SIMULINK動(dòng)態(tài)仿真2010課件

1、Simulink建模與仿真建模與仿真第第7講：講：Simulink仿真基礎(chǔ)仿真基礎(chǔ)lSimulink能做什么？能做什么？lSimulink介紹介紹l簡(jiǎn)單例子簡(jiǎn)單例子ldemo1、Simulink是什么？是什么？lSimulink是基于是基于MATLAB環(huán)境之上的高性能環(huán)境之上的高性能的系統(tǒng)級(jí)仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)。的系統(tǒng)級(jí)仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)。 是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)集成環(huán)境。模和仿真的一個(gè)集成環(huán)境。l它可以非常容易的實(shí)現(xiàn)它可以非常容易的實(shí)現(xiàn)可視化建模可視化建模，使得用戶，使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語(yǔ)言的編程上。從而把理論研

2、究和工程實(shí)踐非語(yǔ)言的編程上。從而把理論研究和工程實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合在一起。有機(jī)的結(jié)合在一起。lsimulink 模型模型： simulink模型在視覺(jué)上表現(xiàn)為方框圖，在模型在視覺(jué)上表現(xiàn)為方框圖，在文件上則是擴(kuò)展名為文件上則是擴(kuò)展名為mdl的的ASCII代碼；在數(shù)學(xué)代碼；在數(shù)學(xué)上體現(xiàn)為一組微分方程或差分方程；在行為上上體現(xiàn)為一組微分方程或差分方程；在行為上模擬了物理器件構(gòu)成的實(shí)際系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。模擬了物理器件構(gòu)成的實(shí)際系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。lsimulink 的一般結(jié)構(gòu)：的一般結(jié)構(gòu)：l在學(xué)術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域，SimulinkSimulink已經(jīng)成為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建已經(jīng)成為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真領(lǐng)域中

3、應(yīng)用最為廣泛的軟件之一。模和仿真領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的軟件之一。由于由于SimulinkSimulink是采用模塊組合方式來(lái)建模，從而可以使得是采用模塊組合方式來(lái)建模，從而可以使得用戶能夠快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模用戶能夠快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模型，評(píng)估不同地算法和結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證系統(tǒng)的性能。型，評(píng)估不同地算法和結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證系統(tǒng)的性能。lSimulinkSimulink模型可以用來(lái)模擬線性和非線性、連續(xù)和離模型可以用來(lái)模擬線性和非線性、連續(xù)和離散或者兩者的混合系統(tǒng)，散或者兩者的混合系統(tǒng)，也就是說(shuō)它可以用來(lái)模擬幾也就是說(shuō)它可以用來(lái)模擬幾乎所有可能遇到動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。另外乎所有可能遇

4、到動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。另外SimulinkSimulink還提供一套還提供一套圖形動(dòng)畫(huà)的處理方法，使用戶可以方便的觀察到仿真圖形動(dòng)畫(huà)的處理方法，使用戶可以方便的觀察到仿真的整個(gè)過(guò)程。的整個(gè)過(guò)程。lSimulinkSimulink沒(méi)有單獨(dú)的語(yǔ)言，但是它提供了沒(méi)有單獨(dú)的語(yǔ)言，但是它提供了S S函數(shù)規(guī)則。函數(shù)規(guī)則。所謂的所謂的S S函數(shù)可以是一個(gè)函數(shù)可以是一個(gè)M M函數(shù)文件、函數(shù)文件、FORTRANFORTRAN程序、程序、C C或或C+C+語(yǔ)言程序等語(yǔ)言程序等, ,通過(guò)特殊的語(yǔ)法規(guī)則使之能夠被通過(guò)特殊的語(yǔ)法規(guī)則使之能夠被SimulinkSimulink模型或模塊調(diào)用。模型或模塊調(diào)用。S S函數(shù)使函數(shù)使Sim

5、ulinkSimulink更加充更加充實(shí)、完備，具有更強(qiáng)的處理能力。實(shí)、完備，具有更強(qiáng)的處理能力。l同同MatlabMatlab一樣，一樣，SimulinkSimulink也不是封閉的也不是封閉的, ,他允許用他允許用戶可以很方便的戶可以很方便的定制自己的模塊和模塊庫(kù)定制自己的模塊和模塊庫(kù)。同時(shí)。同時(shí)SimulinkSimulink也同樣有比較也同樣有比較完整的幫助系統(tǒng)完整的幫助系統(tǒng)，使用戶，使用戶可以隨時(shí)找到對(duì)應(yīng)模塊的說(shuō)明，便于應(yīng)用?？梢噪S時(shí)找到對(duì)應(yīng)模塊的說(shuō)明，便于應(yīng)用。l目前，隨著軟件的升級(jí)換代，在軟硬件的接口方目前，隨著軟件的升級(jí)換代，在軟硬件的接口方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，使用面有了長(zhǎng)足的進(jìn)

