Simulink 第三章 运行仿真.ppt

SIMULINK，第三章运行模拟，介绍两种SIMULINK运行模拟的方法使用3.1窗口运行模拟的3.2MATLAB命令运行模拟，本章的内容和学习目的，掌握以上两种运行模拟的方法，2020/6/8，理论力学cc 3、利用MATLABFunction和Function模块User_DefindFunction模块库内的MATLABFunction和Function，进行Simulink和MATLAB之间的数据对话。 Fcn模块通常用于提供简单的函数关系，在Fcn模块中，1 )输入可以总是表示为u，并且u可以是矢量。 sin(u1) cos(u2 )输出总是标量，可以使用c语言表达式。 而且，2020/6/8，理论力学CAI章节名称，4，MATLABFcn一般用于调用matla-b函数来实现特定功能： (1)要调用的函数只是一个输出(可以是向量)；(2)单输入函数只是使用函数名称，而多输入函数参考对应的元素2020/6/8，理论力学CAI章名，5，sin(u(1) u(2)，cos， 3.1通过窗口执行模拟、设定模拟参数、开始模拟、查看分析结果执行模拟的方法有：窗口菜单命令和MATLAB命令、2020/6/8、理论力学CAI章名、7、窗口设定模拟参数的模拟参数和算法选择的设定启动模拟选择指令执行模拟停止模拟选择指令停止模拟中断模拟可以在中断点再次开始， 停止模拟后，如果在模拟过程中发生错误，Simulink将结束模拟并在模拟诊断对话框中显示错误信息。 选择设定模拟参数的菜单选项“simulatedconfigurationparameters”后，可以设定模拟参数和算法，有5个选项卡1 .解法设定(Solver)2.工作区输入输出(Solver)2 ) 3 .模拟诊断参数(Diagnostics)4.高级(Advanced)5.实时工具对话框(Real-TimeWorkshop )、解法设置(Solver )、工作区I/O(WorkspaceI/O )诊断页(diagnost ) 设置开始和结束时间、选择解决方案、指定解决参数和选择输出选项、管理MATLAB工作区输入和输出项、选择模拟中的警告信息级别、2020/6/8、理论力学CAI章名称、10、高级设置、 设定实时工具对话框(Real-TimeWorkshop )、模拟的某些高级配置，并使用实时工具设定某些参数。 如果未安装实时工具，则不会显示此框。 1 .选择Solver (模拟解决方案设置)，选择simulatedconfigurationparameters，然后单击Solver。 解决方案设置选项卡包括Simulationtime、Solveroption、step、relative tolerance/absolute tolerance、Outputoptions .2020/6/8、理论力学CAI章名称、12、 1)simulationtime，2020/6/8理论力学CAI章名，13，2 ) solver option，可变步骤解法： ode45，ode23，ode113，discrete缺省解法是ode45-连续系统离散系统步骤解法： ode45 ode2 discrete缺省解法是ode5-连续系统discrete-discrete-discrete系统，3)Step， 可变步长解法-允许设置初始步长和最大步长的固定步长解法-固定步长解法仅允许设置固定步长系统的默认步长auto4) relative tolerance/absolute tolerance (相对误差限制/绝对误差限制) 相对误差限制预设值：绝对误差限制预设值：auto、1e-3、2020/6/8、理论力学CAI章节名称，15，5 ) output options使用者有三个控制模拟输出数目的对话方块：产生并指定一般输出、额外输出Simulink的数值解法表、2.WorkspaceI/O工作区输入输出、Simulink的输入数据可从MATLAB的工作区取得，其模拟结果也可导入MATLAB的工作区。 要实现此功能，需要使用“模拟参数”对话框中的工作区I/O页。此外，WorkspaceDataImport/Export分为三个部分：从MATLAB工作区向MATLAB输出系统输入(Loadfromworkspace )模拟结果的工作区数据保存设定(Savetoworkspace ) 有两个选项： (1)Input :设定系统输入信号。 形式为t，u，t，u全部为列向量，t为输入信号时间向量，u取相应时刻的信号的值。 可使用t，u1，u2等多个信号输入。 在模型中添加接收外部信号的导入模块(In1模块)。2020/6/8、理论力学CAI章名、19、(2)Initialstate :用于设定系统状态变量的初始值。 默认值xInitial是列向量。 示例1 :在已创建仿真模型的2020/6/8、理论力学CAI章名称20和MATLAB命令窗口中输入命令： t=(0:0.1:10 )； %注意t选择列向量u=sin(t )，选择Loadfromworkspace列Input进行模拟。 2020/6/8，理论力学CAI章名，21，例2这是模型接受多个输入变量的例子，输入状态u应包含3个输入项，模型应具有3个接受外部变量的端口，添加了3个In1模块。 在2020/6/8，理论力学CAI章名，22，MATTAB命令窗口中输入的变量为t=(1:0.01:10 )； u=sin(t )，2*cos(t )，0.5*t； 选择Loadfromworkspace栏Input进行模拟，将模拟结果输出到MATLAB的工作区(Savetoworkspace )后，保持系统的模拟结果、系统模拟时刻、系统中的状态(1)Time:tout输出系统模拟时刻。 (2)States:xout输出系统模型内的所有状态变量。 (3)Output:yout输出由系统模型中的Output模块(Out1模块)表示的所有信号。 (4)Finalstate:xFinal输出系统模型中的最终状态变量取最终模拟时刻的状态值。数据保存设定(Saveoption )、(1)Limitdatapointstolast :表示输出数据的长度(从信号的最后一个数据点开始计数)。 (2)Format :表示输出数据类型。 