第6章-1simulink建模與仿真-概述課件

第六章matlab的simulink建模與仿真6.1緒論一、系統(tǒng)與模型1、系統(tǒng) 系統(tǒng)是指具有某些特定功能，相互聯(lián)系、相互作用的元素集合。 系統(tǒng)的兩個基本特征：整體性、相關(guān)性

對系統(tǒng)的研究從以下三個方面入手： 1）實體：組成系統(tǒng)的元素，對象 2）屬性：實體的特征 3）活動：系統(tǒng)狀態(tài)變化的過程 系統(tǒng)仿真是研究系統(tǒng)的一種重要手段，而系統(tǒng)模型是仿真所研究的直接對象。2、系統(tǒng)模型 實體模型：根據(jù)相似性建立模型 數(shù)學(xué)模型:原始系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型；仿真系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 動態(tài)模型：描述系統(tǒng)動態(tài)變化過程 靜態(tài)模型：平衡狀態(tài)下系統(tǒng)特性值之間的關(guān)系二、計算機仿真1、仿真的概念 以相似性原理、控制理論、信息技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域的有關(guān)知識為基礎(chǔ)，以計算機和各種專用物理設(shè)備為工具，借助系統(tǒng)模型對真實系統(tǒng)進行實驗研究的一門綜合性技術(shù)。2、仿真分類 實物仿真：建造實體模型 數(shù)學(xué)模型：將數(shù)學(xué)語言編制成計算機程序 半實體模型：數(shù)學(xué)物理仿真

實時仿真：需要專用的實時仿真硬件 欠實時仿真：比實際時鐘慢 超實時仿真：比實際時鐘快3、計算機仿真 根據(jù)相似性原理，利用計算機逼真模擬研究對象。 模擬機、模擬數(shù)字機、數(shù)字通用機、仿真專用機。三、仿真的作用 1）優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計 2）系統(tǒng)故障再現(xiàn) 3）驗證系統(tǒng)設(shè)計的正確性 4）對系統(tǒng)，子系統(tǒng)進行性能評估 5）訓(xùn)練系統(tǒng)操作員 6）為管理、技術(shù)決策提供支持四、仿真軟件 仿真軟件是一類面向仿真用途的專用軟件，它可以是面向通用的仿真，也可能是面向某個領(lǐng)域的仿真。功能：1）為仿真提供算法支持 2）模型描述，建立計算機仿真模型 3）仿真實驗的執(zhí)行、控制 4）仿真數(shù)據(jù)的記錄、分析 5）仿真數(shù)據(jù)管理仿真軟件的三個層次： 1）仿真程序庫：由一組完成特定功能的程序組成的集合，專門面向某一問題或一個領(lǐng)域。 2）仿真語言：在高級語言的基礎(chǔ)上，為面向?qū)ｉT問題而開發(fā)的。 3）集成仿真環(huán)境五、計算機仿真的一般過程仿真問題和仿真目的描述確定仿真方案系統(tǒng)描述建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立仿真數(shù)學(xué)模型編寫仿真程序驗證模型是否符合要求進行仿真研究修改方案修改模型修改程序是否符合要求是否符合要求是否符合要求Toolboxes MATLAB compilerBlockset

