SIMULINK动态仿真2010

1、Simulink建模与仿真建模与仿真第第7讲：讲：Simulink仿真基础仿真基础lSimulink能做什么？能做什么？lSimulink介绍介绍l简单例子简单例子ldemo1、Simulink是什么？是什么？lSimulink是基于是基于MATLAB环境之上的高性能环境之上的高性能的系统级仿真设计平台。的系统级仿真设计平台。 是实现动态系统建是实现动态系统建模和仿真的一个集成环境。模和仿真的一个集成环境。l它可以非常容易的实现它可以非常容易的实现可视化建模可视化建模，使得用户，使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。从而把理论研

2、究和工程实践非语言的编程上。从而把理论研究和工程实践有机的结合在一起。有机的结合在一起。lsimulink 模型模型： simulink模型在视觉上表现为方框图，在模型在视觉上表现为方框图，在文件上则是扩展名为文件上则是扩展名为mdl的的ASCII代码；在数学代码；在数学上体现为一组微分方程或差分方程；在行为上上体现为一组微分方程或差分方程；在行为上模拟了物理器件构成的实际系统的动态特性。模拟了物理器件构成的实际系统的动态特性。lsimulink 的一般结构：的一般结构：l在学术界和工业领域，在学术界和工业领域，SimulinkSimulink已经成为动态系统建已经成为动态系统建模和仿真领域中

3、应用最为广泛的软件之一。模和仿真领域中应用最为广泛的软件之一。由于由于SimulinkSimulink是采用模块组合方式来建模，从而可以使得是采用模块组合方式来建模，从而可以使得用户能够快速、准确地创建动态系统的计算机仿真模用户能够快速、准确地创建动态系统的计算机仿真模型，评估不同地算法和结构，并验证系统的性能。型，评估不同地算法和结构，并验证系统的性能。lSimulinkSimulink模型可以用来模拟线性和非线性、连续和离模型可以用来模拟线性和非线性、连续和离散或者两者的混合系统，散或者两者的混合系统，也就是说它可以用来模拟几也就是说它可以用来模拟几乎所有可能遇到动态系统。另外乎所有可能遇

4、到动态系统。另外SimulinkSimulink还提供一套还提供一套图形动画的处理方法，使用户可以方便的观察到仿真图形动画的处理方法，使用户可以方便的观察到仿真的整个过程。的整个过程。lSimulinkSimulink没有单独的语言，但是它提供了没有单独的语言，但是它提供了S S函数规则。函数规则。所谓的所谓的S S函数可以是一个函数可以是一个M M函数文件、函数文件、FORTRANFORTRAN程序、程序、C C或或C+C+语言程序等语言程序等, ,通过特殊的语法规则使之能够被通过特殊的语法规则使之能够被SimulinkSimulink模型或模块调用。模型或模块调用。S S函数使函数使Sim

5、ulinkSimulink更加充更加充实、完备，具有更强的处理能力。实、完备，具有更强的处理能力。l同同MatlabMatlab一样，一样，SimulinkSimulink也不是封闭的也不是封闭的, ,他允许用他允许用户可以很方便的户可以很方便的定制自己的模块和模块库定制自己的模块和模块库。同时。同时SimulinkSimulink也同样有比较也同样有比较完整的帮助系统完整的帮助系统，使用户，使用户可以随时找到对应模块的说明，便于应用。可以随时找到对应模块的说明，便于应用。l目前，随着软件的升级换代，在软硬件的接口方目前，随着软件的升级换代，在软硬件的接口方面有了长足的进步，使用面有了长足的进

6、步，使用SimulinkSimulink可以很方便地可以很方便地进行进行实时的实时的信号控制和处理、信息通信以及信号控制和处理、信息通信以及DSPDSP的的处理。处理。2、Simulink介绍介绍l如何进入如何进入 新建一个新建一个.mdl文件文件l模块库模块库 公共模块库公共模块库：最基础、最通用的模块库，：最基础、最通用的模块库， 它可以被应用到不同的专业领域中。它可以被应用到不同的专业领域中。 专业模块库专业模块库 SIMULINK的模块库介绍的模块库介绍lSIMILINK模块库按功能进行分为以下模块库按功能进行分为以下9类子库：类子库：Continuous（连续模块库）（连续模块库）D

