo)量也可以是矢量信號。以是矢量信號。(2) 繪

9、制支路信號線繪制支路信號線 光標(biāo)指向分支線的起點，按下鼠標(biāo)右鍵或光標(biāo)指向分支線的起點，按下鼠標(biāo)右鍵或按按ctrl鍵，再按鼠標(biāo)左鍵），看光標(biāo)變?yōu)槭?，拖鍵，再按鼠標(biāo)左鍵），看光標(biāo)變?yōu)槭?，拖動鼠?biāo)直至分支線的終點處，釋放鼠標(biāo)按鈕。動鼠標(biāo)直至分支線的終點處，釋放鼠標(biāo)按鈕。n 仿真信號線仿真信號線(3) 在信號線間插入模塊操作在信號線間插入模塊操作 選中需要插入的模塊，拖動模塊到信號線上選中需要插入的模塊，拖動模塊到信號線上需要插入模塊的地方，釋放鼠標(biāo)即可。要求插入需要插入模塊的地方，釋放鼠標(biāo)即可。要求插入的模塊只能由一個輸入端和一個輸出端。的模塊只能由一個輸入端和一個輸出端。n 仿真信號線仿真信號

10、線(4) 分割信號線操作分割信號線操作 選中需要分割的信號線，把鼠標(biāo)移至分割點，選中需要分割的信號線，把鼠標(biāo)移至分割點，同時按下同時按下Shift鍵和鼠標(biāo)左鍵，將鼠標(biāo)拖動分割點鍵和鼠標(biāo)左鍵，將鼠標(biāo)拖動分割點至所要求的位置，松開鼠標(biāo)和至所要求的位置，松開鼠標(biāo)和Shift鍵即可。鍵即可。(5) 移動信號線操作移動信號線操作n 仿真信號線仿真信號線(6) 設(shè)置信號線標(biāo)簽操作設(shè)置信號線標(biāo)簽操作 在需要輸入標(biāo)簽的信號線上雙擊鼠標(biāo)，在編在需要輸入標(biāo)簽的信號線上雙擊鼠標(biāo)，在編輯框中輸入標(biāo)簽，再用鼠標(biāo)把標(biāo)簽拖到合適的位輯框中輸入標(biāo)簽，再用鼠標(biāo)把標(biāo)簽拖到合適的位置。置。n 對模型的注釋對模型的注釋(1) 模型注

11、釋的創(chuàng)建模型注釋的創(chuàng)建 在將用作注釋區(qū)的中心位置，雙擊鼠標(biāo)左鍵，在將用作注釋區(qū)的中心位置，雙擊鼠標(biāo)左鍵，出現(xiàn)編輯框，輸入完所需的文字后，在框外單擊出現(xiàn)編輯框，輸入完所需的文字后，在框外單擊鼠標(biāo)左鍵。鼠標(biāo)左鍵。(2) 注釋位置的移動注釋位置的移動n Solver選項頁選項頁 設(shè)置仿真時間、解算方法、輸出選擇等。設(shè)置仿真時間、解算方法、輸出選擇等。 菜單菜單Simulation/simulation parameters命命令令,完成對各項仿真參數(shù)的設(shè)置。包括完成對各項仿真參數(shù)的設(shè)置。包括Solver、workspace I/O、Diagnostics、Advanced、Real-Time Wor

12、kshop選項選項(1) 仿真時間仿真時間 Start time 和和 Stop timen Solver選項頁選項頁(2) 仿真解法設(shè)置仿真解法設(shè)置 Simulink模型本質(zhì)上是一個計算機程序，模型本質(zhì)上是一個計算機程序，它定義了描寫被仿真系統(tǒng)的一組微分或差分方它定義了描寫被仿真系統(tǒng)的一組微分或差分方程。仿真時要選擇一種數(shù)值解算方法。程。仿真時要選擇一種數(shù)值解算方法。 變步長解法變步長解法 定步長解法定步長解法變步長解法步長變步長解法步長容差容差ode45ode23ode113ode15sn Solver選項頁選項頁(3) 輸出模式設(shè)置輸出模式設(shè)置 細化輸出、產(chǎn)生額外輸出、只產(chǎn)生指定的輸細化

13、輸出、產(chǎn)生額外輸出、只產(chǎn)生指定的輸出。一般取缺省設(shè)置。出。一般取缺省設(shè)置。nWorkspace選項頁選項頁(1) Load from workspace 仿真數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)置。仿真數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)置。 在模型窗中若使用輸入摸塊在模型窗中若使用輸入摸塊In，需選中，需選中Input復(fù)選框，并在文本框中輸入指定的變量名，例如復(fù)選框，并在文本框中輸入指定的變量名，例如 t u,若輸入模塊有若輸入模塊有n個，則個，則u的第的第1,2,n列分別列分別送往輸入模塊送往輸入模塊In1,In2,Inn 外部輸入采用的形式可以是輸入矩陣，也外部輸入采用的形式可以是輸入矩陣，也可以是結(jié)構(gòu)數(shù)組?？梢允墙Y(jié)構(gòu)數(shù)組。nWo