simulink RTWStateflowcoder4、提供仿真庫的擴充和定制功能5、應(yīng)用領(lǐng)域 通信與衛(wèi)星系統(tǒng) 航空航天 生物系統(tǒng) 船舶系統(tǒng) 汽車系統(tǒng) 金融系統(tǒng)6、simulink在matlab家族中的位置 6.4創(chuàng)建simulink模型（簡單入門）一、啟用simulink并建立系統(tǒng)模型啟動simulink：（1）用命令方式：simulink（2）二、simulink模塊庫簡介1、simulink公共模塊庫Continuous（連續(xù)系統(tǒng)）連續(xù)信號數(shù)值積分輸入信號連續(xù)時間積分單步積分延遲，輸出為前一輸入線性連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述線性連續(xù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)描述對輸入信號進行固定時間延遲對輸入信號進行可變時間延遲線性連續(xù)系統(tǒng)的零極點模型Discrete（離散系統(tǒng)）線性離散系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述線性離散系統(tǒng)的零極點模型描述線性離散系統(tǒng)的濾波器描述線性離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述離散時間積分器離散信號的一階保持器單位延遲離散信號的零階保持器Function&Tables（函數(shù)與表庫）表數(shù)據(jù)選擇器（從表中選擇數(shù)據(jù)）求取輸入信號的數(shù)學(xué)函數(shù)值對輸入信號進行內(nèi)插運算輸入信號的一維線性內(nèi)插輸入信號的二維線性內(nèi)插輸入信號的n維線性內(nèi)插M函數(shù)（對輸入進行運算輸出結(jié)果）多項式求值查找輸入信號所在范圍S-函數(shù)模塊S-函數(shù)生成器Math（數(shù)學(xué)運算庫）求信號絕對值輸出強制系統(tǒng)輸入為零的代數(shù)狀態(tài)按位邏輯運算邏輯真值查找輸出輸入復(fù)數(shù)的幅值與相位輸出系統(tǒng)輸入的的實部或需部點乘運算信號增益信號邏輯運算幅值與相位轉(zhuǎn)化為復(fù)數(shù)形式特定的一些數(shù)學(xué)函數(shù)矩陣增益求輸入的最小、大值乘法或除法器從輸入實部與虛部構(gòu)造復(fù)數(shù)關(guān)系運算器求整運算器符號運算漸變增益對輸入求和或差三角與雙曲函數(shù)Nonlinear（非線性系統(tǒng)模塊庫）死區(qū)間歇庫侖粘貼信號死區(qū)信號雙輸出選擇器（手動）多端口輸出選擇器量化器信號上升、下降速率控制器信號延遲器飽和信號三路選擇器（根據(jù)輸入2控制輸出）Signal&System（信號和系統(tǒng)模塊）Goto模塊標(biāo)記控制器將信號與特定的偏移值比較初始化信號矩陣串聯(lián)器合并輸入信號為一個輸出模塊控制信息信號組合器信號探測器信號維數(shù)改變器選擇或重組信號信號屬性修改輸入信號寬度對信號進行分配由輸入產(chǎn)生總線信號總線信號選擇器用戶定義的數(shù)據(jù)存儲區(qū)從數(shù)據(jù)存儲區(qū)中讀取數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)存儲區(qū)寫數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)類型選擇器信號分解器從goto模塊中獲得信號函數(shù)調(diào)用發(fā)生器向goto模塊傳遞信號Sinks（系統(tǒng)輸出模塊庫）以數(shù)值形式顯示輸入信號懸浮信號顯示器為子系統(tǒng)或模型提供輸出端口信號顯示器當(dāng)輸入非零時停止仿真中斷輸出信號將仿真數(shù)據(jù)寫入.mat文件將仿真數(shù)據(jù)輸出到matlab工作空間使用matlab圖形顯示器Source（信號源模塊庫）有限帶寬白噪聲輸出頻率隨時間線性變換的正弦信號輸出當(dāng)前仿真時間常數(shù)輸入以固定速率輸出當(dāng)前仿真時間從matlab工作空間中輸入數(shù)據(jù)從.mat文件中輸入數(shù)據(jù)接地信號為子系統(tǒng)或其它模型提供輸入端口輸入脈沖信號輸入斜坡信號輸入服從高司分布的隨機信號輸入周期信號信號發(fā)生器正弦信號初始器輸入階躍信號輸入服從高司分布的隨機信號Subsystem（子系統(tǒng)模塊庫）可配置子系統(tǒng)原子子系統(tǒng)使能子系統(tǒng)使能觸發(fā)For循環(huán)函數(shù)調(diào)用If條件條件執(zhí)行子系統(tǒng)通用子系統(tǒng)Switch-case子系統(tǒng)Switch-case動作子系統(tǒng)觸發(fā)子系統(tǒng)當(dāng)型循環(huán)子系統(tǒng)2、simulink專業(yè)模塊庫三、建立simulink框圖 1、選擇模塊 2、模塊連接 3、信號組合與分支 3、運行仿真四、simulink子系統(tǒng)介紹1、子系統(tǒng)生成 在已有的系統(tǒng)模型中建立子系統(tǒng) 先建立空的子系統(tǒng) 2、建立復(fù)雜系統(tǒng)模型 自下向上的設(shè)計思路 自頂向下的設(shè)計思路6.5simulink與matlab的接口設(shè)計一、使用工作空間變量設(shè)置系統(tǒng)模塊參數(shù)二、將信號輸出到workspace三、從workspace中產(chǎn)生信號源四、向量與矩陣五、matlabfunction與function模塊Fcn： 用于實現(xiàn)簡單函數(shù)關(guān)系 輸入總表示成u（可是一向量） 輸出是一標(biāo)量Matlab