6、步，使用SimulinkSimulink可以很方便地可以很方便地進(jìn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)的實(shí)時(shí)的信號(hào)控制和處理、信息通信以及信號(hào)控制和處理、信息通信以及DSPDSP的的處理。處理。2、Simulink介紹介紹l如何進(jìn)入如何進(jìn)入 新建一個(gè)新建一個(gè).mdl文件文件l模塊庫(kù)模塊庫(kù) 公共模塊庫(kù)公共模塊庫(kù)：最基礎(chǔ)、最通用的模塊庫(kù)，：最基礎(chǔ)、最通用的模塊庫(kù)， 它可以被應(yīng)用到不同的專業(yè)領(lǐng)域中。它可以被應(yīng)用到不同的專業(yè)領(lǐng)域中。 專業(yè)模塊庫(kù)專業(yè)模塊庫(kù) SIMULINK的模塊庫(kù)介紹的模塊庫(kù)介紹lSIMILINK模塊庫(kù)按功能進(jìn)行分為以下模塊庫(kù)按功能進(jìn)行分為以下9類(lèi)子庫(kù)：類(lèi)子庫(kù)：Continuous（連續(xù)模塊庫(kù)）（連續(xù)模塊庫(kù)）D

7、iscrete（離散模塊庫(kù)）（離散模塊庫(kù)）Function&Tables（通用函數(shù)及列表庫(kù)）（通用函數(shù)及列表庫(kù)）Math（數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)）（數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)）Nonlinear（非線性模塊庫(kù)）（非線性模塊庫(kù)）Signals&Systems（信號(hào)處理及系統(tǒng)類(lèi)模塊庫(kù)）（信號(hào)處理及系統(tǒng)類(lèi)模塊庫(kù)）Sinks（輸出顯示模塊庫(kù)）（輸出顯示模塊庫(kù)）Sources（輸入源模塊庫(kù)）（輸入源模塊庫(kù)）Subsystems (子系統(tǒng)模塊庫(kù)子系統(tǒng)模塊庫(kù)) 庫(kù)的類(lèi)型庫(kù)的類(lèi)型 SourcesSources庫(kù)庫(kù) SinksSinks庫(kù)庫(kù) DiscreteDiscrete庫(kù)庫(kù) ContinuousContinuous庫(kù)庫(kù) MathMat

8、h庫(kù)庫(kù) NonlinearNonlinear庫(kù)庫(kù) Signal & SystemsSignal & Systems庫(kù)庫(kù) SubsystemsSubsystems庫(kù)庫(kù) Functions & TablesFunctions & Tables庫(kù)庫(kù) SourceSource庫(kù)庫(kù) 模模 塊塊 名名說(shuō)說(shuō) 明明ClockClock顯示或者提供仿真時(shí)間顯示或者提供仿真時(shí)間ConstantConstant產(chǎn)生一個(gè)常數(shù)值信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)常數(shù)值信號(hào)Digital clockDigital clock產(chǎn)生數(shù)字采樣時(shí)間信號(hào)產(chǎn)生數(shù)字采樣時(shí)間信號(hào)Digital pulse generatorDigital pulse gen

9、erator產(chǎn)生數(shù)字脈沖信號(hào)產(chǎn)生數(shù)字脈沖信號(hào)From fileFrom file從文件讀取數(shù)據(jù)輸入從文件讀取數(shù)據(jù)輸入From work spaceFrom work space從工作間定義的矩陣讀入數(shù)據(jù)從工作間定義的矩陣讀入數(shù)據(jù)Pulse generatorPulse generator產(chǎn)生脈沖信號(hào)產(chǎn)生脈沖信號(hào)RampRamp產(chǎn)生產(chǎn)生“斜坡斜坡”信號(hào)信號(hào)Random numberRandom number產(chǎn)生正態(tài)分布的隨機(jī)信號(hào)產(chǎn)生正態(tài)分布的隨機(jī)信號(hào)Repeating sequenceRepeating sequence產(chǎn)生周期序列信號(hào)產(chǎn)生周期序列信號(hào)Signal generatorSignal

10、 generator信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器Sine waveSine wave正弦波信號(hào)正弦波信號(hào)StepStep產(chǎn)生一個(gè)階躍信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)階躍信號(hào)Uniform random numberUniform random number產(chǎn)生均勻分布的隨機(jī)信號(hào)產(chǎn)生均勻分布的隨機(jī)信號(hào)模模 塊塊 名名說(shuō)說(shuō) 明明DisplayDisplay顯示輸入信號(hào)的值顯示輸入信號(hào)的值ScopeScope顯示信號(hào)的波形顯示信號(hào)的波形Stop simulationStop simulation當(dāng)輸入信號(hào)為當(dāng)輸入信號(hào)為0 0時(shí)結(jié)束仿真時(shí)結(jié)束仿真To fileTo file向文件中寫(xiě)數(shù)據(jù)向文件中寫(xiě)數(shù)據(jù)To workspaceTo

