入門超經(jīng)典simulink仿真

入門超經(jīng)典simulink仿真演示文稿當前1頁，總共45頁。優(yōu)選入門超經(jīng)典simulink仿真當前2頁，總共45頁。啟動與退出在MATLAB命令窗口中輸入“simulink”命令然后回車；選擇工具欄中的選項即可進入simulink模塊庫瀏覽器；直接從MATLAB命令窗口中選取“File→Edit→Model”也可進入SIMULINK仿真環(huán)境。模型完成后，利用Save或Saveas命令將模型文件存盤(擴展名為.mdl)后即可。退出simulink，只要關閉所有模型編輯窗口和模塊瀏覽器即可。當前3頁，總共45頁。6.2SIMULINK模塊庫瀏覽器一、模塊庫瀏覽器界面SIMULINK模塊庫瀏覽器界面可分為5部分：菜單欄區(qū)：其主菜單有[文件(File)]、[編輯(Edit)]、[查看(View)]、[幫助(Help)]等4項。File：含New(新建模型或者庫)、open(打開)、Close(關閉)和Preferences(屬性設置)4項；Edit：含Addtothecurrentmodel(添加到當前模型)、Find(查找)和Findnext(查找下一個)3項；View：由toolbar(工具欄),statusbar(狀態(tài)欄),description(文字說明欄),stayontop(將瀏覽器放在桌面最上層)View：collapseentirebrowser(模塊庫壓縮顯示),expandentirebrowser(模塊庫展開顯示),Largeicons(大圖標),Smallicons(小圖標),Showparametersforselection(顯示所選模塊的參數(shù))；Help(幫助)當前4頁，總共45頁。工具欄區(qū)：含4個按鈕：是新建與打開按鈕，是將模塊放在桌面最上層按鈕，F(xiàn)ind是用來查找模塊庫中的模塊按鈕。文字說明區(qū)：對所選模塊的文字說明；模塊庫區(qū)：含模塊庫及其相應的模塊組；狀態(tài)欄區(qū)：即最下方顯示Ready區(qū)，用來顯示瀏覽器狀態(tài)。當前5頁，總共45頁。二、基本模塊庫的分類及其用途SIMULINK有13類基本模塊庫，分別為：Continuous(連續(xù)模塊組)、Discontinuities(非連續(xù)模塊組)、Discrete(離散模塊組)、Look-UpTables(表格模塊組)、MathOperations(數(shù)學運算模塊組)、ModelVerification(模型檢驗模塊組)、Model-WideUtilities(公用模塊組)、Ports&Subsystems(端口與子系統(tǒng)模塊組)、SignalAttributes(信號屬性模塊組)、SignalRouting(信號傳輸選擇模塊組)、

Sinks(輸出模塊組)、Sources(信號源模塊組)、User-DefinedFunctions(用戶定義函數(shù)模塊組)等當前6頁，總共45頁。包含7個基本模塊，分為連續(xù)時間線性系統(tǒng)與連續(xù)時間延遲兩種。子模塊組的名稱和用途見表3-1。1、Continuous(連續(xù)模塊組)當前7頁，總共45頁。模塊名稱模塊用途Derivative微分模塊Integrator積分模塊State-Space線性狀態(tài)空間模型模塊TransferFcn線性傳遞函數(shù)模型模塊TransferDelay輸入信號按指定時間延遲模塊VariableTransportDelay第一個輸入按第二個輸入指定時間做延遲模塊Zero-Pole零極點形式模型模塊表3-1連續(xù)模塊組子模塊的名稱及用途當前8頁，總共45頁。包含25個基本模塊，包括數(shù)學運算、向量運算、復數(shù)與向量間的轉(zhuǎn)換運算4種。其子模塊組的名稱和用途見表3-2。2、MathOperations(數(shù)學運算模塊組)當前9頁，總共45頁。