動態(tài)仿真設計課件

2023/7/251Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院Ch7.2動態(tài)仿真設計研究機電系統(tǒng)動態(tài)特性或對其控制，需先數(shù)學建模，再模型仿真分析，再實驗仿真基礎是相似性2023/7/252Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院1仿真基本概念仿真類型：實物仿真數(shù)學仿真（解析模型、統(tǒng)計模型、表上作業(yè)演練）混合仿真2023/7/253Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院仿真過程及步驟仿真一般過程：建?！獙嶒灐治鲋饕襟E：系統(tǒng)問題描述——系統(tǒng)分析——系統(tǒng)建模（數(shù)學模型或方框流程圖）——數(shù)據(jù)收集與統(tǒng)計檢驗——構造仿真模型——仿真程序編制與驗證——仿真模型確認——仿真實驗設計——仿真模型運行——仿真結果分析——仿真總結2023/7/254Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院2機電系統(tǒng)建模1).模型分類：按系統(tǒng)模型分類2023/7/255Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院按系統(tǒng)狀態(tài)特征：離散型、連續(xù)型；按系統(tǒng)是否含隨機因素：確定性模型、隨機性模型；按是否具有時變性：靜態(tài)、動態(tài)2023/7/256Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院2)機電系統(tǒng)數(shù)學模型線性定常系統(tǒng)：線性時變系統(tǒng)：可用疊加原理非線性系統(tǒng)處理方法：線性化處理；忽略非線性因素；按非線性方法進行處理2023/7/257Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院（1）機械傳動系統(tǒng)建模①機械移動系統(tǒng)機械移動系統(tǒng)力學模型

2023/7/258Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院兩連體系統(tǒng)

(a)系統(tǒng)方框圖(b)簡化后的系統(tǒng)方框圖兩連體系統(tǒng)的動力模型2023/7/259Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院②機械轉動系統(tǒng)同步齒形帶驅動裝置示意圖同步齒形帶驅動裝置系統(tǒng)方框圖2023/7/2510Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院（2）電路網(wǎng)絡系統(tǒng)建模①無源網(wǎng)絡(a)無源網(wǎng)絡(b)無源網(wǎng)絡動態(tài)結構圖基本無源網(wǎng)絡框圖2023/7/2511Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院②有源網(wǎng)絡（a）比例-積分電路(b)比例-積分電路動態(tài)結構基本有源網(wǎng)絡框圖2023/7/2512Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院（3）伺服電動機動力模型①電樞控制式直流電動機電樞控制式直流電動機原理圖2023/7/2513Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院②磁場控制式直流電動機磁場控制式直流電動機原理圖2023/7/2514Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院③交流伺服電動機磁場控制式交流電動機原理圖2023/7/2515Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院機械系統(tǒng)和電系統(tǒng)存在著相似性。機械系統(tǒng)——電系統(tǒng)網(wǎng)絡——電系統(tǒng)傳遞函數(shù)——機械結構的傳遞函數(shù)；系統(tǒng)——環(huán)節(jié)——求出各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)——畫出系統(tǒng)方塊圖——求出系統(tǒng)的傳送函數(shù)

連續(xù)系統(tǒng)——應用拉普拉斯——求得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)——拉普拉斯反變換——求出系統(tǒng)的時間響應；計算機控制（離散系統(tǒng)——應用Z變換把s域的超越方程或離散系統(tǒng)——z的代數(shù)方程——離散系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)——Z變換法求出離散系統(tǒng)的時間響應2023/7/2516Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院7.3Simulink概述

2023/7/2517Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院7.3.1Simulink工作平臺啟動Simulink，通常有兩種方法：（1）在MATLAB命令窗口中直接輸入Simulink命令；（2）在MATLAB工具欄上單擊Simulink按鈕，如圖7.1所示。

圖7.1啟動Simulink這樣就可打開了Simulink的SimulinkLibraryBrower(庫模塊瀏覽器)。在菜單欄中執(zhí)行File/New/Model命令，就建立了一個名為untitled的模型窗口。在建立了空的模塊窗口后，用戶可以在此窗口中創(chuàng)建自己需要的Simulink模型。2023/7/2518Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院1.SIMULINK左鍵雙擊2.或者此處輸入SIMULINK，后回車2023/7/2519Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院左鍵雙擊2023/7/2520Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院圖7.2庫模塊瀏覽器

