MALABSIMULINK系統(tǒng)建模設(shè)計(jì)與仿真基礎(chǔ)-

6.2SIMULINK仿真基礎(chǔ)

如果控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，在通常情況下是很難將模型輸入到計(jì)算機(jī)中的。

1990年MathWorks軟件公司提供了新的控制系統(tǒng)模型圖形輸入與仿真工具，并定義為SIMULAB，該工具很快在控制界得到了廣泛的使用。1992年開始正式改名為SIMULINK，這一名字的含義是相當(dāng)直觀的。因?yàn)樗^明顯地表明此軟件的兩個(gè)顯著的功能：SIMU（仿真）與LINK（連結(jié)），即可以利用鼠標(biāo)在模型窗口上“畫”出所需的控制系統(tǒng)模型，然后利用SIMULINK提供的功能來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真或線性化分析。

這種做法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以使得一個(gè)很復(fù)雜系統(tǒng)的輸入變得相當(dāng)容易且直觀。

進(jìn)入MATLAB環(huán)境之后，鍵入simulink命令或用鼠標(biāo)點(diǎn)擊simulink的圖標(biāo)就可以打開相應(yīng)的系統(tǒng)模型庫。這一模型庫包括：Commonlyusedblocks、Continuous、Discontinuities、Discrete等16個(gè)子模塊。

若想建立一個(gè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，則應(yīng)該選擇File/New菜單項(xiàng)，這樣就會(huì)自動(dòng)打開一個(gè)空白的模型編輯窗口，允許用戶輸入自己的模型框圖。打開輸入源模塊庫的圖標(biāo)，將出現(xiàn)各種子模塊庫，比如包括：階躍函數(shù)、正弦函數(shù)、白噪聲函數(shù)、時(shí)鐘、常數(shù)、MATLAB空間變量、信號(hào)發(fā)生器等，可以利用鼠標(biāo)點(diǎn)中的方式來選擇所需的子模塊，并將它拖動(dòng)到所打開的模型窗口上。

[例6.他1](1虜)試用Si好mu療li屑nk建立遲一個(gè)在如下都圖所壞示的順典型PI孕D控制罵系統(tǒng)扔模型伏。圖6.益1典型PI為D控制飯系統(tǒng)粉方框洲圖假設(shè)輸入信號(hào)r(t)選為單位階躍信號(hào)，輸出端接示波器。所連接成的SIMULINK模塊框圖如圖6.2所示。在Simulink環(huán)境中選擇PID參數(shù)如下：，，。

圖6.2典型PID控制系統(tǒng)的Simulink實(shí)現(xiàn)

單位階躍響應(yīng)如圖6.3所示。圖6.3PID控制作用下閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)

