動態(tài)仿真設(shè)計(jì)課件

2023/7/251Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院Ch7.2動態(tài)仿真設(shè)計(jì)研究機(jī)電系統(tǒng)動態(tài)特性或?qū)ζ淇刂?，需先?shù)學(xué)建模，再模型仿真分析，再實(shí)驗(yàn)仿真基礎(chǔ)是相似性2023/7/252Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院1仿真基本概念仿真類型：實(shí)物仿真數(shù)學(xué)仿真（解析模型、統(tǒng)計(jì)模型、表上作業(yè)演練）混合仿真2023/7/253Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院仿真過程及步驟仿真一般過程：建?！獙?shí)驗(yàn)——分析主要步驟：系統(tǒng)問題描述——系統(tǒng)分析——系統(tǒng)建模（數(shù)學(xué)模型或方框流程圖）——數(shù)據(jù)收集與統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)——構(gòu)造仿真模型——仿真程序編制與驗(yàn)證——仿真模型確認(rèn)——仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)——仿真模型運(yùn)行——仿真結(jié)果分析——仿真總結(jié)2023/7/254Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2機(jī)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(jī)因素：確定性模型、隨機(jī)性模型；按是否具有時(shí)變性：靜態(tài)、動態(tài)2023/7/256Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2)機(jī)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型線性定常系統(tǒng)：線性時(shí)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(jìn)行處理2023/7/257Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院（1）機(jī)械傳動系統(tǒng)建模①機(jī)械移動系統(tǒng)機(jī)械移動系統(tǒng)力學(xué)模型

2023/7/258Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院②機(jī)械轉(zhuǎn)動系統(tǒng)同步齒形帶驅(qū)動裝置示意圖同步齒形帶驅(qū)動裝置系統(tǒng)方框圖2023/7/2510Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院（2）電路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建模①無源網(wǎng)絡(luò)(a)無源網(wǎng)絡(luò)(b)無源網(wǎng)絡(luò)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖基本無源網(wǎng)絡(luò)框圖2023/7/2511Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院②有源網(wǎng)絡(luò)（a）比例-積分電路(b)比例-積分電路動態(tài)結(jié)構(gòu)基本有源網(wǎng)絡(luò)框圖2023/7/2512Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院（3）伺服電動機(jī)動力模型①電樞控制式直流電動機(jī)電樞控制式直流電動機(jī)原理圖2023/7/2513Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院②磁場控制式直流電動機(jī)磁場控制式直流電動機(jī)原理圖2023/7/2514Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院③交流伺服電動機(jī)磁場控制式交流電動機(jī)原理圖2023/7/2515Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械系統(tǒng)和電系統(tǒng)存在著相似性。機(jī)械系統(tǒng)——電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)——電系統(tǒng)傳遞函數(shù)——機(jī)械結(jié)構(gòu)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(yīng)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(shí)間響應(yīng)；計(jì)算機(jī)控制（離散系統(tǒng)——應(yīng)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(shí)間響應(yīng)2023/7/2516Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院7.3Simulink概述

2023/7/2517Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(gè)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院1.SIMULINK左鍵雙擊2.或者此處輸入SIMULINK，后回車2023/7/2519Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院左鍵雙擊2023/7/2520Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院連續(xù)模塊輸入模塊輸出模塊2023/7/2522Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(diǎn)模型2023/7/2523Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院輸入模塊2023/7/2524Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院輸出模塊2023/7/2525Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(gè)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(jìn)行顯示注意：在設(shè)計(jì)一個(gè)模型時(shí)，必須先確定這三個(gè)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(gè)部分，它可以缺少其中一個(gè)或者兩個(gè)；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(jié)合。2023/7/2526Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2Simulink仿真過程1）．初始化階段①對模型的參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，得到它們實(shí)際計(jì)算的值。②展開模型的各個(gè)層次；③按照更新的次序?qū)δＰ瓦M(jìn)行排序；④確定那些顯式化的信號屬性，并檢查每個(gè)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(shí)間模塊的采樣時(shí)間；⑥分配和初始化存儲空間，以便存儲每個(gè)模塊的狀態(tài)和當(dāng)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(jìn)行完成的，計(jì)算數(shù)值積分可以采用以下兩步來進(jìn)行：①按照秩序計(jì)算每個(gè)模塊的積分；②根據(jù)當(dāng)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(jì)算下一個(gè)采樣點(diǎn)的狀態(tài)矢量。在每一個(gè)時(shí)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(diǎn)；