圖7.3新建的空白模塊窗口

2023/7/2521Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院連續(xù)模塊輸入模塊輸出模塊2023/7/2522Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院連續(xù)模塊微分狀態(tài)空間積分傳遞函數(shù)輸入延遲輸入信號給定延遲輸入不定量延遲零、極點模型2023/7/2523Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院輸入模塊2023/7/2524Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院輸出模塊2023/7/2525Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院7.3.2

Simulink的仿真原理1Simulink仿真模塊通常，Simulink仿真系統(tǒng)包括輸入(Input)、狀態(tài)(states)和輸出(Output)三個部分?！ぽ斎肽K：即信號源模塊，包括常數(shù)字信號源和用戶自定義信號；·狀態(tài)模塊：即被模擬的系統(tǒng)模塊，是系統(tǒng)建模的核心和主要部分；·輸出模塊：即信號顯示模塊，它能以圖形方式、文件格式進行顯示注意：在設計一個模型時，必須先確定這三個部分的意，以及它們之間的聯(lián)系；Simulink的仿真模型并非一定要完全包括這三個部分，它可以缺少其中一個或者兩個；Simulink的狀態(tài)模塊可以是連續(xù)的、離散的，或者它們二者的結合。2023/7/2526Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院2Simulink仿真過程1）．初始化階段①對模型的參數(shù)進行估計，得到它們實際計算的值。②展開模型的各個層次；③按照更新的次序對模型進行排序；④確定那些顯式化的信號屬性，并檢查每個模塊是否能夠接受連接它們輸入端的信號；⑤確定所有非顯式的信號采樣時間模塊的采樣時間；⑥分配和初始化存儲空間，以便存儲每個模塊的狀態(tài)和當前值的輸出。2）．模型執(zhí)行階段模型仿真是通過數(shù)值積分來進行完成的，計算數(shù)值積分可以采用以下兩步來進行：①按照秩序計算每個模塊的積分；②根據(jù)當前輸入和狀態(tài)來決定狀態(tài)的微分，得到微分矢量，然后把它返回給解法器，以計算下一個采樣點的狀態(tài)矢量。在每一個時間步中，Simulink依次解決下列問題：

·按照秩序更新模塊的輸出；

·按照秩序更新模塊的狀態(tài)；

·檢查模塊連續(xù)狀態(tài)的不連續(xù)點；

·計算下一個仿真時間步的時間。2023/7/2527Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院1連續(xù)模塊庫(Continuous)

在連續(xù)模塊(Continuous)庫中包括了常見的連續(xù)模塊，這些模塊如圖所示。

7.

3.3Simulink模塊庫在庫模塊瀏覽器中單擊Simulink前面的“+”號，就能夠看到Simulink的模塊庫，如圖7.2所示。

2023/7/2528Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院1）.積分模塊(Integrator)：功能：對輸入變量進行積分。說明：模塊的輸入可以是標量，也可以是矢量；輸入信號的維數(shù)必須與輸入信號保持一致。2）.微分模塊(Derivative)功能：通過計算差分?u/

?t近似計算輸入變量的微分。3）.線性狀態(tài)空間模塊(State-Space)功能：用于實現(xiàn)以下數(shù)學方程描述的系統(tǒng)：4）.傳遞函數(shù)模塊(TransferFcn)功能：用執(zhí)行一個線性傳遞函數(shù)。5）.零極點傳遞函數(shù)模塊(Zero-Pole)功能：用于建立一個預先指定的零點、極點，并用延遲算子s表示的連續(xù)。6）．存儲器模塊(Memory)功能：保持輸出前一步的輸入值。7）．傳輸延遲模塊(TransportDelay)功能：用于將輸入端的信號延遲指定的時間后再傳輸給輸出信號。8）．可變傳輸延遲模塊(VariableTransportDelay)功能：用于將輸入端的信號進行可變時間的延遲。2023/7/2529Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院2離散模塊庫(Discrete)

