Simulink仿真基礎(chǔ)

1、作者：郭陽寬 王正林聯(lián)系郵箱：wa_l2.1 Simulink仿真概述l2.2 Simulink仿真模型及仿真過程l2.3 Simulink模塊的處理l2.4 Simulink仿真設(shè)置l2.5 Simulink仿真舉例l2.6 本章小結(jié)l習(xí)題與思考lSimulink的出現(xiàn)給控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)帶來了福音。它有兩個(gè)主要功能：Simu（仿真）和Link（連接），即該軟件可以利用鼠標(biāo)在模型窗口上搭建出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析。l在實(shí)際工程中，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)往往很復(fù)雜，如果不借助專用的系統(tǒng)建模軟件，很難準(zhǔn)確地把一個(gè)控制系統(tǒng)的復(fù)雜模型輸入計(jì)算機(jī)，對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的分析與仿真，可見，熟練

2、掌握Simulink是從事過程控制方面的工作所必須的。l通過本章，讀者能對(duì)Simulink的基本模塊和功能有一個(gè)全面了解，并能熟悉Simulink的基本操作，為使用Simulink進(jìn)行過程控制系統(tǒng)仿真打下基礎(chǔ)。 2.1.1 Simulink的啟動(dòng)與退出l，一種是啟動(dòng)MATLAB后，單擊MATLAB主窗口的快捷按鈕 來打開“Simulink Library Browser”窗口l另一種是在MATLAB命令窗口中輸入“Simulink”，在桌面上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)名為“Simulink Library Browser”的窗口，在這個(gè)窗口中列出了按功能分類的各種模塊的名稱。然后在MATLAB命令窗口中輸入“

3、simulink3”，將在桌面上出現(xiàn)一個(gè)用圖標(biāo)形式顯示的“Library :simulink3”的Simulink模塊庫窗口。Simulink模塊庫按功能分為以下16類子模塊庫：l（1）Commonly Used Blocks：仿真常用模塊庫l（2）Continuous：連續(xù)系統(tǒng)模塊庫l（3）Discontinuities：非線性系統(tǒng)模塊庫l（4）Discrete：離散系統(tǒng)模塊庫l（5）Logic and Bit Operations：邏輯運(yùn)算和位運(yùn)算模塊庫l（6）Lookup Tables：查找表模塊庫l（7）Math Operations：數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊庫l（8）Model Verifica

4、tion：模型驗(yàn)證模塊庫l（9）Model-Wide Utilities：進(jìn)行模型擴(kuò)充的實(shí)用模塊庫l（10）Ports & Subsystems：端口和子系統(tǒng)模塊庫l（11）Signals Attributes：信號(hào)屬性模塊庫l（12）Signals Routing：提供用于輸入、輸出和控制的相關(guān)信號(hào)及相關(guān)處理的模塊庫l（13）Sinks：仿真接收模塊庫l（14）Sources：仿真輸入源模塊庫l（15）User-defined Functions：用戶自定義函數(shù)模塊庫l（16）Additional Math &Discrete：附加的數(shù)學(xué)和離散模塊庫l（1）信號(hào)源部分模塊l（

5、2）連續(xù)系統(tǒng)模塊l（3）數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊l（4）非線性系統(tǒng)模塊l（5）離散系統(tǒng)模塊l（6）輸出顯示部分模塊一個(gè)典型的Simulink仿真模型由以下三種類型的模塊構(gòu)成：l1信號(hào)源模塊：信號(hào)源為系統(tǒng)的輸入，它包括常數(shù)信號(hào)源、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（如正弦波和階躍函數(shù)等）和用戶自己在MATLAB中創(chuàng)建的自定義信號(hào)。l2被模擬的系統(tǒng)模塊：系統(tǒng)模塊作為仿真的中心模塊，它是Simulink仿真建模所要解決的主要問題。l3輸出顯示模塊：系統(tǒng)的輸出由顯示模塊接收。輸出顯示的形式包括圖形顯示、示波器顯示和輸出到文件或MATLAB工作空間中三種，輸出模塊主要在Sinks 庫中。Simulink仿真模型的基本特點(diǎn)可歸納如下：l

6、Simulink里提供了許多如Scope（示波器）的接收模塊，這使得用Simulink進(jìn)行仿真具有像做實(shí)驗(yàn)一般的圖形化顯示效果。lSimulink的模型具有層次性，通過底層子系統(tǒng)可以構(gòu)建上層母系統(tǒng)。lSimulink提供了對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行封裝的功能，用戶可以自定義子系統(tǒng)的圖標(biāo)和設(shè)置參數(shù)對(duì)話框。l1打開一個(gè)空白的Simulink模型窗口。l2進(jìn)入Simulink模塊庫瀏覽界面，將相應(yīng)模塊庫中所需的模塊拖到編輯窗口里。l3按照給定的框圖修改編輯窗口中模塊的參數(shù)。l4將各個(gè)模塊按給定的框圖連接起來，搭建所需要的系統(tǒng)模型。l5用菜單或在命令窗口鍵入命令進(jìn)行仿真分析，在仿真的同時(shí)，可以觀察仿真結(jié)果，如果發(fā)現(xiàn)