14、rkspace選項頁選項頁(2) Save to workspace 設(shè)置保存到工作空間的變量，其中包括時間、設(shè)置保存到工作空間的變量，其中包括時間、狀態(tài)量和輸出。用戶可以對保存到工作空間中的狀態(tài)量和輸出。用戶可以對保存到工作空間中的變量賦予不同的變量名稱。變量賦予不同的變量名稱。 Time和和Output兩個復(fù)選框默認(rèn)是被選定的，兩個復(fù)選框默認(rèn)是被選定的，一般在模型運行后，在工作空間都會增加兩個變一般在模型運行后，在工作空間都會增加兩個變量量tout和和yout. 啟動仿真：命令、窗口或按下啟動仿真：命令、窗口或按下Ctrl+T組合鍵。組合鍵。 如果在仿真運行過程中有錯誤發(fā)生，如果在仿真運行

15、過程中有錯誤發(fā)生，Simulink會中斷仿真并彈出仿真診斷對話框來顯示錯誤信會中斷仿真并彈出仿真診斷對話框來顯示錯誤信息。息。 利用輸出模塊分析或使用函數(shù)分析。利用輸出模塊分析或使用函數(shù)分析。 利用輸出模塊顯示系統(tǒng)的仿真結(jié)果。有以下利用輸出模塊顯示系統(tǒng)的仿真結(jié)果。有以下幾種方法：幾種方法： (1) 觀察輸出軌跡；觀察輸出軌跡； (2) 以文件形式輸出；以文件形式輸出； (3) 直接顯示數(shù)據(jù)輸出；直接顯示數(shù)據(jù)輸出； (4) 用表盤和量計顯示輸出；用表盤和量計顯示輸出； (5) 進行數(shù)字信號處理、分析輸出進行數(shù)字信號處理、分析輸出n 利用輸出模塊分析利用輸出模塊分析n 利用輸出模塊分析利用輸出模塊

16、分析(1) 觀察輸出軌跡觀察輸出軌跡1) 用用Scope模塊或模塊或XY Graph模塊模塊 2) 將輸出信號寫入返回變量，并利用將輸出信號寫入返回變量，并利用MATLAB命令繪圖命令繪圖 3) 使用使用To Workspace模塊把輸出寫入到模塊把輸出寫入到Matlab工作空間，然后再通過工作空間，然后再通過Matlab的的繪圖命令繪制輸出軌跡。繪圖命令繪制輸出軌跡。n 利用輸出模塊分析利用輸出模塊分析(2) 以文件形式輸出仿真結(jié)果以文件形式輸出仿真結(jié)果 利用輸出模塊庫中的利用輸出模塊庫中的To file模塊可以將模塊可以將仿真結(jié)果以仿真結(jié)果以Mat文件的格式直接保存到文件的格式直接保存到數(shù)

17、據(jù)文件中。數(shù)據(jù)文件中。(3) 直接顯示數(shù)據(jù)輸出直接顯示數(shù)據(jù)輸出 輸出模塊庫中提供了一個輸出模塊庫中提供了一個Display模塊，模塊，用于直接顯示數(shù)據(jù)。用于直接顯示數(shù)據(jù)。 n 利用輸出模塊分析利用輸出模塊分析(4) 表盤和量計顯示輸出表盤和量計顯示輸出 利用利用Dials & Gauges模塊庫。模塊庫。(5) 數(shù)字信號處理、分析輸出數(shù)字信號處理、分析輸出 在一些信號的后面直接連接數(shù)字信號處理模在一些信號的后面直接連接數(shù)字信號處理模塊，以便獲得信號的處理結(jié)果。在塊，以便獲得信號的處理結(jié)果。在DSP Blockset中提供了豐富的數(shù)字信號處理模塊。中提供了豐富的數(shù)字信號處理模塊。Simu