離散模塊庫(Discrete)主要用于建立離散采樣的系統(tǒng)模型，包括的主要模塊，如圖所示。1）．零階保持器模塊(Zero-Order-Hold)功能：在一個步長內將輸出的值保持在同一個值上。2023/7/2530Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院2）．單位延遲模塊(UnitDelay)功能：將輸入信號作單位延遲，并且保持一個采樣周期相當于時間算子z-1

。3）．離散時間積分模塊(DiscreteTimeIntegrator)功能：在構造完全離散的系統(tǒng)時，代替連續(xù)積分的功能。使用的積分方法有：向前歐拉法、向后歐拉法、梯形法。4）．離散狀態(tài)空間模塊(DiscreteStateSpace)功能：用于實現(xiàn)如下數(shù)學方程描述的系統(tǒng)：5）．離散濾波器模塊(DiscreteFilter)功能：用于實現(xiàn)無限脈沖響應(IIR)和有限脈沖響應(FIR)的數(shù)字濾波器。6）．離散傳遞函數(shù)模塊(DiscreteTransferFcn)功能：用于執(zhí)行一個離散傳遞函數(shù)。7）．離散零極點傳遞函數(shù)模塊(DiscreteZero-Pole)功能：用于建立一個預先指定的零點、極點，并用延遲算子z-1表示的離散系統(tǒng)。8）．一階保持器模塊(FirstOrderHold)功能：在一定時間間隔內保持一階采樣。2023/7/2531Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院3函數(shù)與表格模塊庫(Function&Table)

函數(shù)與表格模塊庫(Function&Table)主要實現(xiàn)各種一維、二維或者更高維函數(shù)的查表，另外用戶還可以根據(jù)自己需要創(chuàng)建更復雜的函數(shù)。該模塊庫包括多個主要模塊、如圖7.7所示。2023/7/2532Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院1）.一維查表模塊(Look-UpTable)

一維查表模塊(Look-UpTable)實現(xiàn)對單路輸入信號的查表和線性插值。2）．二維查表模塊(Look-UpTable2-D)功能：根據(jù)給定的二維平面網(wǎng)格上的高度值，把輸入的兩個變量經(jīng)過查表、插值，計算出模塊的輸出值，并返回這個值。說明：對二維輸入信號進行分段線性變換。3）．自定義函數(shù)模塊(Fcn)功能：用于將輸入信號進行指定的函數(shù)運算，最后計算出模塊的輸出值。說明：輸入的數(shù)學表達式應符合C語言編程規(guī)范；與MATLAB中的表達式有所不同，不能完成矩陣運算。4）．MATLAB函數(shù)模塊(MATLABFcn)功能：對輸入信號進行MATLAB函數(shù)及表達式的處理。說明：模塊為單輸入模塊；能夠完成矩陣運算。注意：從運算速度角度，Mathfunction模塊要比Fcn模塊慢。當需要提高速度時，可以考慮采用Fcn或者S函數(shù)模塊。5）．S-函數(shù)模塊(S-Function)功能：按照Simulink標準，編寫用戶自己的Simulink函數(shù)。它能夠將MATLAB語句、C語言等編寫的函數(shù)放在Simulink模塊中運行，最后計算模塊的輸出值。2023/7/2533Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院4數(shù)學模塊庫(Math)

數(shù)學模塊庫(Math)包括多個數(shù)學運算模塊，如圖7.8所示。2023/7/2534Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院3）.矢量的點乘模塊(DotProduct)功能：矢量的點乘模塊(DotProduct)用于實現(xiàn)輸入信號的點積運算。4）.增益模塊(Gain)功能：增益模塊(Gain)的作用是把輸入信號乘以一個指定的增益因子，使輸入產(chǎn)生增益。1）.求和模塊(Sum)功能：求和模塊(Sum)用于對多路輸入信號進行求和運算，并輸出結果。2）.乘法模塊(Product)功能：乘法模塊(Product)用于實現(xiàn)對多路輸入的乘積、商、矩陣乘法或者模塊的轉置等。5）.常用數(shù)學函數(shù)模塊(MathFunction)功能：用于執(zhí)行多個通用數(shù)學函數(shù)，其中包含exp、log、log10、square、sqrt、pow、reciprocal、hypot、rem、mod等。2023/7/2535Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院6).三角函數(shù)模塊(TrigonometricFunction)功能：用于對輸入信號進行三角函數(shù)運算，共有10種三角函數(shù)供選擇。7).特殊數(shù)學模塊特殊數(shù)學模塊中包括求最大最小值模塊(MinMax)、取絕對值模塊(Abs)、符號函數(shù)模塊(Sign)、取整數(shù)函數(shù)模塊(RoundingFunction)等。8).數(shù)字邏輯函數(shù)模塊數(shù)字邏輯函數(shù)模塊包括復合邏輯模塊(CombinationalLogic)、邏輯運算符模塊(LogicalOperator)、位邏輯運算符模塊(BitwiseLogicalOperator)等。9).關系運算模塊(RelationalOperator)