模塊名稱模塊用途Abs絕對值或求模(對復數(shù))模塊AlgebraicConstraint將輸入f(z)強制置為0并輸出zAssignment分配器BitwiseLogicalOperator二進制邏輯運算模塊CombinatorialLogic建立邏輯真值表模塊ComplextoMagnitude-Angle計算復數(shù)的幅值與相角模塊ComplextoReal-Imag計算復數(shù)實部與虛部模塊DotProduct計算點積(內(nèi)積)模塊Gain增益模塊LogicalOperator邏輯運算模塊表3-3數(shù)學運算模塊組子模塊的名稱及用途當前10頁，總共45頁。模塊名稱模塊用途Magnitude-AngletoComplex由幅值與相角構(gòu)造復數(shù)模塊MathFunction數(shù)學運算函數(shù)模塊,可進行多種數(shù)學函數(shù)運算MatrixConcatenation矩陣連接模塊MatrixGain矩陣增益模塊MinMax計算極大值與極小值模塊Polynomial多項式運算模塊Product乘積運算模塊Real-ImagtoComplex由實部與虛部構(gòu)造復數(shù)模塊RelationalOperator關系運算模塊Reshape矩陣重新定維模塊RoundingFunction取整模塊表3-3續(xù)數(shù)學運算模塊組子模塊的名稱及用途當前11頁，總共45頁。模塊名稱模塊用途Sign符號函數(shù)模塊SliderGain可變增益模塊(使用滑尺改變增益值)Sum計算代數(shù)和或差模塊TrigonometricFunction執(zhí)行多種常用三角函數(shù)模塊表3-3續(xù)數(shù)學運算模塊組子模塊的名稱及用途當前12頁，總共45頁。共有15個基本模塊，包括信號傳輸與信號存儲、訪問兩種。其子模塊組的名稱和用途見表3-3。3、SignalRouting(信號傳輸選擇模塊組)當前13頁，總共45頁。模塊名稱模塊用途BusCreator信號總線生成器BusSelector接收來自Mux模塊或其它輸入BusSelector模塊的信號DataStoreMemory定義一個共享數(shù)據(jù)存儲區(qū)DataStoreRead從已定義的數(shù)據(jù)存儲區(qū)中讀取數(shù)據(jù)并輸出DataStoreWrite將輸入數(shù)據(jù)寫入一個已定義的數(shù)據(jù)存儲區(qū)Demux分路器（一路信號分解成多路信號）From從Goto模塊中獲得信號并輸出Goto將其輸入傳遞給相應的From模塊GotoTagVisibilityGoto模塊標記控制器ManualSwitch雙輸出選擇器（手動）Merge將輸入信號合并為一個輸出信號模塊表3-3信號傳輸選擇模塊組子模塊的名稱及用途當前14頁，總共45頁。模塊名稱模塊用途MultiportSwitch在多輸入中選擇一輸出的開關模塊Mux信號組合器(將多路信號組合成一路信號)Selector選擇或重組信號Switch多路開關(當?shù)诙€輸入端信號大于臨界值時，輸出第一個輸入端的信號，否則輸出第三個輸入端的信號)表3-3續(xù)信號傳輸選擇模塊組子模塊的名稱及用途當前15頁，總共45頁。共有9個基本模塊，包括模型及子系統(tǒng)輸出、數(shù)據(jù)觀察器與仿真控制3種。其子模塊組的名稱和用途見表3-3。4、Sinks(輸出模塊組)及其用途當前16頁，總共45頁。模塊名稱模塊用途Display實時數(shù)字顯示模塊FloatingScope浮動示波器模塊Out1輸出端口模塊(同端口與子系統(tǒng)模塊中Out1)Scope示波器模塊StopSimulation當輸入非0時，停止仿真。在仿真停止前完成當前時間步內(nèi)的仿真。Terminator信號終止模塊ToFile將其輸入寫入MAT-file文件內(nèi)的一個矩陣中ToWorkspace將其輸入寫入工作空間XYGraphX-Y示波器模塊表3-4輸出模塊組子模塊的名稱及用途當前17頁，總共45頁。