[例6.冷1](2奶)試用Si域mu努li胃nk建立文一個(gè)悔如下戶圖所沸示的震非線斤性控分制系階統(tǒng)模餓型。0.30.5--搭建具的Si扇mu壯li港nk模型秩如下在模塊中選擇參數(shù)0.50.糧6[例6.寶1](3筑)試用Si鎮(zhèn)mu偶li織nk建立泊一個(gè)淘如下割圖所漫示的響非線敞性控昨制系脈統(tǒng)模長(zhǎng)型。搭建挎的Si晶mu協(xié)li舉nk模型芹如下[例6.繩1](4稿)試用Si貞mu要li攪nk建立姨一個(gè)腎如下覺圖所怨示的砍線性聾時(shí)滯印控制養(yǎng)系統(tǒng)綢模型毒，并仆考察蠟其單星位階倚躍響嚴(yán)應(yīng)。搭建晚的Si禿mu器li望nk模型士如下劈燕：時(shí)滯存為0.動(dòng)4在模涂塊中焰設(shè)定時(shí)滯料為0.蹄2在模榴塊中姜設(shè)定現(xiàn)求蕉其單伶位階成躍響向應(yīng)，將其勻輸入抹模塊監(jiān)換成亮單位別階躍來，將其商輸出鍵模塊呈換成援示波這器。這樣Si夜mu劈燕l(xiāng)i唱nk模型駝變?yōu)橐紫聢D淹所示薯。運(yùn)行桶該Si納mu潤(rùn)li破nk模型子，結(jié)竿果如脫下圖歲所示麗?，F(xiàn)在產(chǎn)再來因分析悠，如知果該容系統(tǒng)孝沒有喇時(shí)滯仁，其謠單位雅階躍擾響應(yīng)睬又是樓如何狡的？此時(shí)過，系撲統(tǒng)模鮮型變項(xiàng)為：搭建勢(shì)的Si持mu等li叛nk模型勉如下沒有恐時(shí)滯盲情況鞋下的乳模型運(yùn)行消該Si飼mu閉li尤nk模型朽，結(jié)粥果如珍下圖芽所示霧。[例6.潛1](4籃)試用Si言mu土li問nk建立絕一個(gè)概如下卻圖所博示的冤線性刑時(shí)變纖系統(tǒng)胖模型旱。搭建幸的Si挖mu吧li賀nk模型全如下梁：自定甘義M函數(shù)娘文件s_貫t.太m表示云階躍爹信號(hào)y=s_恨t(衡t)自定處義M函數(shù)涉文件f_袍t.刷m表示文正弦攜函數(shù)y=f_師t(抖t)在工寄作空棉間產(chǎn)及生時(shí)噴間信辦號(hào)序可列[k,傅t]自定仿義M函數(shù)缸文件s_巡壽t.沙m，表灘示階稠躍信舟號(hào)y=s_薪t(夠t)fu齒nc裹ti椅onu=s_靈t(兔t)%怎st百ep循i萄np障utift<偶=0u=酷0;el哪seu=陪1;en縮慧d自定渾義M函數(shù)宋文件f_采t.奴m，表來示正苗弦函蕩數(shù)y=f_蓋t(醒t)fu憲nc狗ti膛ony=f_階t(悉t)y=si萍n(搶t);在MA掘TL鬼AB的工型作空刃間中習(xí)產(chǎn)生代時(shí)間私信號(hào)點(diǎn)序列[k,比t]>>險(xiǎn)c巷le對(duì)ar>>起t捷=0愁:0蹈.0敞1:聾5;>>菊k圖=1犧:1班:l驚en凡gt何h(耗t)辱;>>格式見下一頁運(yùn)行Si吩mu待li資nk模型責(zé)，結(jié)焦果如羨下小范射圍局伴部放受大，增結(jié)果仆如下利用SI喝MU綁LI糧NK進(jìn)行述數(shù)字漠仿真在前市一節(jié)賽中其翁實(shí)已敲經(jīng)初心步介勁紹了吸數(shù)字哈仿真據(jù)的過營程。僵為了墻更詳杰細(xì)地肯說明政怎樣須利用Si傘mu忘li烈nk進(jìn)行獻(xiàn)數(shù)字遞仿真峽，在胳此舉萍第二點(diǎn)個(gè)例仁子來鴿說明橫。[例6.2]利用Simulink工具畫出下列系統(tǒng)在閉環(huán)狀態(tài)反饋，情況下的的狀態(tài)響應(yīng)軌線。所連接成的SIMULINK模塊框圖如圖6.4所示。

圖6.4狀態(tài)反饋閉環(huán)系統(tǒng)的Simulink實(shí)現(xiàn)

仿真結(jié)果如下：圖6.5閉環(huán)系統(tǒng)的狀態(tài)響應(yīng)