關系符號包括：==(等于)、≠(不等于)、<(小于)、<=(小于等于)、>(大于)、>=(大于等于)等。10).復數(shù)運算模塊復數(shù)運算模塊包括計算復數(shù)的模與幅角(ComplextoMagnitude-Angle)、由模和幅角計算復數(shù)(Magnitude-AngletoComplex)、提取復數(shù)實部與虛部模塊(ComplextoRealandImage)、由復數(shù)實部和虛部計算復數(shù)(RealandImagetoComplex)。2023/7/2536Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院5非線性模塊(Nonlinear)非線性模塊(Nonlinear)中包括一些常用的非線性模塊，如圖7.9所示。2023/7/2537Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院1.)比率限幅模塊(RateLimiter)功能：用于限制輸入信號的一階導數(shù)，使得信號的變化率不超過規(guī)定的限制值。2)．飽和度模塊(Saturation)功能：用于設置輸入信號的上下飽和度，即上下限的值，來約束輸出值。3)．量化模塊(Quantizer)功能：用于把輸入信號由平滑狀態(tài)變成臺階狀態(tài)。4)．死區(qū)輸出模塊(DeadZone)功能：在規(guī)定的區(qū)內沒有輸出值。5)．繼電模塊(Relay)功能：繼電模塊(Relay)用于實現(xiàn)在兩個不同常數(shù)值之間進行切換。6)．選擇開關模塊(Switch)功能：根據(jù)設置的門限來確定系統(tǒng)的輸出。2023/7/2538Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院6信號與系統(tǒng)模塊庫(signals&Systems)信號與系統(tǒng)模塊庫(signals&Systems)包括的主要模塊如圖7.11所示。2023/7/2539Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院1).Bus信號選擇模塊(BusSelector)功能：用于得到從Mux模塊或其它模塊引入的Bus信號。2).混路器模塊(Mux)功能：把多路信號組成一個矢量信號或者Bus信號。3).分路器模塊(Demux)功能：把混路器組成的信號按照原來的構成方法分解成多路信號。4).信號合成模塊(Merge)功能：把多路信號進行合成一個單一的信號。5).接收/傳輸信號模塊(From/Goto)功能：接收/傳輸信號模塊(From/Goto)常常配合使用，F(xiàn)rom模塊用于從一個Goto模塊中接收一個輸入信號，Goto模塊用于把輸入信號傳遞給From模塊。6)．初始值設定模塊(IC)功能：初始值設定模塊(IC)用于設定與輸出端口連接的模塊的初始值。2023/7/2540Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院7信號輸出模塊(Sinks)