7、有不正確的地方，可以停止仿真，對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正。l6如果對(duì)結(jié)果滿意，可以保存模型。2.3.1 Simulink模塊參數(shù)設(shè)置圖2.8 功能模塊參數(shù)設(shè)置對(duì)話框圖2.10 示波器屬性對(duì)話框1模塊選取l（1）選取單個(gè)模塊；l（2）選取多個(gè)模塊；2模塊復(fù)制l（1）在同一窗口內(nèi)復(fù)制l（2）在不同的窗口之間復(fù)制3模塊刪除l選中模塊，按Delete鍵即可。l刪除多個(gè)模塊，可以同時(shí)按住Shift鍵，再用鼠標(biāo)選中多個(gè)模塊，再按Delete鍵；4模塊外形的調(diào)整l（1）改變大小l（2）轉(zhuǎn)向l（3）給模塊加陰影5模塊名的處理l（1）是否顯示模塊名l（2）修改模塊名l（3）改變模塊名的位置6模塊顏色設(shè)定l【Format】菜

8、單中的【Foreground Color】可以改變模塊的前景顏色，【Background Color】可以改變模塊的背景顏色，而模型窗口的顏色可以通過【Screen Color】來改變。7模塊屬性設(shè)定l選中模塊，打開【Edit】【Block Properties】可以對(duì)模塊進(jìn)行屬性設(shè)定，包括對(duì)Description、Priority、Tag、Open function、Attributes format string等屬性的設(shè)定。1模塊間連線l在模塊間連線，有以下幾種情況：l（1）連接兩個(gè)模塊l（2）模塊間連線的調(diào)整l（3）在連線之間插入模塊l（4）連線的分支2在連線上標(biāo)示信息l在連線上標(biāo)示的

9、信息包括表示向量、顯示數(shù)據(jù)類型和標(biāo)記等。l（1）標(biāo)示向量l（2）顯示數(shù)據(jù)類型l（3）信號(hào)標(biāo)記l單擊【Simulation】菜單下面的【Configuration Parameters】項(xiàng)或者直接按快捷鍵“Ctrl+E”，便彈出設(shè)置界面l包括仿真器參數(shù)設(shè)置、工作空間數(shù)據(jù)導(dǎo)入/導(dǎo)出（Data Import/Export）設(shè)置等。下面對(duì)控制系統(tǒng)仿真中常用的仿真設(shè)置進(jìn)行介紹。圖2.11 Simulink設(shè)置窗口仿真器參數(shù)設(shè)置可用于選擇仿真開始時(shí)間、仿真結(jié)束時(shí)間、解法器及輸出項(xiàng)等。對(duì)于一般的仿真，使用默認(rèn)設(shè)置即可。l1仿真時(shí)間（Simulation time）設(shè)置l需要設(shè)置的有仿真開始時(shí)間（Start

10、time）和仿真結(jié)束時(shí)間（Stop time）。l2仿真步長(zhǎng)模式設(shè)置l可供選擇的有“Variable-step”（變步長(zhǎng)）和“Fixed-step”（固定步長(zhǎng)）方式。l3解法器設(shè)置l用戶在“Solver”后面的下拉選項(xiàng)中可以選擇變步長(zhǎng)模式解法器或固定步長(zhǎng)模式解法器。變步長(zhǎng)模式解法器有：discrete、ode45、ode23、ode113、ode15s、ode23s、ode23t和ode23tb。l4變步長(zhǎng)的參數(shù)設(shè)置l對(duì)于變步長(zhǎng)模式，用戶常用的設(shè)置有：最大和最小步長(zhǎng)參數(shù)、相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差、初始步長(zhǎng)以及過零控制。默認(rèn)情況下，步長(zhǎng)自動(dòng)確定，用auto值表示。l5固定步長(zhǎng)的參數(shù)設(shè)置l對(duì)于固定步長(zhǎng)模

11、式，用戶常用的設(shè)置有：（1）Multitasking模式；（2）Singletasking模式；（3）Auto模式工作空間數(shù)據(jù)導(dǎo)入/導(dǎo)出（Data Import/Export）設(shè)置主要在Simulink與MATLAB工作空間交換數(shù)值時(shí)進(jìn)行有關(guān)選項(xiàng)設(shè)置，可以設(shè)置以下三個(gè)選擇項(xiàng)。l（1）Load from workspace：選中前面的復(fù)選框即可從MATLAB工作空間獲取時(shí)間和輸入變量，一般時(shí)間變量定義為t，輸入變量定義為u。l（2）Save to workspace：用來設(shè)置保存在MATLAB工作空間的變量類型和變量名。l（3）Save options：用來設(shè)置存往工作空間的有關(guān)選項(xiàng)。使用Simulink仿真的基本過程如下：l（1）啟動(dòng)Simulink并打開模型編輯窗口；l（2）將所需模塊添加到模型中；l（3）設(shè)置模塊參數(shù)，并連接各個(gè)模塊組成仿真模型；l（4）設(shè)置系統(tǒng)仿真參數(shù)；l（5）開始系統(tǒng)仿真；l（6）觀察仿