·計(jì)算下一個(gè)仿真時(shí)間步的時(shí)間。2023/7/2527Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院1）.積分模塊(Integrator)：功能：對輸入變量進(jìn)行積分。說明：模塊的輸入可以是標(biāo)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(jì)算差分?u/

?t近似計(jì)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(shí)現(xiàn)以下數(shù)學(xué)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(gè)線性傳遞函數(shù)。5）.零極點(diǎn)傳遞函數(shù)模塊(Zero-Pole)功能：用于建立一個(gè)預(yù)先指定的零點(diǎn)、極點(diǎn)，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(shí)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(jìn)行可變時(shí)間的延遲。2023/7/2529Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(gè)步長內(nèi)將輸出的值保持在同一個(gè)值上。2023/7/2530Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(gè)采樣周期相當(dāng)于時(shí)間算子z-1

。3）．離散時(shí)間積分模塊(DiscreteTimeIntegrator)功能：在構(gòu)造完全離散的系統(tǒng)時(shí)，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(shí)現(xiàn)如下數(shù)學(xué)方程描述的系統(tǒng)：5）．離散濾波器模塊(DiscreteFilter)功能：用于實(shí)現(xiàn)無限脈沖響應(yīng)(IIR)和有限脈沖響應(yīng)(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(gè)離散傳遞函數(shù)。7）．離散零極點(diǎn)傳遞函數(shù)模塊(DiscreteZero-Pole)功能：用于建立一個(gè)預(yù)先指定的零點(diǎn)、極點(diǎn)，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(shí)間間隔內(nèi)保持一階采樣。2023/7/2531Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(shí)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(fù)雜的函數(shù)。該模塊庫包括多個(gè)主要模塊、如圖7.7所示。2023/7/2532Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院1）.一維查表模塊(Look-UpTable)

一維查表模塊(Look-UpTable)實(shí)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(gè)變量經(jīng)過查表、插值，計(jì)算出模塊的輸出值，并返回這個(gè)值。說明：對二維輸入信號進(jìn)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(jìn)行指定的函數(shù)運(yùn)算，最后計(jì)算出模塊的輸出值。說明：輸入的數(shù)學(xué)表達(dá)式應(yīng)符合C語言編程規(guī)范；與MATLAB中的表達(dá)式有所不同，不能完成矩陣運(yùn)算。4）．MATLAB函數(shù)模塊(MATLABFcn)功能：對輸入信號進(jìn)行MATLAB函數(shù)及表達(dá)式的處理。說明：模塊為單輸入模塊；能夠完成矩陣運(yùn)算。注意：從運(yùn)算速度角度，Mathfunction模塊要比Fcn模塊慢。當(dāng)需要提高速度時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)，編寫用戶自己的Simulink函數(shù)。它能夠?qū)ATLAB語句、C語言等編寫的函數(shù)放在Simulink模塊中運(yùn)行，最后計(jì)算模塊的輸出值。2023/7/2533Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院4數(shù)學(xué)模塊庫(Math)

數(shù)學(xué)模塊庫(Math)包括多個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊，如圖7.8所示。2023/7/2534Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院3）.矢量的點(diǎn)乘模塊(DotProduct)功能：矢量的點(diǎn)乘模塊(DotProduct)用于實(shí)現(xiàn)輸入信號的點(diǎn)積運(yùn)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(gè)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(jìn)行求和運(yùn)算，并輸出結(jié)果。2）.乘法模塊(Product)功能：乘法模塊(Product)用于實(shí)現(xiàn)對多路輸入的乘積、商、矩陣乘法或者模塊的轉(zhuǎn)置等。5）.常用數(shù)學(xué)函數(shù)模塊(MathFunction)功能：用于執(zhí)行多個(gè)通用數(shù)學(xué)函數(shù)，其中包含exp、log、log10、square、sqrt、pow、reciprocal、hypot、rem、mod等。2023/7/2535Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院6).三角函數(shù)模塊(TrigonometricFunction)功能：用于對輸入信號進(jìn)行三角函數(shù)運(yùn)算，共有10種三角函數(shù)供選擇。7).特殊數(shù)學(xué)模塊特殊數(shù)學(xué)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(fù)合邏輯模塊(CombinationalLogic)、邏輯運(yùn)算符模塊(LogicalOperator)、位邏輯運(yùn)算符模塊(BitwiseLogicalOperator)等。9).關(guān)系運(yùn)算模塊(RelationalOperator)