18個基本模塊，包括模型及子系統(tǒng)輸入與信號發(fā)生器兩種。其子模塊組的名稱和用途見表3-5。5、Sources(信號源模塊組)及其用途當前18頁，總共45頁。模塊名稱模塊用途Band-LimitedWhiteNoise帶寬限幅白噪聲模塊ChirpSignal線性調(diào)頻信號模塊(頻率隨時間線性增加的正弦信號)，可用于非線性系統(tǒng)譜分析Clock在每一仿真步輸出當前仿真時間(連續(xù)時間)Constant輸出與時間無關的實數(shù)或復數(shù)DigitalClock僅在指定的采樣間隔內(nèi)輸出仿真時間，在其它時間輸出保持前一次值不變(離散時間)FromWorkspace從MATLAB工作空間中讀取數(shù)據(jù)FromFile從一個指定的文件中讀取數(shù)據(jù)并輸出Ground接地模塊In1輸入端口模塊(同端口與子系統(tǒng)模塊中In1)PulseGenerator產(chǎn)生固定頻率脈沖序列表3-5信號源模塊組子模塊的名稱及用途當前19頁，總共45頁。模塊名稱模塊用途Ramp產(chǎn)生按指定初始時間、初始幅度和變化率的斜坡信號RandomNumber產(chǎn)生正態(tài)分布的隨機信號RepeatingSequence產(chǎn)生一個任意波形的周期信號SignalGenerator可以產(chǎn)生三種不同波形的信號：正弦波、方波和鋸齒波。信號單位可以是Hz或rad/sSignalBuilder信號構(gòu)造器SineWave正弦波信號模塊Step在指定時間產(chǎn)生一個可定義上下電平的階躍信號UniformRandomNumber產(chǎn)生在整個指定時間周期內(nèi)均勻分布的隨機信號表3-5續(xù)信號源模塊組子模塊的名稱及用途當前20頁，總共45頁。三、部分專業(yè)模塊庫簡介Mathworks公司還提供了一系列與SIMULINK一起使用的專業(yè)模塊庫，主要有：ControlSystemToolbox：控制系統(tǒng)工具箱;CommunicationsBlockset：通信系統(tǒng)仿真模塊；DSPBlockset：數(shù)字信號處理工具箱；FuzzyLogicToolbox：模糊邏輯控制工具箱；NeuralNetworkBlockset：神經(jīng)網(wǎng)絡工具箱；SimulinkExtras：補充Simulink公共模塊庫；Stateflow：用來對復雜的事件驅(qū)動系統(tǒng)進行建模和仿真；Real-TimeWorkshop(簡稱RTW)：可以直接將simulink模型框圖和Stateflow的狀態(tài)圖轉(zhuǎn)換成高效優(yōu)化的程序代碼。當前21頁，總共45頁。6.3用SIMULINK建立系統(tǒng)模型建立簡單模型的步驟：①建立模型窗口；②將功能模塊從模塊庫中復制到模型窗口；③對模塊進行連接，構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型。SIMULINK模型在視覺上表現(xiàn)為直觀的方框圖，在文件上則是擴展名為mdl的ASCII代碼，在數(shù)學上表現(xiàn)為微分方程或差分方程，在行為上則模擬了實際系統(tǒng)的動態(tài)特性。當前22頁，總共45頁。一、模塊的復制、移動與刪除模塊的復制包括兩種：一是從模塊庫中將標準模塊復制到模型窗口中，另一種是在模型窗口中將模型再復制。1、模塊的復制從模塊庫中復制標準模塊：從模塊庫中選中所需模塊，按住鼠標左鍵不放，將模塊拖至模型窗口再松開鼠標左鍵則完成了復制；在模型窗口中再復制有3種方法：選中待復制模塊，運行“Edit→Copy”，然后將光標移至將要粘貼的地方，再運行“Edit→Paste”，就完成復制；或者選中待復制模塊，直接用Ctrl+C然后再Ctrl+V也可以；用鼠標選取待復制模塊后，按住“Ctrl”鍵不放，把該模塊拖至目標位置后，松開左鍵即完成復制；用鼠標選取待復制模塊后，按住鼠標右鍵不放，把該模塊拖至目標位置后，松開右鍵即完成復制。