計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真-Simulink

Mat1ab及其應(yīng)用講座之五

動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真-----Simulink

鮑文

2011-10-27

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目錄

發(fā)展歷史

基本使用

模型介紹

數(shù)值仿真

高級(jí)分析

例題

2011-10-27

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＞發(fā)展歷史

1、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真CSCAD(E)

80年代前：自己編程序，C/FORTRAN

90年代后：集成仿真環(huán)境

VisSimSimuLink

2、SimuLink發(fā)展

1990年出現(xiàn)，叫SimuLab

1992年改名為SimuLinkLO+3.5

2011999年SimuLink3.0+5.300

:u

工基本使用

?1、Simulink的啟動(dòng)

?1).命令窗口中鍵入simulink

?2).file菜單中選擇new命令的model

?3).工具欄中，按按鈕

?4).模型窗口file菜單選擇new命令的model

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2.仿真一個(gè)簡(jiǎn)單的模型

?仿真一個(gè)溫度計(jì)放入水中，顯示的變化。

?1）仿真建立模型：慣性環(huán)節(jié)1/（Ts+1）

?T=10s

?2）搭建這個(gè)模型：使用simulink

?3）開始仿真：a.開始/結(jié)束時(shí)間

?b.仿真方法

?4）看看顯示/修改模型參數(shù)

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3.基本操作

?1)選擇（多個(gè)）/復(fù)制模型2）連線/移動(dòng)

?3)修改模型參數(shù)4）模型名字修改

?5)旋轉(zhuǎn)模型6）保存文件

?7)打印

2蜉蒲,

「口：心

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??

3、模型介紹

只介紹一些經(jīng)典模塊

?1、數(shù)據(jù)源部分：

?A常數(shù)模塊B階躍模塊

?B信號(hào)發(fā)生器

?只接受輸入的數(shù)字，不接受變量

?D時(shí)鐘

?輸出仿真中的當(dāng)前時(shí)間，以秒為單位

記錄數(shù)據(jù)序列中需要這個(gè)模塊。

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E從文件讀數(shù)

-至少有兩行，單調(diào)遞增的時(shí)間，其

它行為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。文本文件或mat文件。

對(duì)數(shù)據(jù)文件沒有描述的時(shí)間，采用線性

插值的方法得到中間數(shù)據(jù)。使用這個(gè)模

塊可以設(shè)定任意的輸入曲線，對(duì)測(cè)試試

驗(yàn)數(shù)據(jù)十分有用。需要注意輸入輸入不

能過于稀少，免得導(dǎo)致仿真的精度降低

O

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F從工作空間讀數(shù)

這個(gè)模塊從工作空間中讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)

源至少有兩列，第一列為單調(diào)遞增的時(shí)

間，其它列為對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。這個(gè)模塊的

其它特性和fixmifile一樣。它常用于在

MATLAB工作空間處理完數(shù)據(jù)后，讀入

SIMULINK中。

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2、連接

?a）聚合

?一般用在顯示、保存或者狀態(tài)空間系統(tǒng)的

輸入中。

?b）分離

?一般用在處理從文件、工作空間讀入數(shù)據(jù)

或者狀態(tài)控制系統(tǒng)的輸出分解。

?c）子系統(tǒng)

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3、顯示部分

?1）示波器

?示波器中可以同時(shí)顯示多個(gè)曲線

?2）輸出到文件

?3）輸出到工作空間

?4）數(shù)字顯示

?5）XY圖

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6）、高級(jí)顯示

?A)Extras中的增強(qiáng)顯示

譜分析/相關(guān)分析

?B)DSP模塊

作FFT顯示

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ST

4、線性系統(tǒng)

?1）增益

?輸出為輸入與增益的乘積。

?2）加法

?對(duì)輸入作求和（差）操作，輸入可以使兩

個(gè)或者多個(gè)。操作使用+-+-系統(tǒng)給出。

?3）傳遞函數(shù)

,分子分母多項(xiàng)式形式。分母的階次必須大

于分子的階次，初始值條件為0。

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?4）積分

?可以設(shè)定初始條件。

?5）狀態(tài)空間

?a、b、c、d形式，可以給出初值。

?6）擴(kuò)展

?a、PIDb、可設(shè)定初值的傳函

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線性系統(tǒng)

常見

死區(qū)限幅滯環(huán)滯后

aturationBacklash

MATLAB函數(shù)或表達(dá)式個(gè)表

或者向量輸入的表達(dá)式是有效的

sin、u(l)/u(2)(

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?3)Fen:函數(shù)

?對(duì)輸入進(jìn)行符合c語言規(guī)范的數(shù)學(xué)表達(dá)式

處理。模塊輸入為U。它使用的函數(shù)比較

少。它可以進(jìn)行如sin(u[l])之類的計(jì)算。

?4)保存一步memory

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6、離散系統(tǒng)

1）零階保持器。模擬A/D轉(zhuǎn)換器。

2）一階保持器。

3）離散積分器，實(shí)現(xiàn)離散的歐拉積分。

4）離散傳遞函數(shù)和離散狀態(tài)空間模型（初值

5）延遲：輸入信號(hào)做單位延時(shí)并保持一個(gè)采

樣周期。沒有延遲采保，使用零階保持器，

大于一個(gè)單位的延遲功能，采用Discrete

TransferFCN模塊。

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、擴(kuò)展的模塊

NCD模塊：O例子

模糊

神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)

