機電一體化技術(shù)-42-機電一體化系統(tǒng)的仿真課件

第4章

機電一體化系統(tǒng)的

仿真

第4章

機電一體化系統(tǒng)的

仿真

一、Simulink與系統(tǒng)仿真Simulink的產(chǎn)生1990年MathWorks（美國邁斯沃克公司）公司為MATLAB增加了用于建立系統(tǒng)框圖和仿真的環(huán)境，1992年公司將該軟件改名為SIMULINK。

Simulink=“Simu”+“Link”，

計算機仿真連接（computersimulation）Simulink可以構(gòu)建復雜的系統(tǒng)模型，并提供可視化的仿真環(huán)境。

操作方法快捷簡便，而使其成為目前最受歡迎的仿真軟件。一、Simulink與系統(tǒng)仿真Simulink的產(chǎn)生（1）通信系統(tǒng)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層；（2）動力學系統(tǒng)；（3）控制系統(tǒng)；（4）數(shù)字信號處理系統(tǒng)；（5）電力系統(tǒng)；（6）生物系統(tǒng)；（7）金融系統(tǒng)等。Simulink應用領(lǐng)域，可以搭建：（1）通信系統(tǒng)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層；Simulink應用領(lǐng)域，二、Simulink的使用1.Simulink的啟動(1)在MATLAB的命令窗口直接鍵入simulink。(2)工具欄上的Simulink模塊庫瀏覽器命令按鈕(3)File菜單中選擇New菜單項下的Model命令2.Simulink的退出關(guān)閉所有模型窗口和Simulink模塊庫窗口即可。二、Simulink的使用1.Simulink的啟動(1啟動和退出Simulink啟動和退出Simulink建模與仿真

建模仿真的步驟：1.打開一個空白的編輯窗口；2.將模塊庫中模塊復制到編輯窗口里，并依照給定的框 圖修改編輯窗口中模塊的參數(shù)；3.將各個模塊按給定的框圖連接起來；4.用菜單選擇或命令窗口鍵入命令進行仿真分析，在仿 真的同時，可以觀察仿真結(jié)果，如果發(fā)現(xiàn)有不正確的 地方，可以停止仿真，對參數(shù)進行修正；5.如果對結(jié)果滿意，可以將模型保存。

建模與仿真建模仿真的步驟：三、Simulink的基本模塊1、Simulink（系統(tǒng)仿真模塊庫）2、CommunicationsBlockset（通信模塊庫）3、DSPBlockset（數(shù)字信號處理模塊庫）4、ControlSystemToolbox（控制系統(tǒng)模塊庫）三、Simulink的基本模塊1、Simulink（系統(tǒng)仿Simulink模塊庫包含的子模塊庫（1）CommonlyUsedBlocks模塊庫，為仿真提供常用元件；（2）Continuous模塊庫，為仿真提供連續(xù)系統(tǒng)；（3）Discontinuous模塊庫，非連續(xù)系統(tǒng)元件；（4）Discrete模塊庫，為仿真提供離散元件；（5）LogicandBitOperations模塊庫，提供邏輯運算和位運算的元件；（6）LookupTables模塊庫，線形插值查表模塊庫；（7）MathOperations模塊庫，提供數(shù)學運算功能元件；（8）ModelVerification模塊庫，模型驗證庫；（9）Model-WideUtilities模塊庫；（10）PortsandSubsystems模塊庫，端口和子系統(tǒng)；（11）SignalsAttributes模塊庫，信號屬性模塊；（12）SignalsRouting模塊庫，提供用于輸入、輸出和控制的相關(guān)信號及相關(guān)處理；（13）Sinks模塊庫，為仿真提供輸出設(shè)備元件；（14）Sources模塊庫，為仿真提供各種信號源；（15）User-definedFunctions模塊庫，用戶自定義函數(shù)元件；（16）AdditionalMath&Discrete模塊庫。

Simulink模塊庫包含的子模塊庫（1）Commonly功能模塊的處理基本操作包括：1.選取模塊2.復制與刪除模塊3.模塊的參數(shù)和屬性設(shè)置4.模塊外形的調(diào)整5.模塊名的處理6.模塊的連接7.在連線上反映信息

功能模塊的處理基本操作包括：四、設(shè)置仿真參數(shù)仿真參數(shù)對話框設(shè)置如下仿真參數(shù)：Solver（算法）DataImport/Export（數(shù)據(jù)輸入輸出）Diagnostics（診斷）Optimization（優(yōu)化）HardwareImplementation（硬件工具）ModelReferencing（模塊引用）四、設(shè)置仿真參數(shù)仿真參數(shù)對話框Solver（算法）13