Fcn：

用于調(diào)用matlab函數(shù)實現(xiàn)某一功能 所調(diào)用函數(shù)只能有一個輸出（可以是一個向量） 單輸入函數(shù)只需要使用函數(shù)名，多輸入需引用相應(yīng)的元素 在每個仿真步長內(nèi)都需要調(diào)用matlab解釋器例：信號平方運算6.6simulink子系統(tǒng)技術(shù)一、回顧1、通用子系統(tǒng)的生成2、子系統(tǒng)的基本操作 子系統(tǒng)的命名 子系統(tǒng)的編輯 子系統(tǒng)的輸入 子系統(tǒng)的輸出 子系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置

二、simulink高級子系統(tǒng)技術(shù) 使能子系統(tǒng) 觸發(fā)子系統(tǒng) 函數(shù)調(diào)用子系統(tǒng)1、條件子系統(tǒng)的建立方法 在enabledsubsystemtriggeredsubsystemenabledandtriggeredsubsystem中。1）一個系統(tǒng)中不能含多個enable和triggered信號。2）其它子系統(tǒng)可看成某種形式的條件執(zhí)行子系統(tǒng)。1、觸發(fā)子系統(tǒng)法1（加分路器）法2（示波器分三支路）例：2、使能子系統(tǒng)Reset:執(zhí)行時，系統(tǒng)中的狀態(tài)被重新設(shè)置為初始參Held：執(zhí)行時，系統(tǒng)的狀態(tài)保持不變3、觸發(fā)子系統(tǒng)4、觸發(fā)使能子系統(tǒng)5、原子子系統(tǒng)虛子系統(tǒng)：對通用子系統(tǒng)與使能子系統(tǒng)1）子系統(tǒng)只是系統(tǒng)模型中某些模塊組的圖形表示2）子系統(tǒng)中的模塊在執(zhí)行時與其上一級模塊統(tǒng)一被排序，不受子系統(tǒng)限制。3）在一個仿真時間步長內(nèi)，simulink可以多次進出一個子系統(tǒng)。原子子系統(tǒng)：1）子系統(tǒng)作為一個“實際”的模塊，需順序連續(xù)執(zhí)行。2）子系統(tǒng)作為整體進行仿真。3）子系統(tǒng)中的模塊在子系統(tǒng)中被排序執(zhí)行。建立原子子系統(tǒng)： 1）先建立一空的原子子系統(tǒng)。 2）先建立子系統(tǒng)，再強制轉(zhuǎn)換成原子子系統(tǒng)。Edit/blockparameters6、其它子系統(tǒng)可配置子系統(tǒng)，代表用戶定義庫中的任意模塊，只能在用戶定義庫中使用。函數(shù)調(diào)用子系統(tǒng)。

for循環(huán)