11、 workspace向工作間定義的變量寫(xiě)數(shù)據(jù)到向工作間定義的變量寫(xiě)數(shù)據(jù)到XY graphXY graphMatlabMatlab圖形窗口顯示信號(hào)的二維圖圖形窗口顯示信號(hào)的二維圖 Sinks Sinks庫(kù)庫(kù)3、幾個(gè)簡(jiǎn)單例子l1、輸入為一個(gè)正弦波信號(hào)，輸出為此正弦、輸入為一個(gè)正弦波信號(hào)，輸出為此正弦波信號(hào)與一個(gè)常數(shù)的乘積。波信號(hào)與一個(gè)常數(shù)的乘積。 系統(tǒng)輸入：系統(tǒng)輸入： ,t0 系統(tǒng)輸出：系統(tǒng)輸出： ttusin)(0),()(atauty圖圖 選擇系統(tǒng)所需模塊選擇系統(tǒng)所需模塊圖圖 系統(tǒng)模塊之間的連線系統(tǒng)模塊之間的連線 框選模塊，選擇 Edit 菜單中的 Create Subsystem 左鍵雙擊子

12、系統(tǒng)顯示其內(nèi)容 用鼠標(biāo)左鍵雙擊子系統(tǒng)顯示其內(nèi)容圖圖 子系統(tǒng)建立：選擇模塊生成子系統(tǒng)子系統(tǒng)建立：選擇模塊生成子系統(tǒng)l假設(shè)從實(shí)際自然界（力學(xué)、電學(xué)、生態(tài)等）或假設(shè)從實(shí)際自然界（力學(xué)、電學(xué)、生態(tài)等）或社會(huì)中，抽象出有初始狀態(tài)為社會(huì)中，抽象出有初始狀態(tài)為0 0的二階微分方程的二階微分方程1 1）改寫(xiě)微分方程）改寫(xiě)微分方程2 2）利用）利用SIMULINKSIMULINK庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)模塊構(gòu)作模型庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)模塊構(gòu)作模型3 3）仿真操作）仿真操作)(2 . 04 . 02 . 0tuxxx l2、系統(tǒng)、系統(tǒng) Bouncing Ball Model： A rubber ball is thrown into t

13、he air with a velocity of 15 meters per second from a height of 10 m. position h (t) velocity v (t)數(shù)學(xué)模型：數(shù)學(xué)模型： .8 . 0, 0,)(10)(,81. 9,15)(00vvhwhendttvthggdttvttNote the use of Zero Crossings to keep the ball above the groundBouncing Ball Model1sxoVelocityTerminator1sxoPositionXo = 10?15Initial Veloc

14、ity10Initial PositionGround-9.81Gravity= 0-0.8BallElasticityVZ3、典型、典型PID控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)245035102424723423ssssssssKsKKdipR(s)Y(t)l 設(shè)置系統(tǒng)模塊參數(shù)與仿真參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)模塊參數(shù)與仿真參數(shù) 在建立比例微分控制系統(tǒng)模型之后，需要設(shè)置在建立比例微分控制系統(tǒng)模型之后，需要設(shè)置各模塊參數(shù)與系統(tǒng)仿真參數(shù)。系統(tǒng)模型中模塊參數(shù)各模塊參數(shù)與系統(tǒng)仿真參數(shù)。系統(tǒng)模型中模塊參數(shù)設(shè)置如下：設(shè)置如下： （1 1）Transfer FcnTransfer Fcn模塊設(shè)置：模塊設(shè)置： 設(shè)置分子設(shè)置分子num num

15、 1 7 24 241 7 24 24， 設(shè)置分母設(shè)置分母denden為為1 10 35 50 241 10 35 50 24 （2 2）StepStep信號(hào)模塊設(shè)置：使用系統(tǒng)的默認(rèn)取值，信號(hào)模塊設(shè)置：使用系統(tǒng)的默認(rèn)取值，即單位階躍信號(hào)。即單位階躍信號(hào)。 （3 3）其它各模塊的參數(shù)設(shè)置）其它各模塊的參數(shù)設(shè)置 在設(shè)置系統(tǒng)模塊參數(shù)之后，接下來(lái)使用在設(shè)置系統(tǒng)模塊參數(shù)之后，接下來(lái)使用Simulation ParametersSimulation Parameters仿真參數(shù)對(duì)話框中的仿真參數(shù)對(duì)話框中的SolverSolver選項(xiàng)卡設(shè)置系統(tǒng)仿真參數(shù)，如下所述：選項(xiàng)卡設(shè)置系統(tǒng)仿真參數(shù)，如下所述： （1 1）仿真時(shí)間范圍為）仿真時(shí)間范圍為0 0至至20s20s。 （2 2）使用變步長(zhǎng)連續(xù)求解器（）使用變步長(zhǎng)連續(xù)求解器（variable-stepvariable-step），），仿真算法為仿真算法為ode45ode45。 （3 3）最大仿真步長(zhǎng)（）最大仿真步長(zhǎng)（Max step sizeMax step size）