18、link Extra中的中的Additonal Sinks也提供也提供了一些輸出模塊。了一些輸出模塊。n 使用函數(shù)分析使用函數(shù)分析使用函數(shù)對仿真結(jié)果進行分析，靈活方便使用函數(shù)對仿真結(jié)果進行分析，靈活方便例例: 非線性控制系統(tǒng)如圖所示非線性控制系統(tǒng)如圖所示:sKsKsGipC/ )()(1 . 0, 2; 2, 3ipKK飽和非線性模塊的飽和上界和下界分別設(shè)置為飽和非線性模塊的飽和上界和下界分別設(shè)置為2 2和和-2;-2;死區(qū)非線性模塊的死區(qū)起止值分別設(shè)置為死區(qū)非線性模塊的死區(qū)起止值分別設(shè)置為-0.1-0.1和和0.10.1 用來向模型提供信號用來向模型提供信號. . 沒有輸入口沒有輸入口, ,

19、而至少而至少有一個輸出口有一個輸出口. .Clock : (Clock : (連續(xù)連續(xù)) )仿真時鐘仿真時鐘, ,輸出每個仿真步點的時輸出每個仿真步點的時刻刻. . Constant:Constant:恒值輸出恒值輸出, ,數(shù)值可設(shè)置數(shù)值可設(shè)置From File: From File: 從文件讀數(shù)據(jù)從文件讀數(shù)據(jù), ,從從MATMAT文件獲取信號矩文件獲取信號矩陣陣, ,信號以行方式存放信號以行方式存放, ,第一行是時間第一行是時間, ,其余每行其余每行存放一個信號序列存放一個信號序列. .From Workspace:From Workspace:從工作內(nèi)存讀矩陣數(shù)據(jù)從工作內(nèi)存讀矩陣數(shù)據(jù), ,

20、以列方以列方式存放信號的信號矩陣式存放信號的信號矩陣T,UT,U必須存在于必須存在于MATLABMATLAB工作空間工作空間. .Signal Generator:Signal Generator:信號發(fā)生器信號發(fā)生器, ,可產(chǎn)生正弦可產(chǎn)生正弦, ,方波方波, ,鋸齒波鋸齒波, ,隨機波隨機波. .Sine: Sine: 正弦波輸出正弦波輸出, ,可設(shè)置幅值可設(shè)置幅值, ,相位相位, ,頻率頻率. . Step: Step: 階躍輸出階躍輸出, ,可設(shè)置階躍時刻可設(shè)置階躍時刻, ,階躍前后的幅階躍前后的幅值值. .例例: : 調(diào)用調(diào)用MATLABMATLAB工作空間中的信號矩陣作為模工作空間中

21、的信號矩陣作為模型輸入型輸入. .輸入為輸入為elseTtTtTTtttu02)2(0)(22function TU=source1(T0,N0,K)function TU=source1(T0,N0,K)t=linspace(0,Kt=linspace(0,K* *T0,KT0,K* *N0+1);N0+1);N=length(t); N=length(t); U1=t(1:(N0+1).2;U1=t(1:(N0+1).2;U2=(t(N0+2):(2U2=(t(N0+2):(2* *N0+1)-2N0+1)-2* *T0).2;T0).2;u3(1:(N-(2u3(1:(N-(2* *N0

22、+2)+1)=0;N0+2)+1)=0;U=u1,u2,u3;U=u1,u2,u3;TU=t,u TU=t,u 例例: : 調(diào)用調(diào)用MATLABMATLAB工作空間中的信號矩陣作為模工作空間中的信號矩陣作為模型輸入型輸入. .輸入為輸入為(2)(2)構(gòu)造簡單的接收信號用的實驗?zāi)Ｐ蜆?gòu)造簡單的接收信號用的實驗?zāi)Ｐ? : “From Workspace”, ”Scope “From Workspace”, ”Scope并連接并連接(3)(3)模塊的參數(shù)設(shè)置模塊的參數(shù)設(shè)置: : “From Workspace “From Workspace中的中的datadata中填寫中填寫TUTU(4)(4)在命令

23、窗口運行在命令窗口運行: TU=source1(1,100,4);: TU=source1(1,100,4);(5) (5) 在模型窗口進行仿真在模型窗口進行仿真. . 用來接收信號用來接收信號, ,顯示信號顯示信號. .Display : Display : 數(shù)值顯示數(shù)值顯示. . Scope: Scope: 示波器示波器Stop: Stop: 終止仿真終止仿真, ,可接受向量輸入可接受向量輸入, ,任何分量非零任何分量非零時時, ,終止整個仿真終止整個仿真. .常與關(guān)系模塊配用常與關(guān)系模塊配用. .To File: To File: 把數(shù)據(jù)保存為文件把數(shù)據(jù)保存為文件. .To Workspace: To Workspace: 把數(shù)據(jù)寫成矩陣把數(shù)據(jù)寫成矩陣. .XY Graph: XY Graph: 顯示顯示X-YX-Y圖形圖形 顯示實時信號顯示實時信號n示波器工具欄工具的使用示波器工具欄工具的使用; ;n 示