電力系統(tǒng)

/在、它：系統(tǒng)辨識(shí)、通訊

子：計(jì)算峰峰值y=sqrt(x).*sin(x).A2

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8■子系統(tǒng)的建立

?D為什么建立子系統(tǒng)

?a減少模塊數(shù)b有利于調(diào)試

?c對(duì)大系統(tǒng)/復(fù)雜系統(tǒng)有利

?2）建立方法

?aSubsystembGroup命令

,3）輸入輸出

?ain/outb更名

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9、注意

?1）大部分模塊可連接向量、可改方向

?2）連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)可以共同使用

?3）少用matlabFCN

?4）模塊可以使用mask產(chǎn)生：iconedit

?5）初始化數(shù)據(jù)：

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四、數(shù)值仿真

1、仿真方法

1）定步長仿真：1,2,3,4,5

仿真步長的選擇：

a穩(wěn)定性：最小時(shí)間常數(shù)的一半

b精度：更小一些

隨機(jī)特性/非線性

2）變步長仿真：缺省

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ARunge-Kutta（包含rk23、rk45）適合于高

度非線性或不連續(xù)系統(tǒng)，不適合剛性系統(tǒng)

*

BAdams方法:非線性小、時(shí)間常數(shù)變化小

Cstiff方法是專門用于剛性系統(tǒng)仿真

DEuler方法比較差，盡量避免使用

ELinsim方法適合于接近線性的系統(tǒng)，對(duì)

線性剛性系統(tǒng)有很大的優(yōu)越性。

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2、步長控制

1）容許誤差越大，仿真的精度越低。一般容

許誤差應(yīng)當(dāng)在0.1至U1e-6之間。

2）最大步長足夠小，則仿真的精確度比較好

,最大步長比較大，可能出現(xiàn)不穩(wěn)定。

3）仿真的最小步長，是仿真開始的步長。設(shè)

置的過小，如系統(tǒng)不連續(xù)，在不連續(xù)處容

易產(chǎn)生過多的點(diǎn)，會(huì)超出可用內(nèi)存和資源;

如果最小步長過大，導(dǎo)致結(jié)果不精確。

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限高級(jí)分析

函數(shù)linmod、dlinmod進(jìn)行模型的線性化。

6

[a5b9c5d]=linmod(sfun\x?u)注意：

1)SIMULINK模型的輸入輸出必須使用

Connectios庫中的Inport和Output模塊來定義

,SignalGenerator和Scope未可以作為系統(tǒng)

的輸入輸出。

2)函數(shù)的sfim參數(shù)必不可少，它是

SIMULINK模型的名字；

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?3)可使用x,u來設(shè)定系統(tǒng)的狀態(tài)和輸入工作

I點(diǎn)，缺省值全為零。

1*4)MATLAB還提供了一個(gè)linmod2函數(shù)，它

I比linmod要精確一些，但運(yùn)行時(shí)間更長。

卜一旦得到了系統(tǒng)狀態(tài)空間形式描述的模型，

I就可以進(jìn)一步的進(jìn)行系統(tǒng)分析，如畫Bode圖

1,做階躍響應(yīng)，判斷穩(wěn)定性，還可以進(jìn)行控

I制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

§2011-10-27

2、平衡點(diǎn)確定

?使用trim函數(shù)可以確定平衡點(diǎn)。它的調(diào)用格

式為：

?[x?u9y5dx]=trim('sfun\xO?uO9yO)

?其中sfim為模型文件名，xO為初始猜測(cè)假設(shè)

，u0>yO為輸入和輸出值。

?MATLAB通過尋優(yōu)的方式尋找最佳平衡點(diǎn)

,多次使用不同的初值尋找平衡點(diǎn)是有必

要的。

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3、命令行仿真

[T,X,Y1=

sirnfmoder,TIMESPAN,OPTIONS,UT)

其中：

TimeSpan:[TStartOutputTimesTFinal]

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f

l

i

1、內(nèi)存、cpu

2、遞階結(jié)構(gòu)：子結(jié)構(gòu)少用漢字

3、代數(shù)環(huán)：仿真速度減慢.

條件:前饋中有：

aGainb大部分非線性

c傳函的分子分母同階d狀態(tài)空間，d=0

解決：a插入memoryb加入高頻傳遞

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其它方面

1、自主模塊：可使用s?func,c/fortran

2、與其他toolbox聯(lián)合使用

3、報(bào)警的處理:warning

4、simulink動(dòng)畫

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安裝一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上來的工具箱

1、尋找工具箱

i2、下載

3、安裝：解包、復(fù)制、增加路徑

4、測(cè)試

5、做一些修改

例子：ansim

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實(shí)時(shí)仿真

一*、前百

實(shí)時(shí)仿真的意義：控制硬件、半實(shí)物仿真

實(shí)時(shí)工具箱的要求：

1)C編譯器2)Simulink

功能：1)實(shí)時(shí)程序(DOS)、C程序

2)windows下的加速仿真

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~l

MATLABC-MEXS-fuactions

rnotfel.mdl

Real-TimeWorkshop

system.tm-fReal-TimeWorkshopBuild

編model.rtv/

TLCprogram:

Target

譯

?SystemtargetfileLanguage

Compiler

?Blocktargetfiles

過?TargetLanguage

model.c

Compilerfunctionmodel.h

librarymotf