[例6.純3]利用Si胖mu仔l(wèi)i拒nk工具泊畫出薯下列斑系統(tǒng)且在閉及環(huán)狀幸態(tài)反群饋情非況下販的輸宣出響拔應(yīng)軌勺線。所連腸接成頃的SI患MU俗LI諷NK模塊櫻框圖禾如圖6.媽6所示筆。仿真區(qū)結(jié)果賤如下炸：狀態(tài)變量狀態(tài)變量輸出變量輸出變量圖6.7非線性系統(tǒng)的狀態(tài)響應(yīng)[例6.腳4]利用Si吉mu鑒li竭nk工具燥畫出鈴下面恐方塊查圖所場(chǎng)示系爭(zhēng)統(tǒng)的方輸出雜響應(yīng)搭軌線郊。其中爺輸入減信號(hào)宏取為給：所連公接成購的SI需MU鎮(zhèn)LI奮NK模塊欣框圖鐘如圖6.悲9所示憂。圖6.仍9控制謙系統(tǒng)紅的Si漫mu泳li剩nk實(shí)現(xiàn)仿真毯結(jié)果勉如下調(diào)：圖6.漠10控制仙系統(tǒng)耕的輸殼出響傘應(yīng)[例6.腳5]利用Si耗mu棟li影nk工具程畫出扎下面弊帶有榆飽和憂非線長(zhǎng)性特藝性的辰系統(tǒng)矩的輸明出響荒應(yīng)軌縫線。其中柄輸入顫信號(hào)圣取為再如圖6.詞12所示阿的三亂角脈跨沖信逝號(hào)，裙飽和篇特性圖具體姥參數(shù)獵如圖6.凱13所示符。圖6.瘦11帶有豪飽和冤非線山性的痛控制饒系統(tǒng)朋方塊蛾圖圖6.翼12三角響脈沖襯輸入偵信號(hào)圖6.鑄13飽和債非線買性特匆性圖6.圾12所示泰的輸肢入信載號(hào)在Si需mu拉li亞nk中可低以很相方便蒜地通羨過運(yùn)棄用Si玩gn凡al請(qǐng)B污ui星ld花er模塊資來實(shí)柜現(xiàn)，耳所連邊接成欄的SI纖MU矩LI嶼NK模塊敗框圖饅如圖6.在14所示潮。Si盈gn漿al灣B超ui冊(cè)ld課er具有己點(diǎn)編巧輯功經(jīng)能，炸在增企加點(diǎn)羨數(shù)時(shí)初，只滿要左據(jù)手按蓬住Sh贊if她t鍵，則右手宵左鍵畏雙擊傷想要脅增加賭點(diǎn)的憲位置零即可泡。另鋤外，筋每一靠個(gè)點(diǎn)賢的精慰確位元置可析以通察過設(shè)南定坐貌標(biāo)來鑼實(shí)現(xiàn)仇。圖6.宗14控制叮系統(tǒng)掛的Si織mu佛li鐘nk實(shí)現(xiàn)圖6.毛14中飽迫和特結(jié)性模峰塊前迫面的擠增益5表示氏飽和遇特性進(jìn)的線賊性部插分的責(zé)斜率暫。在Si博mu肥li曬nk中，和飽和悔特性蒜模塊部只能旦設(shè)置恭縱坐尚標(biāo)的霸上、峰下限在幅，換而不暴能設(shè)音置代嬌表轉(zhuǎn)令折點(diǎn)兩的橫額坐標(biāo)倡值，扶所以奧只能憑在該底模塊黨前增襖加定匪常增巷益來沖表示務(wù)其斜瀉率，六這樣露在仿動(dòng)真時(shí)背等于守確定么了轉(zhuǎn)雅折點(diǎn)渾的橫價(jià)坐標(biāo)價(jià)。仿真肅結(jié)果儀如下長(zhǎng)：圖6.炒15控制體系統(tǒng)社的輸朵出響早應(yīng)[例6.針6]給出辣非線仔性系瘦統(tǒng)的盟框圖追如下非線性環(huán)節(jié)對(duì)象模型G(s)-其中，非線性環(huán)節(jié)為飽和非線性環(huán)節(jié)，理想跑飽和囑非線愁性環(huán)敢節(jié)h-h0xy線性驗(yàn)部分押的傳耳遞函珠數(shù)為系統(tǒng)擱的輸毛入信丹號(hào)為請(qǐng)畫阿出系喪統(tǒng)的誼輸出始響應(yīng)食曲線同。[例6.踏7]給出武非線或性系與統(tǒng)的闖框圖器如下非線性環(huán)節(jié)對(duì)象模型G(s)-其中，非線性環(huán)節(jié)為理想繼電器環(huán)節(jié)，h-h0xy線性列部分著的傳扭遞函催數(shù)為系統(tǒng)快的輸頁入信亂號(hào)符擦合下流表所姥示的引規(guī)律砌：請(qǐng)用si彼mu餐li疼nk工具限畫出神系統(tǒng)纏的輸券出響眉應(yīng)曲夾線。t0.000.220.400.610.751.051.21.51.862.00u0.003.046.768.537.327.317.236.886.766.99首先萌產(chǎn)生或輸入擴(kuò)信號(hào)張序列樸，為鉛此編散制文嗓件如溉下：t0徑=值[0世.0盟0,黨0.寒22咐,廊0進(jìn).4惠0,主0.承61炸,建0點(diǎn).7爭(zhēng)5,普1.蜂05銀,優(yōu)1京.2屑,皇1.認(rèn)5,鋼1困.8柜6,慎2.鮮00栽];u0弄=[淺0.趨00騰,巾3夏.0頭4,裕6.限76兵,封8貞.5淹3,省7.妻32脆,各7破.3壯1,武7.菌23同,彈6娛.8高8,羽6皮.7鐘6,軍6順.9憂9]防;t=稈0:膝0.就01藥:2才;u=愁in忙te取rp猛1(技t0騎,u逼0,唯t)怪;t=緊t’做;u=貢u’尸;在MA早TL盜AB的工色作空桿間中群運(yùn)行鄰該文崗件，錦就可境得出練輸入昆信號(hào)艇序列[t仔,鑼u]。[例6.伙8]給定者直流驢電機(jī)財(cái)控制蔥系統(tǒng)廟框圖槳如下炎：--給定眉輸入則信號(hào)通過simulink仿真分析不同值對(duì)系統(tǒng)性能的影響。K=0.3時(shí)的輸出響應(yīng)K=0.5時(shí)的輸出響應(yīng)K=0.8時(shí)的輸出響應(yīng)K=0.2時(shí)的輸出響應(yīng)現(xiàn)在續(xù)用ls必im(鳴)函數(shù)雪來進(jìn)胳行時(shí)甚域仿汪真。編制嚇文件唉如下裝：K=只0.經(jīng)3;%可以粘調(diào)