當前23頁，總共45頁。將光標置于待移動的模塊圖標上，按住鼠標左鍵不放，把該模塊拖至目標位置后，松開左鍵就完成了移動。2、模塊的移動選中模塊，按Delete鍵就可刪除或點擊鼠標右鍵，選擇Cut也可對模塊進行剪切。3、模塊的刪除用鼠標選擇模塊圖標，再將鼠標移到模塊對象四周的控制小塊處，當鼠標指針變成指向四周的小箭頭時，按住鼠標左鍵不放，拖至合適大小即可。四、模塊外形調(diào)整1、改變模塊對象大小當前24頁，總共45頁。在Simulink中，模塊輸入端口位于模塊左側(cè)，輸出端口位于模塊右側(cè)，但有時需要對其方向進行改變。方法是：用鼠標選中模塊對象，利用“Format→FlipBlock”(快捷鍵Ctrl+I)可將模塊順時針旋轉(zhuǎn)180°；或者利用“Format→RotateBlock”(快捷鍵Ctrl+R)或?qū)⒛K順時針旋轉(zhuǎn)90°。2、改變模塊對象的方向Format菜單中的“ForegroundColor”命令可以改變模塊的前景顏色，“BackgroundColor”命令可以改變模塊的背景顏色；而模型窗口的顏色可以通過“ScreenColor”命令來改變。此外，還可以選擇“Format→Showdropshadow”為模塊生成陰影等。3、顏色設定當前25頁，總共45頁。將構(gòu)成一個系統(tǒng)的所有環(huán)節(jié)模塊復制到模型窗口后，還必須將所有的模塊圖標用信號線連接起來才能夠描述一個控制系統(tǒng)的系統(tǒng)模型。五、模塊的連接信號線具有連接功能模塊的作用。連接兩個模塊時，用鼠標左鍵選取模塊，點擊該輸入或輸出端口，看到光標變成十字形后，拖曳十字圖形符號到另個一個端口，鼠標指針將變成雙十字形，然后松開鼠標左鍵。一根最簡單的信號線就將兩模塊連接起來了，連線的箭頭表示信號的流向。當前26頁，總共45頁。為了對動態(tài)系統(tǒng)進行正確的仿真與分析，必須設置正確的系統(tǒng)模塊參數(shù)與系統(tǒng)仿真參數(shù)。模塊的內(nèi)部參數(shù)設置時只需在模型窗口中，雙擊待修改參數(shù)模塊的圖標，就可以打開標準功能模塊內(nèi)部參數(shù)設置對話框，然后改變對話框中相關欄目的數(shù)據(jù)便可。六、模塊內(nèi)部參數(shù)修改當系統(tǒng)中各模塊的參數(shù)設置完畢后，可設置合適的系統(tǒng)仿真參數(shù)以進行動態(tài)系統(tǒng)的仿真。當前27頁，總共45頁。欲建立此簡單系統(tǒng)的模型，需要如下的系統(tǒng)模塊：信號源模塊組Sources中的SineWave模塊：產(chǎn)生一個正弦波信號；數(shù)學運算模塊組MathOperations中的Gain模塊：將信號乘上一個常數(shù)（即信號增益）；輸出模塊組Sinks中的Scope模塊：圖形方式顯示結(jié)果。例：已知系統(tǒng)的數(shù)學描述為要求建立系統(tǒng)模型，并以圖形方式輸出系統(tǒng)運算結(jié)果。當前28頁，總共45頁。對系統(tǒng)中各模塊參數(shù)以及系統(tǒng)仿真參數(shù)進行正確設置之后，單擊系統(tǒng)模型編輯器上的Play圖標（黑色三角）或選擇Simulation菜單下的Start便可以對系統(tǒng)進行仿真分析。仿真結(jié)束后雙擊Scope模塊以顯示系統(tǒng)仿真的輸出結(jié)果。運行仿真當前29頁，總共45頁。當前30頁，總共45頁。創(chuàng)建一個新的模型窗口；從信號源模塊組、數(shù)學運算模塊組、連續(xù)模塊組和輸出模塊組庫中分別找出所需要的階躍信號模塊、求和器模塊、線性傳遞函數(shù)模塊和示波器模塊，分別復制到模型窗口中；將各模塊按要所需構(gòu)建的模型連接起來；修改模塊名稱、加上信號線標注、模型標注等；按要求重新設置各模塊內(nèi)部參數(shù)；存盤。