設(shè)置仿真參數(shù)13設(shè)置仿真參數(shù)141．解題器（Solver）選項（1）Simulationtime組：設(shè)置仿真起止時間。（2）Solveoptions組：選擇求解器，并為其指定參數(shù)。變步長算法（Variable-step）固定步長算法（Fixed-step）141．解題器（Solver）選項（1）Simulation152．數(shù)據(jù)輸入輸出選項（DataImport/Export）主要用來設(shè)置Simulink與MATLAB工作空間交換數(shù)值的有關(guān)選項。Loadfromworkspace（從工作空間載入數(shù)據(jù)）Savetoworkspace（將輸出保存到工作空間）Saveoptions（保存選項）。152．數(shù)據(jù)輸入輸出選項（DataImport/Expo163．診斷選項（Diagnostics）用于設(shè)置系統(tǒng)對仿真過程中，可能會出現(xiàn)一些非正常事件做出何種反應，有以下幾種：None：不做任何反應。Warning：提出警告，但警告信息不影響程序的運行。Error：提示錯誤，運行的程序停止。163．診斷選項（Diagnostics）用于五、觀察Simulink的仿真結(jié)果觀察仿真結(jié)果的方法有以下幾種：1、將仿真結(jié)果信號輸入到輸出模塊“Scope”示波器、“XYGraph”二維X-Y圖形顯示器與“Display”數(shù)字顯示器中，直接查看。2、將仿真結(jié)果信號輸入到“ToWorkspace”模塊中，再用繪圖命令在MATLAB命令窗口里繪制出圖形。3、將仿真結(jié)果信號返回到MATLAB命令窗口里，再利用繪圖命令繪制出圖形。

17五、觀察Simulink的仿真結(jié)果觀察仿真結(jié)果的方法有以下18六、建模仿真實例連續(xù)系統(tǒng)基于微分方程的simulink仿真18六、建模仿真實例連續(xù)系統(tǒng)基于微分方程的simulink仿19（一）基于微分方程的simulink仿真

根據(jù)物理定理建立微分方程，并以此微分方程創(chuàng)建SIMULINK模型的完整步驟：仿真參數(shù)設(shè)置。

微分方程的整理；模塊的復制；信號線的構(gòu)畫；模塊參數(shù)設(shè)置；

示波器的調(diào)整；19（一）基于微分方程的simulink仿真根2020211、新建模型窗2、模塊庫復制所需模塊到空白模型窗

211、新建模型窗223、模塊間信號線的連接

223、模塊間信號線的連接234、根據(jù)理論數(shù)學模型設(shè)置模塊參數(shù)234、根據(jù)理論數(shù)學模型設(shè)置模塊參數(shù)24改變輸入口符號的求和模塊參數(shù)設(shè)置窗口24改變輸入口符號的求和模塊參數(shù)設(shè)置窗口25實現(xiàn)初始位移0.05設(shè)置的<Integrator1>設(shè)置窗25實現(xiàn)初始位移0.05設(shè)置的<Integrator1>設(shè)置265、仿真運行參數(shù)采用默認解算器“ode45”、默認“變步長”和默認仿真終止時間10。6、把新建模型保存為exm070101.mdl。7、試運行。265、仿真運行參數(shù)采用默認解算器“ode45”、默認“變步27坐標范圍設(shè)置不當27坐標范圍設(shè)置不當28對顯示屏的縱坐標范圍進行設(shè)置28對顯示屏的縱坐標范圍進行設(shè)置298、據(jù)試運行結(jié)果，進行仿真參數(shù)的再設(shè)置。298、據(jù)試運行結(jié)果，進行仿真參數(shù)的再設(shè)置。3030313132仿真結(jié)果顯示32仿真結(jié)果顯示（二）基于傳遞函數(shù)的SIMULINK建模

所示的多環(huán)控制系統(tǒng)，（1）求系統(tǒng)傳遞函數(shù)

（2）求該系統(tǒng)的單位階躍響應。（二）基于傳遞函數(shù)的SIMULINK建模所示的多環(huán)控（1）建模的基本思路（2）構(gòu)造“用于系統(tǒng)傳遞函數(shù)計算”的SIMULINK模型（1）建模的基本思路機電一體化技術(shù)-42-機電一體化系統(tǒng)的仿真課件機電一體化技術(shù)-42-機電一體化系統(tǒng)的仿真課件（3）[A,B,C,D]=linmod2('exm1'); STF=tf(minreal