信號輸出模塊(Sinks)包括的主要模塊如圖7.12所示。圖7.12輸出顯示模塊庫2023/7/2541Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院1).示波器模塊(Scope)功能：顯示在仿真過程中產(chǎn)生的輸出信號，用于在示波器中顯示輸入信號與仿真時間的關系曲線，仿真時間為x軸。2).二維信號顯示模塊(XYGraph)功能：在MATLAB的圖形窗口中顯示一個二維信號圖，并將兩路信號分別作為示波器坐標的x軸與y軸，同時把它們之間的關系圖形顯示出來。3).顯示模塊(Display)功能：按照一定的格式顯示輸入信號的值。可供選擇的輸出格式包括：short、long、short_e、long_e、bank等。4).輸出到文件模塊(ToFile)功能：按照矩陣的形式把輸入信號保存到一個指定的MAT文件。第一行為仿真時間，余下的行則是輸入數(shù)據(jù)，一個數(shù)據(jù)點是輸入矢量的一個分量。5).輸出到工作空間模塊(ToWorkspace)功能：把信號保存到MATLAB的當前工作空間，是另一種輸出方式。6).終止信號模塊(Terminator)功能：中斷一個未連接的信號輸出端口。7).結束仿真模塊(Stopsimulation)功能：停止仿真過程。當輸入為非零時，停止系統(tǒng)仿真。2023/7/2542Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院8信號源模塊庫(Sources)信號源模塊庫(Sources)包括的主要模塊如圖7.13所示。圖7.13信號源模塊庫2023/7/2543Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院1)．輸入常數(shù)模塊(Constant)功能：產(chǎn)生一個常數(shù)。該常數(shù)可以是實數(shù)，也可以是復數(shù)。2)．信號源發(fā)生器模塊(SignalGenerator)功能：產(chǎn)生不同的信號，其中包括：正弦波、方波、鋸齒波信號。3)．從文件讀取信號模塊(FromFile)功能：從一個MAT文件中讀取信號，讀取的信號為一個矩陣，其矩陣的格式與ToFile模塊中介紹的矩陣格式相同。如果矩陣在同一采樣時間有兩個或者更多的列，則數(shù)據(jù)點的輸出應該是首次出現(xiàn)的列。4)．從工作空間讀取信號模塊(FromWorkspace)功能：從MATLAB工作空間讀取信號作為當前的輸入信號。5)．隨機數(shù)模塊(RandomNumber)功能：產(chǎn)生正態(tài)分布的隨機數(shù)，默認的隨機數(shù)是期望為0，方差為1的標準正態(tài)分布量。6)．帶寬限制白噪聲模塊(BandLimitedWhiteNoise)功能：實現(xiàn)對連續(xù)或者混雜系統(tǒng)的白噪聲輸入。7)．其它模塊除以上介紹的常用模塊外，還包括其模塊。各模塊功能可通過以下方法查看：先進入Simulink工作窗口，在菜單中執(zhí)行Help/SimulinkHelp命令，這時就會彈出Help界面。然后用鼠標展開UsingSimulink\BlockReference\SimulinkBlockLibraries就可以看到Simulink的所有模塊。查看相應的模塊的使用方法和說明信息即可。

2023/7/2544Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院7.3.4仿真模型的建立與模塊參數(shù)與屬性的設置1.仿真模塊的建立首先啟動Simulink命令，建立一個空的模塊窗口“untitled”

，然后利用Simulink提供的模塊庫，在此窗口中創(chuàng)建自己需要的Simulink模型。具體方法：在模塊庫瀏覽器中找到所需模塊，選中該模塊后右擊鼠標，把它加入到一個模型窗口中即可完成模塊的建立。

圖7.14添加模塊

2023/7/2545Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院2.模塊參數(shù)與屬性的設置

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“Blockparameters”選項(如圖7.15所示)，即可打開該模塊的參數(shù)設置對話框，如圖7.16(a)所示。右擊鼠標，在彈出的快捷菜單中單擊“BlockProperties”選項，即可打開該模塊的屬性設置對話框，如圖7.16(b)所示。圖7.15Blockparamenters選項

2023/7/2546Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院3.模塊的連接

一般情況下，每個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：把鼠標指針放到模塊的輸出口，這時，鼠標指針將變?yōu)椤?”十字形；然后，拖運鼠標至其它模塊的輸入口，這時信號線就變成了帶有方向箭頭的線段。此時，說明這兩個模塊的連接成功，否則需要重新進行連接。4.運行仿真在運行仿真之前，首先保存已設置和連接的模型，然后就可以運行仿真。2023/7/2547Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院1.Simulink仿真注意(1)Simulink的數(shù)據(jù)類型由于Simulink在仿真過程中，始終都要檢查模型的類型安全性。模型的類型安全性是指從該模型產(chǎn)生的代碼不出現(xiàn)上溢或者下溢現(xiàn)象，當產(chǎn)生溢出現(xiàn)象時，系統(tǒng)將出錯誤。查看模塊的數(shù)據(jù)類型的方法是：在模型窗口的菜單中執(zhí)行Format/PortDataTypes命令，這樣每個模塊支持的數(shù)據(jù)類型就顯示出來了。要取消數(shù)據(jù)類型的查看方式，單擊PortDataTypes去掉其前面的勾號即可。7.4.3Simulink仿真注意與技巧圖7.23查看模塊支持的數(shù)據(jù)類型2023/7/2548Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院(2)數(shù)據(jù)的傳輸在仿真過程中，Simulink首先查看有沒有特別設置的信號的數(shù)據(jù)類型，以及檢驗信號的輸入和輸出端口的數(shù)據(jù)類型是否產(chǎn)生沖突。如果有沖突，Simulink將停止仿真，并給出一個出錯提示對話框，在此對話框中將顯示出錯的信號以及端口，并把信號的路徑以高亮顯示。遇到該情形，必須改變數(shù)據(jù)類型以適應模塊的需要。(3)提高仿真速度