例：已知單位負反饋二階系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：試創(chuàng)建該系統(tǒng)的單位階躍響應模型圖并觀察仿真結(jié)果。當前31頁，總共45頁。階躍信號模塊的參數(shù)對話框設置中有4個項：“Steptime”為階躍信號產(chǎn)生的時間；“Initialvalue”為階躍信號初始值；；“Finalvalue”為階躍信號終了值；“Sampletime”為采樣時間。傳遞函數(shù)模塊參數(shù)設置對話框中，“Numerator”欄是傳遞函數(shù)分子多項式系數(shù)向量，“Denominator”欄是傳遞函數(shù)分母多項式系數(shù)向量。注意：當多項式缺項時，必須將對應系數(shù)的“0”輸入，不能遺漏。當前32頁，總共45頁。圖6-28二階系統(tǒng)單位階躍響應仿真結(jié)果當前33頁，總共45頁。例6-3已知單位負反饋二階系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：試創(chuàng)建該系統(tǒng)的單位階躍響應模型圖并觀察仿真結(jié)果。當前34頁，總共45頁。6.4仿真參數(shù)設置在對系統(tǒng)模型中各個模塊進行合適的參數(shù)設置之后，需要對系統(tǒng)仿真參數(shù)進行必要的設置以開始仿真。在模型窗口中選擇“Simulation”菜單下的“Simulationparameters”，就會出現(xiàn)一個對話框。仿真參數(shù)設置共有5個選項，分別是Solver、WorkspaceI/O、Diagnostics、Advanced和RTW。當前35頁，總共45頁。Solver中包含3部分設置：Simulationtime（仿真時間）、Solveroptions（仿真器選項）和Outputoptions（輸出選項設置）。1、Solver選項及其設置Simulationtime（仿真時間）：包括仿真起始時間和停止時間，它們的差即代表仿真時間；在缺省情況下，Simulink默認的仿真起始時間為0s，仿真結(jié)束時間為10s。Solveroptions（仿真器選項）：Type項用來選擇變步長或固定步長仿真器。右欄用于選擇仿真器的算法。固定步長仿真器在仿真過程中，其步長是不變的。變步長解法可以在仿真過程中根據(jù)要求調(diào)整運算步長。在采用變步長解法時，應先指定一個容許誤差限（在Relativetolerance和Absolutetolerance中設置），使得當誤差超過誤差限時自動修正仿真步長。當前36頁，總共45頁。Relativetolerance（相對誤差限）是規(guī)定了每個狀態(tài)相對于步長的誤差大小，用百分比來表示一個狀態(tài)值。默認值是1e-3，即狀態(tài)的計算值要精確到0.1%；Absolutetolerance（絕對誤差限）是一個閾誤差值，當測量的狀態(tài)值接近零時，代表可接受誤差。如果將其設定為auto，則將每個狀態(tài)的初始絕對誤差限設置在1e-6。Maxstepsize用于設置最大步長。在默認情況下為“auto”，并按下式計算步長：最大步長=（終止時間-起始時間）/50。但這樣的取法對于仿真時間較長的系統(tǒng)則可能帶來取樣點過于稀疏，而使仿真結(jié)果失真。一般建議對于仿真時間不超過15s的采用默認值即可，對于超過15s的每秒至少保證5個采樣點，對于超過100s的，每秒至少保證3個采樣點。最大步長的選取直接關系到系統(tǒng)仿真結(jié)果的準確性。當前37頁，總共45頁。Outputoptions（輸出選項設置）：包括Refineoutput（細化輸出）、Produceadditionaloutput（產(chǎn)生附加輸出）和Producespecifiedoutputonly（只產(chǎn)生指定輸出）3項。