關(guān)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(fù)數(shù)運(yùn)算模塊復(fù)數(shù)運(yùn)算模塊包括計(jì)算復(fù)數(shù)的模與幅角(ComplextoMagnitude-Angle)、由模和幅角計(jì)算復(fù)數(shù)(Magnitude-AngletoComplex)、提取復(fù)數(shù)實(shí)部與虛部模塊(ComplextoRealandImage)、由復(fù)數(shù)實(shí)部和虛部計(jì)算復(fù)數(shù)(RealandImagetoComplex)。2023/7/2536Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院1.)比率限幅模塊(RateLimiter)功能：用于限制輸入信號的一階導(dǎo)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(shè)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(nèi)沒有輸出值。5)．繼電模塊(Relay)功能：繼電模塊(Relay)用于實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)不同常數(shù)值之間進(jìn)行切換。6)．選擇開關(guān)模塊(Switch)功能：根據(jù)設(shè)置的門限來確定系統(tǒng)的輸出。2023/7/2538Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(gè)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(gòu)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(jìn)行合成一個(gè)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(gè)Goto模塊中接收一個(gè)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(shè)定模塊(IC)功能：初始值設(shè)定模塊(IC)用于設(shè)定與輸出端口連接的模塊的初始值。2023/7/2540Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(shí)間的關(guān)系曲線，仿真時(shí)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(gè)二維信號圖，并將兩路信號分別作為示波器坐標(biāo)的x軸與y軸，同時(shí)把它們之間的關(guān)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(gè)指定的MAT文件。第一行為仿真時(shí)間，余下的行則是輸入數(shù)據(jù)，一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)是輸入矢量的一個(gè)分量。5).輸出到工作空間模塊(ToWorkspace)功能：把信號保存到MATLAB的當(dāng)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(gè)未連接的信號輸出端口。7).結(jié)束仿真模塊(Stopsimulation)功能：停止仿真過程。當(dāng)輸入為非零時(shí)，停止系統(tǒng)仿真。2023/7/2542Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院1)．輸入常數(shù)模塊(Constant)功能：產(chǎn)生一個(gè)常數(shù)。該常數(shù)可以是實(shí)數(shù)，也可以是復(fù)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(gè)MAT文件中讀取信號，讀取的信號為一個(gè)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(shí)間有兩個(gè)或者更多的列，則數(shù)據(jù)點(diǎn)的輸出應(yīng)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(dāng)前的輸入信號。5)．隨機(jī)數(shù)模塊(RandomNumber)功能：產(chǎn)生正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)，默認(rèn)的隨機(jī)數(shù)是期望為0，方差為1的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布量。6)．帶寬限制白噪聲模塊(BandLimitedWhiteNoise)功能：實(shí)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(jìn)入Simulink工作窗口，在菜單中執(zhí)行Help/SimulinkHelp命令，這時(shí)就會彈出Help界面。然后用鼠標(biāo)展開UsingSimulink\BlockReference\SimulinkBlockLibraries就可以看到Simulink的所有模塊。查看相應(yīng)的模塊的使用方法和說明信息即可。

2023/7/2544Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院7.3.4仿真模型的建立與模塊參數(shù)與屬性的設(shè)置1.仿真模塊的建立首先啟動Simulink命令，建立一個(gè)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(biāo)，把它加入到一個(gè)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2.模塊參數(shù)與屬性的設(shè)置

方法：在所建立的模型窗口中，選中相應(yīng)的模塊，單擊右擊鼠標(biāo)，在彈出的快捷菜單中單擊“Blockparameters”選項(xiàng)(如圖7.15所示)，即可打開該模塊的參數(shù)設(shè)置對話框，如圖7.16(a)所示。右擊鼠標(biāo)，在彈出的快捷菜單中單擊“BlockProperties”選項(xiàng)，即可打開該模塊的屬性設(shè)置對話框，如圖7.16(b)所示。圖7.15Blockparamenters選項(xiàng)