有三种形式： StructurewithTime (具有模拟时间变量的结构)、Structure (没有模拟时间变量的结构)和Array (信号阵列)。 假设两个输入信号都是正弦信号sin(t )，初始值为 0，1 ，例如Loadfromworkspace栏都被选择，输入栏被改写成t，u，u。 选择Savetoworkspace栏中的所有四个项目。 Saveoption栏的3个项目分别为： 1000，1，1，Array，第一位老师在系统中输入信号和状态初始值，在MATLAB命令窗口中输入以下命令： t=0:0.1:10； t=t； u=sin (t ) x initial= 0，1 ； 运行模拟会产生以下结果：运行whos的结果： namesizebytestclasst 101 x 1808 doublelearraytout 51 x 1408 doublelearrayu 101 x 1808 doublelearrayxfinal 1x 216 doublelearrayxinitial 1x 216 doublelearrayxinitial 在doublelearrayout 51 x 2816 double array中，上述的t和tout的维数不同，是因为在Solver中采用可变步骤解法，采用固定步骤解法(将步骤设为0.1 )时维数相同。 使用3.2MATLAB命令运行模拟，MATLAB提供了sim命令，允许Simulink模型在MATLAB环境中作为命令行或m文件运行。 使用命令行方法，用户可以创建和运行用于系统模拟的脚本文件，以完成动态系统的模拟。 脚本文件不需要在Simulink图形窗口中重新启动StartSimulink，因为相同的系统将使用不同的模拟参数或不同的系统模块参数重复模拟。 通过使用命令行模拟动态系统，用户非常适合更强大的控制功能，尤其是高级用户。为什么需要用命令行方式模拟动态系统？ (1)输入正弦信号：(2)来自系统的输出信号是输入信号的积分3360；(1)由MATLAB工作区的变量提供系统的输入信号，并且在时间上从0到10s (用MATLAB表示) 而且，若原函数的积分为：取零初始条件：则MATLAB工作区中所定义的输入变量sim_input为t=0:0.1:10； t=t； %表示输入信号的时间范围u=sin(t输入正弦信号sim_input=t，u； 按如下方式设置传递给%simulink系统模型的变量、Simulink模型(保存文件名为command_in_out )和WorkspaceDataI/O页： (1)Loadfromworkspace列：输入复选框、sim _ input (在MATLAB工作区中输入的变量名)。 (2)Savetoworkspace栏：打开Time和Output的勾号。 tout-输出系统模拟时间，输出yout-模型内由outport模块(Out1模块)表示的所有信号，执行Simulink模拟。 最后，在MATLAB工作区中运行plot(t，u，tout，yout，-)命令grid，使用sim命令的动态系统模拟，单语法，sim命令的格式为t，x，y =sim (模型，timespan，options ) y2，yn =sim (模型，时间段，选项，ut)t :返回系统模拟的时间向量； x :返回系统仿真的状态变量矩阵。 y :返回系统仿真的输出矩阵。 按照顶级输出Outport模块的顺序输出。 y1、yn :返回多个系统模拟的输出。 实际使用时，可以省略一些参数设置，并使用默认参数进行模拟。 2参数说明、(1)模型：需要模拟的系统模型块名称(2)timespan :系统模拟的时间范围(从开始到结束的时间)有设定tFinal :模拟结束时间的形式。 默认情况下，模拟开始时间为tStarttFinal :模拟开始时间和结束时间tStartOutputTimestFinal :设置模拟的开始时间和结束时间，并设置模拟返回的时间向量。 在此，tStart、OutputTimes、tFinal必须按升序排列。 (3)options:simset指令中设定的模拟时间以外的模拟参数(4)ut :表示系统模型的顶级的外部选项输入。 ut是MATLAB函数。 可使用多个外部输入ut1、ut2、。 另外，对于3例之一：简单的模拟、输入： sin(t )、输出：以及前述的动态系统command_in_out，这里使用命令行语句进行模拟。 在模拟之前，首先使用“模拟参数设置”对话框设置参数，然后在MATLAB命令窗口中输入以下命令： t=0:0.1:10； t=t； u=sin(t) sim_input=t，u； 传递给Simulink系统模型的变量tout，x，yout =sim (“command _ in _ out”) % sim进行系统模拟，模拟参数为与前面相同的plot(t，u，tout，yout，-) grid，第四示例中的2 :模拟时间设置和sim命令中的模拟时间参数timespan具有三种使用模式3360:t，x，y =sim (模型，t精细) t，x，y =sim (模型，t开始，t精细) y=sim(model， tstarttoutputtonimestfinal ) :仿真结束时间tFinal必须大于开始时间tStart。 缺省情况下，系统模拟的输出结果(输出时间、状态和运算结果)由Simulink求解器的模拟步骤控制。 如果需要在指定的时间输出系统模拟结果，则必须使用第三种方法。 其中tstarttoutputtonimesfinal表示输出时间向量，该向量是增量向量。 以上述command_in_out为例进行说明，模拟参数设定对话框内的设定与上述相同，在此使用4组不同的模拟时间比较该系统的系统输入信号与系统运算结果的关系图。2020/6/8，理论力学CAI章名，40，m文件名： command_in_out_m，t=0:0.1:10； t=t； u=sin(t) sim_input=t，u； tout1，x1，you t1 =sim (command _ in _ out，5 )； %仿真时间范围0到5 s、tout2，x2，you t2=sim (“命令_输出”，18 ) % 1到8 s、tout3，x3，you t3=sim (“命令_输出”，1:8 ) %