while循環(huán)選擇表達式執(zhí)行子系統(tǒng)三、simulink的子系統(tǒng)封裝技術(shù)封裝子系統(tǒng)的特點：1）自定義系統(tǒng)模塊及圖表2）用戶雙擊子系統(tǒng)圖表將彈出參數(shù)設(shè)置框3）可自定義子系統(tǒng)的幫助文件4）擁有自己的工作區(qū)使用子系統(tǒng)封裝技術(shù)的優(yōu)點：1）向子系統(tǒng)模塊中傳遞參數(shù)2）“隱藏”子系統(tǒng)中不需要過多展現(xiàn)的內(nèi)容3）保護子系統(tǒng)中的內(nèi)容，防止模塊實現(xiàn)被隨意篡改。1、封裝編輯器之圖表編輯對話框 首先封裝后，再選中子系統(tǒng)圖表，執(zhí)行edit/editmask。封裝類型子系統(tǒng)模塊圖表繪制命令圖表顯示界面控制參數(shù)1）封轉(zhuǎn)類型：對封裝后的子系統(tǒng)進行簡短的說明2）圖表顯示界面控制參數(shù)

iconfram：設(shè)置圖表邊框為可見或不可見

icontransparency:設(shè)置圖表為透明或不透明

iconrotation:設(shè)置圖表為固定或可旋轉(zhuǎn)顯示

drawingcoordinates:設(shè)置圖表繪制命令所使用的坐標(biāo)系單位3）圖表繪制命令欄2、封裝編輯器之參數(shù)初始化對話框參數(shù)設(shè)置控制參數(shù)描述參數(shù)對應(yīng)變量參數(shù)設(shè)置列表參數(shù)設(shè)置描述初始化命令1）參數(shù)控制設(shè)置2）參數(shù)描述：對模塊輸入的參數(shù)作簡單的說明3）參數(shù)對應(yīng)變量：鍵入的參數(shù)值將傳遞給封裝后的子系統(tǒng)工作空間中相對應(yīng)的變量，因此要求此處的變量名應(yīng)和子系統(tǒng)中所使用的變量具有相同的名稱4）參數(shù)設(shè)置描述

controltype：edit：需要用戶鍵入?yún)?shù)值

checkbox:復(fù)選框

popup：參數(shù)選項（用|隔開）

assignment：參數(shù)分配類型（evaluate:求值字符串

literal：普通文字）

initializationcommands（初始化命令欄）

一般為matlab命令，在此可定義封裝后子系統(tǒng)工作空間中的各種變量，這些變量可以被封裝子系統(tǒng)模塊圖標(biāo)繪制命令、其它初始化命令或子系統(tǒng)中的模塊使用。 當(dāng)出現(xiàn)以下情況時，初始化命令被執(zhí)行： 模型文件被載入 框圖被更新或模塊被旋轉(zhuǎn) 繪制封裝子系統(tǒng)模塊圖標(biāo)時3、封裝編輯器之文檔對話框4、封裝編輯器之文檔對話框封裝類型幫助封裝描述1）封裝類型：對封裝后的子系統(tǒng)進行簡短的說明，用于標(biāo)志該子系統(tǒng)2）封裝描述：用于設(shè)定描述信息3）幫助四、simulink模塊庫技術(shù)1、模塊庫的概念及其使用

所謂模塊庫一般是指具有某種屬性的一類模塊的集合。用戶可以定義自己的模塊庫。 模塊庫：具有某種屬性的一類模塊的集合 庫模塊：模塊庫中的一個模塊 引用塊：模塊庫中的一個模塊的副本（從模塊庫中拖動或復(fù)制到系統(tǒng)模型中的模塊） 關(guān)聯(lián)：引用塊與對應(yīng)的模塊庫中的模塊之間的聯(lián)系，當(dāng)模塊庫中的模塊發(fā)生改變時simulink會自動更新相應(yīng)的引用塊。步驟： 1）在simulink中執(zhí)行file/new/library 2）將用戶定義的模塊或是其它模塊庫中的模塊移動到新的模塊庫中。 3）保存新的模塊庫2、建立與使用模塊庫建立后保存并關(guān)閉后，模塊被鎖定若要修改，則選擇UNLOCK解鎖對引用塊修