2023/7/2546Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院3.模塊的連接

一般情況下，每個(gè)模塊都有一個(gè)或者多個(gè)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(biāo)指針放到模塊的輸出口，這時(shí)，鼠標(biāo)指針將變?yōu)椤?”十字形；然后，拖運(yùn)鼠標(biāo)至其它模塊的輸入口，這時(shí)信號線就變成了帶有方向箭頭的線段。此時(shí)，說明這兩個(gè)模塊的連接成功，否則需要重新進(jìn)行連接。4.運(yùn)行仿真在運(yùn)行仿真之前，首先保存已設(shè)置和連接的模型，然后就可以運(yùn)行仿真。2023/7/2547Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(dāng)產(chǎn)生溢出現(xiàn)象時(shí)，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(gè)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(shè)置的信號的數(shù)據(jù)類型，以及檢驗(yàn)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(gè)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(yīng)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(shè)計(jì)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(rèn)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(shí)間步長太小。針對這種情況可以把最大仿真步長參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值auto。(2)仿真的時(shí)間過長?？勺们闇p小仿真的時(shí)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(shí)，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(fèi)過多時(shí)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(gè)外部存儲塊。盡量使用內(nèi)置存儲模塊。2023/7/2549Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院(4)改善仿真精度檢驗(yàn)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(gè)合適的時(shí)間跨度反復(fù)運(yùn)行仿真，對比仿真結(jié)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(jié)果是穩(wěn)定的。如果仿真結(jié)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(jié)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(yùn)行的仿真時(shí)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(dá)到預(yù)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(biāo)指針放在已經(jīng)連接好的信號線上，同時(shí)按住“Ctrl”鍵，拖動鼠標(biāo)，連接到另一個(gè)模塊。這樣就可以根據(jù)需由一個(gè)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(diào)整模塊大小

(2)在同一窗口復(fù)制模塊(3)刪除模塊(4)編輯模塊標(biāo)簽2023/7/2551Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院7.3.5其它應(yīng)用模塊集和Simulink擴(kuò)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2．?dāng)?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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院4.Simulink擴(kuò)展庫

?擴(kuò)展信號輸出模塊庫(AdditionalSinks)圖7.35擴(kuò)展信號輸出模塊庫2023/7/2554Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院?擴(kuò)展離散庫(AdditionalDiscrete)?擴(kuò)展線性庫(AdditionalLinear)圖7.36擴(kuò)展離散庫圖7.37擴(kuò)展線性庫2023/7/2555Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院?轉(zhuǎn)換庫(Transformations)圖7.38轉(zhuǎn)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院仿真實(shí)例1）問題簡述機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)：輸入信號——計(jì)算機(jī)指令輸出信號——電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院雙擊彈出框圖參數(shù)輸入窗口2023/7/2560Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院分子分母公差2023/7/2561Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院分子——[1]；分母——[0.410]10.4s+s22023/7/2562Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院Untitled模塊窗口變成了2023/7/2563Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院c）在Math選項(xiàng)中，選擇Sum，參數(shù)設(shè)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院d）在Souce選項(xiàng)中，選擇并將階躍函數(shù)Step拖至Untitled模塊窗口2023/7/2566Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院e）在Sink選項(xiàng)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院g）單擊Untiled菜單中的Simulation中的Start，開始仿真。設(shè)置Scope參數(shù)y：2，X:5,后雙擊

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

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剛體2023/7/2575Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院3.運(yùn)動副模塊組revolute——單自由度轉(zhuǎn)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(yùn)動副——DisassembledJoints無質(zhì)量聯(lián)接運(yùn)動副——MasslessConnectors2023/7/2576Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2023/7/2577Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2023/7/2578Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2023/7/2579Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2023/7/2580Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院典型運(yùn)動副2023/7/2581Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2023/7/2582Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院棱柱副參數(shù)設(shè)定界面?zhèn)鞲衅骰蝌?qū)動器數(shù)量設(shè)置許可的運(yùn)動或坐標(biāo)系2023/7/2583Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院4.約束與驅(qū)動——Constrains&Drivers靜力學(xué)約束驅(qū)動模塊齒輪約束平行約束曲線約束直線驅(qū)動角位移驅(qū)動距離驅(qū)動速度驅(qū)動2023/7/2584Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2023/7/2585Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院約束設(shè)置界面驅(qū)動設(shè)置界面?zhèn)鞲衅骰蝌?qū)動器數(shù)量主動件及從動件許可的驅(qū)動及坐標(biāo)系傳感器數(shù)量主動件及從動件參數(shù)2023/7/2586Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院4.檢測與驅(qū)動模塊2023/7/2587Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2023/7/2588Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院檢測與傳感器設(shè)置界面力矩力2023/7/2589Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院5.載荷模塊2023/7/2590Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院載荷設(shè)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(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院6.輔助工具模塊2023/7/2592Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院輔助工具設(shè)置界面連接物體數(shù)目及位置2023/7/2593Matlab語言機(jī)械工程應(yīng)用鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院SimMechanics建模與示例1.建?；痉椒?）選擇機(jī)器環(huán)境、固定端（必須至少有一個(gè)）、剛體及運(yùn)動副；2）定義剛體與運(yùn)動副的相對位置及連接方式：