Simulink仿真過程，仿真的性能受諸多因素的影響，包括模型的設計和仿真參數(shù)的選擇等。對于大多數(shù)問題，使用Simulink系統(tǒng)默認的解法和仿真參數(shù)值就能夠比較好地解決。因素及解決方法：(1)仿真的時間步長太小。針對這種情況可以把最大仿真步長參數(shù)設置為默認值auto。(2)仿真的時間過長?？勺们闇p小仿真的時間。(3)選擇了錯誤的解法。針對這種情況可以通過改變解法器來解決。(4)仿真的精度要求過高。仿真時，如果絕對誤差限度太小，則會使仿真在接近零的狀態(tài)附近耗費過多時間。通常，相對誤差限為0.1%就已經(jīng)足夠了。(5)模型包含一個外部存儲塊。盡量使用內置存儲模塊。2023/7/2549Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院(4)改善仿真精度檢驗仿真精度的方法是：通過修改仿真的相對誤差限和絕對誤差限，并在一個合適的時間跨度反復運行仿真，對比仿真結果有無大的變化，如果變化不大，表示解是收斂的。說明仿真的精度是有效的，結果是穩(wěn)定的。如果仿真結果不穩(wěn)定，其原因可參是系統(tǒng)本身不穩(wěn)定或仿真解法不適合。如果仿真的結果不精確，其原因很可能是：(1)模型有取值接近零的狀態(tài)。如果絕對誤差過大，會使仿真在接近零區(qū)域運行的仿真時間太小。解決的辦法是修改絕對誤差參數(shù)或者修改初始的狀態(tài)。(2)如果改變絕對誤差限還不能達到預期的誤差限，則修改相對誤差限，使可接受的誤差降低，并減小仿真的步長。2023/7/2550Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院2.Simulink仿真技巧■連接分支信號線先連接好單根信號線，然后將鼠標指針放在已經(jīng)連接好的信號線上，同時按住“Ctrl”鍵，拖動鼠標，連接到另一個模塊。這樣就可以根據(jù)需由一個信號源模塊，引出多條信號線。如圖7.28所示。圖7.28引出多條信號線示例

■模塊的編輯技巧(1)調整模塊大小

(2)在同一窗口復制模塊(3)刪除模塊(4)編輯模塊標簽2023/7/2551Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院7.3.5其它應用模塊集和Simulink擴展庫1.通信模塊集(CommunicationsBlockset)圖7.31通信模塊集中的模塊庫2023/7/2552Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院2．數(shù)字信號處理模塊集(DSPBlockset)3.電力系統(tǒng)模塊集(PowerSystemBlockset)2023/7/2553Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院4.Simulink擴展庫

?擴展信號輸出模塊庫(AdditionalSinks)圖7.35擴展信號輸出模塊庫2023/7/2554Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院?擴展離散庫(AdditionalDiscrete)?擴展線性庫(AdditionalLinear)圖7.36擴展離散庫圖7.37擴展線性庫2023/7/2555Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院?轉換庫(Transformations)圖7.38轉換模塊庫?觸發(fā)模塊庫(FlipFlops)圖7.39觸發(fā)模塊庫2023/7/2556Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院?線性化庫(Linearization)圖7.40線性化庫?宇航模塊庫(AirspaceBlocks)圖7.41宇航模塊庫2023/7/2557Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院仿真實例1）問題簡述機器人驅動系統(tǒng)：輸入信號——計算機指令輸出信號——電機轉動角度濾波部分——二階延遲環(huán)節(jié)位置控制器——PID速度和電流控制器——PID2023/7/2558Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院2）電流環(huán)仿真分析a）打開MatLab——打開SIMULIK窗口

