機(jī)電一體化技術(shù)-42-機(jī)電一體化系統(tǒng)的仿真課件

第4章

機(jī)電一體化系統(tǒng)的

仿真

第4章

機(jī)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(guó)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(jì)算機(jī)仿真連接（computersimulation）Simulink可以構(gòu)建復(fù)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(jiǎn)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(dòng)力學(xué)系統(tǒng)；（3）控制系統(tǒng)；（4）數(shù)字信號(hào)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(yīng)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(yīng)用領(lǐng)域，二、Simulink的使用1.Simulink的啟動(dòng)(1)在MATLAB的命令窗口直接鍵入simulink。(2)工具欄上的Simulink模塊庫(kù)瀏覽器命令按鈕(3)File菜單中選擇New菜單項(xiàng)下的Model命令2.Simulink的退出關(guān)閉所有模型窗口和Simulink模塊庫(kù)窗口即可。二、Simulink的使用1.Simulink的啟動(dòng)(1啟動(dòng)和退出Simulink啟動(dòng)和退出Simulink建模與仿真

建模仿真的步驟：1.打開(kāi)一個(gè)空白的編輯窗口；2.將模塊庫(kù)中模塊復(fù)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(gè)模塊按給定的框圖連接起來(lái)；4.用菜單選擇或命令窗口鍵入命令進(jìn)行仿真分析，在仿 真的同時(shí)，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(duì)參數(shù)進(jìn)行修正；5.如果對(duì)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(kù)）2、CommunicationsBlockset（通信模塊庫(kù)）3、DSPBlockset（數(shù)字信號(hào)處理模塊庫(kù)）4、ControlSystemToolbox（控制系統(tǒng)模塊庫(kù)）三、Simulink的基本模塊1、Simulink（系統(tǒng)仿Simulink模塊庫(kù)包含的子模塊庫(kù)（1）CommonlyUsedBlocks模塊庫(kù)，為仿真提供常用元件；（2）Continuous模塊庫(kù)，為仿真提供連續(xù)系統(tǒng)；（3）Discontinuous模塊庫(kù)，非連續(xù)系統(tǒng)元件；（4）Discrete模塊庫(kù)，為仿真提供離散元件；（5）LogicandBitOperations模塊庫(kù)，提供邏輯運(yùn)算和位運(yùn)算的元件；（6）LookupTables模塊庫(kù)，線形插值查表模塊庫(kù)；（7）MathOperations模塊庫(kù)，提供數(shù)學(xué)運(yùn)算功能元件；（8）ModelVerification模塊庫(kù)，模型驗(yàn)證庫(kù)；（9）Model-WideUtilities模塊庫(kù)；（10）PortsandSubsystems模塊庫(kù)，端口和子系統(tǒng)；（11）SignalsAttributes模塊庫(kù)，信號(hào)屬性模塊；（12）SignalsRouting模塊庫(kù)，提供用于輸入、輸出和控制的相關(guān)信號(hào)及相關(guān)處理；（13）Sinks模塊庫(kù)，為仿真提供輸出設(shè)備元件；（14）Sources模塊庫(kù)，為仿真提供各種信號(hào)源；（15）User-definedFunctions模塊庫(kù)，用戶自定義函數(shù)元件；（16）AdditionalMath&Discrete模塊庫(kù)。

Simulink模塊庫(kù)包含的子模塊庫(kù)（1）Commonly功能模塊的處理基本操作包括：1.選取模塊2.復(fù)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(duì)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(duì)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(xiàng)（1）Simulationtime組：設(shè)置仿真起止時(shí)間。（2）Solveoptions組：選擇求解器，并為其指定參數(shù)。變步長(zhǎng)算法（Variable-step）固定步長(zhǎng)算法（Fixed-step）141．解題器（Solver）選項(xiàng)（1）Simulation152．?dāng)?shù)據(jù)輸入輸出選項(xiàng)（DataImport/Export）主要用來(lái)設(shè)置Simulink與MATLAB工作空間交換數(shù)值的有關(guān)選項(xiàng)。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(xiàng)）。152．?dāng)?shù)據(jù)輸入輸出選項(xiàng)（DataImport/Expo163．診斷選項(xiàng)（Diagnostics）用于設(shè)置系統(tǒng)對(duì)仿真過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)一些非正常事件做出何種反應(yīng)，有以下幾種：None：不做任何反應(yīng)。Warning：提出警告，但警告信息不影響程序的運(yùn)行。Error：提示錯(cuò)誤，運(yùn)行的程序停止。163．診斷選項(xiàng)（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(hào)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(hào)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(hào)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(shí)例連續(xù)系統(tǒng)基于微分方程的simulink仿真18六、建模仿真實(shí)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(fù)制；信號(hào)線的構(gòu)畫(huà)；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(kù)復(fù)制所需模塊到空白模型窗

211、新建模型窗223、模塊間信號(hào)線的連接

223、模塊間信號(hào)線的連接234、根據(jù)理論數(shù)學(xué)模型設(shè)置模塊參數(shù)234、根據(jù)理論數(shù)學(xué)模型設(shè)置模塊參數(shù)24改變輸入口符號(hào)的求和模塊參數(shù)設(shè)置窗口24改變輸入口符號(hào)的求和模塊參數(shù)設(shè)置窗口25實(shí)現(xiàn)初始位移0.05設(shè)置的<Integrator1>設(shè)置窗25實(shí)現(xiàn)初始位移0.05設(shè)置的<Integrator1>設(shè)置265、仿真運(yùn)行參數(shù)采用默認(rèn)解算器“ode45”、默認(rèn)“變步長(zhǎng)”和默認(rèn)仿真終止時(shí)間10。6、把新建模型保存為exm070101.mdl。7、試運(yùn)行。265、仿真運(yùn)行參數(shù)采用默認(rèn)解算器“ode45”、默認(rèn)“變步27坐標(biāo)范圍設(shè)置不當(dāng)27坐標(biāo)范圍設(shè)置不當(dāng)28對(duì)顯示屏的縱坐標(biāo)范圍進(jìn)行設(shè)置28對(duì)顯示屏的縱坐標(biāo)范圍進(jìn)行設(shè)置298、據(jù)試運(yùn)行結(jié)果，進(jìn)行仿真參數(shù)的再設(shè)置。298、據(jù)試運(yùn)行結(jié)果，進(jìn)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(yīng)。（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(jì)算”的SIMULINK模型（1）建模的基本思路機(jī)電一體化技術(shù)-42-機(jī)電一體化系統(tǒng)的仿真課件機(jī)電一體化技術(shù)-42-機(jī)電一體化系統(tǒng)的仿真課件（3）[A,B,C,D]=linmod2('exm1'); STF=tf(minreal