Refineoutput（細化輸出）：可以根據(jù)仿真的步長除了在采樣點輸出值外，在曲線稀疏處自動增加輸出點，以細化曲線，使曲線更加平滑，從而保證系統(tǒng)不失真。如果細化系數(shù)定為2，則在每段時間步長的中間插入一個平滑數(shù)據(jù)，如果是3，則會在每段時間步長的1/3，2/3位置上各插入一個數(shù)據(jù)。細化因子越大，細化程度越高，曲線越平滑，從而曲線的失真度越小。用戶可以在refinefactor設置仿真時間區(qū)間插入的輸出點數(shù)，產(chǎn)生更光滑的輸出曲線。改變精細因子比減小仿真步長更有效。細化輸出只能在變步長模式中才能使用，并且在ode45效果最好。當前38頁，總共45頁。Produceadditionaloutput（產(chǎn)生附加輸出）：允許用戶直接指定產(chǎn)生輸出的點。一旦選擇了該項，它的右邊會出現(xiàn)一個輸出時間編輯框，用戶可以指定額外的仿真輸出點，既可以是一個時間向量也可以是表達式。這個選項會改變仿真的步長以使其和指定的附加輸出時間一致。Producespecifiedoutputonly（只產(chǎn)生指定輸出）：只在指定的時間點上產(chǎn)生輸出。這種方式改變仿真步長經(jīng)使時間步長與指定輸出時刻一致。在比較不同的仿真時，要確保在同一個時刻產(chǎn)生輸出，就要采用這種方式。當前39頁，總共45頁。主要設置SIMULINK與MATLAB工作空間交換數(shù)據(jù)的有關選項。2、WorkspaceI/O選項及其設置Loadfromworkspace（從工作空間讀取數(shù)據(jù)）：用來設置從MATLAB工作空間獲取變量的性質(zhì)，可以從工作空間獲取時間和輸入變量。雖然Simulink提供了多種系統(tǒng)輸入信號，但并不能完全滿足需要。Simulink允許使用用戶自定義的信號作為系統(tǒng)輸入信號。一般地，時間變量定義為t，輸入變量定義為u；在Loadformworkspace框中，用戶可以設置Matlab中的變量作為系統(tǒng)輸入信號或系統(tǒng)狀態(tài)初始值，如下所述：（1）Input：用來設置系統(tǒng)輸入信號。其格式為[t，u]，其中t、u均為列向量，t為輸入信號的時間向量，u為相應時刻的信號取值，可以使用多個信號輸入，如[t，u1，u2]。輸入信號與Simulink的接口由Inport模塊（In1模塊）實現(xiàn)。當前40頁，總共45頁。Savetoworkspace（將數(shù)據(jù)寫入工作空間）：用來設置往MATLAB工作空間寫入的變量類型和變量名，選中變量類型前的復選框使相應的變量有效，包括輸出時間變量（Time）、輸出系統(tǒng)模型中所有的狀態(tài)變量（States）、輸出系統(tǒng)模型中所有由Outport模塊（即Out1模塊）表示的信號（output）和輸出系統(tǒng)模型中的最終狀態(tài)變量取值，即最后仿真時刻處的狀態(tài)值（Final

state）；Saveoption（存儲選項）：用來設置載入的保存狀態(tài)的有關選項：Limitdatapointstolast-用來設定存往MATLAB工作空間變量的規(guī)模，對于向量而言即其維數(shù)，對于矩陣而言即其秩；Decimation用來設置存往MATLAB工作空間的變量的頻度，1為默認值，表示每點都傳送，建議一般不要改動此項設置。Format用來選擇數(shù)據(jù)格式。(2)xInitialstate：用來設置系統(tǒng)狀態(tài)變量初始值。初始值xInitial可為行向量。注意：使用xInitialstate所設置狀態(tài)變量初始值會自動覆蓋系統(tǒng)模塊中的設置。另外，輸入信號與狀態(tài)變量需要按照系統(tǒng)模型中Inport模塊（即In1模塊）的順序進行正確設置。當前41頁，總共45頁。主要用于設置仿真過程中對編譯與調(diào)試異常的錯誤處理方式，相當于C語言中的編譯設置。3、Diagnostics選項及其設置Sim