——new——彈出Untitled模塊窗口b）單擊Continuious——將傳遞函數(shù)Transferfcn拖至Untitled模塊窗口2023/7/2559Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院雙擊彈出框圖參數(shù)輸入窗口2023/7/2560Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院分子分母公差2023/7/2561Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院分子——[1]；分母——[0.410]10.4s+s22023/7/2562Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院Untitled模塊窗口變成了2023/7/2563Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院分子——[1]；分母——[0.021]1同理，再建1/(0.02s+1）0.02s+12023/7/2564Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院c）在Math選項中，選擇Sum，參數(shù)設為[＋－]，——選擇并將增益函數(shù)Gain拖至Untitled模塊窗口參數(shù)為122023/7/2565Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院d）在Souce選項中，選擇并將階躍函數(shù)Step拖至Untitled模塊窗口2023/7/2566Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院e）在Sink選項中，選擇并將示波器函數(shù)Scope拖至Untitled模塊窗口2023/7/2567Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院f）將各環(huán)節(jié)移位連接，完成仿真框圖模型建立2023/7/2568Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院g）單擊Untiled菜單中的Simulation中的Start，開始仿真。設置Scope參數(shù)y：2，X:5,后雙擊

Scope可得單位階躍相應曲線2023/7/2569Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院7.4機構系統(tǒng)建模與仿真分析——SimMechanics必須在6.1版本以上支持下運行2023/7/2570Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院1.打開方式：1）Simulink——SimMechanics2023/7/2571Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院2）mechlib剛體運動副約束與驅動檢測與驅動載荷輔助工具2023/7/2572Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院2.bodes——剛體剛體參數(shù)：質量位置方向坐標等機器環(huán)境兩個獨立機器的非物理聯(lián)接；或聯(lián)接兩個沒有慣性和運動副、沒有約束不傳輸運動、力或力矩的子機器環(huán)境共享環(huán)境機器參數(shù)、約束、線性化、可視化環(huán)境機架固定端2023/7/2573Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院固定端——ground2023/7/2574Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院Body

——

剛體2023/7/2575Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院3.運動副模塊組revolute——單自由度轉動副；Prismatic——單自由度移動副；Spherical——球面副；Planar——平面副；Universal——球銷副；Cylinder——圓柱副；Screw——螺旋副；Six－DoF——六自由度等拆分運動副——DisassembledJoints無質量聯(lián)接運動副——MasslessConnectors2023/7/2576Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院2023/7/2577Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院2023/7/2578Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院2023/7/2579Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院2023/7/2580Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院典型運動副2023/7/2581Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院2023/7/2582Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院棱柱副參數(shù)設定界面?zhèn)鞲衅骰蝌寗悠鲾?shù)量設置許可的運動或坐標系2023/7/2583Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院4.約束與驅動——Constrains&Drivers靜力學約束驅動模塊齒輪約束平行約束曲線約束直線驅動角位移驅動距離驅動速度驅動2023/7/2584Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院2023/7/2585Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院約束設置界面驅動設置界面?zhèn)鞲衅骰蝌寗悠鲾?shù)量主動件及從動件許可的驅動及坐標系傳感器數(shù)量主動件及從動件參數(shù)2023/7/2586Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院4.檢測與驅動模塊2023/7/2587Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院2023/7/2588Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院檢測與傳感器設置界面力矩力2023/7/2589Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院5.載荷模塊2023/7/2590Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院載荷設置界面剛度系數(shù)阻尼系數(shù)自然長度位置、速度、受力2023/7/2591Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院6.輔助工具模塊2023/7/2592Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院輔助工具設置界面連接物體數(shù)目及位置2023/7/2593Matlab語言機械工程應用鄭州大學機械工程學院SimMechanics建模與示例1.建模基本方法1）選擇機器環(huán)境、固定端（必須至少有一個）、剛體及運動副；2）定義剛體與運動副的相對位置及連接方式：