7、iscrete（离散模块库）（离散模块库）Function&Tables（通用函数及列表库）（通用函数及列表库）Math（数学函数库）（数学函数库）Nonlinear（非线性模块库）（非线性模块库）Signals&Systems（信号处理及系统类模块库）（信号处理及系统类模块库）Sinks（输出显示模块库）（输出显示模块库）Sources（输入源模块库）（输入源模块库）Subsystems (子系统模块库子系统模块库) 库的类型库的类型 SourcesSources库库 SinksSinks库库 DiscreteDiscrete库库 ContinuousContinuous库库

8、 MathMath库库 NonlinearNonlinear库库 Signal & SystemsSignal & Systems库库 SubsystemsSubsystems库库 Functions & TablesFunctions & Tables库库 SourceSource库库 模模 块块 名名说说 明明ClockClock显示或者提供仿真时间显示或者提供仿真时间ConstantConstant产生一个常数值信号产生一个常数值信号Digital clockDigital clock产生数字采样时间信号产生数字采样时间信号Digital pulse ge

9、neratorDigital pulse generator产生数字脉冲信号产生数字脉冲信号From fileFrom file从文件读取数据输入从文件读取数据输入From work spaceFrom work space从工作间定义的矩阵读入数据从工作间定义的矩阵读入数据Pulse generatorPulse generator产生脉冲信号产生脉冲信号RampRamp产生产生“斜坡斜坡”信号信号Random numberRandom number产生正态分布的随机信号产生正态分布的随机信号Repeating sequenceRepeating sequence产生周期序列信号产生周期序列

10、信号Signal generatorSignal generator信号发生器信号发生器Sine waveSine wave正弦波信号正弦波信号StepStep产生一个阶跃信号产生一个阶跃信号Uniform random numberUniform random number产生均匀分布的随机信号产生均匀分布的随机信号模模 块块 名名说说 明明DisplayDisplay显示输入信号的值显示输入信号的值ScopeScope显示信号的波形显示信号的波形Stop simulationStop simulation当输入信号为当输入信号为0 0时结束仿真时结束仿真To fileTo file向文件中

11、写数据向文件中写数据To workspaceTo workspace向工作间定义的变量写数据到向工作间定义的变量写数据到XY graphXY graphMatlabMatlab图形窗口显示信号的二维图图形窗口显示信号的二维图 Sinks Sinks库库3、几个简单例子l1、输入为一个正弦波信号，输出为此正弦、输入为一个正弦波信号，输出为此正弦波信号与一个常数的乘积。波信号与一个常数的乘积。 系统输入：系统输入： ,t0 系统输出：系统输出： ttusin)(0),()(atauty图图 选择系统所需模块选择系统所需模块图图 系统模块之间的连线系统模块之间的连线 框选模块，选择 Edit 菜单中

12、的 Create Subsystem 左键双击子系统显示其内容 用鼠标左键双击子系统显示其内容图图 子系统建立：选择模块生成子系统子系统建立：选择模块生成子系统l假设从实际自然界（力学、电学、生态等）或假设从实际自然界（力学、电学、生态等）或社会中，抽象出有初始状态为社会中，抽象出有初始状态为0 0的二阶微分方程的二阶微分方程1 1）改写微分方程）改写微分方程2 2）利用）利用SIMULINKSIMULINK库中的标准模块构作模型库中的标准模块构作模型3 3）仿真操作）仿真操作)(2 . 04 . 02 . 0tuxxx l2、系统、系统 Bouncing Ball Model： A rubb

13、er ball is thrown into the air with a velocity of 15 meters per second from a height of 10 m. position h (t) velocity v (t)数学模型：数学模型： .8 . 0, 0,)(10)(,81. 9,15)(00vvhwhendttvthggdttvttNote the use of Zero Crossings to keep the ball above the groundBouncing Ball Model1sxoVelocityTerminator1sxoPositio

14、nXo = 10?15Initial Velocity10Initial PositionGround-9.81Gravity= 0-0.8BallElasticityVZ3、典型、典型PID控制系统控制系统245035102424723423ssssssssKsKKdipR(s)Y(t)l 设置系统模块参数与仿真参数设置系统模块参数与仿真参数 在建立比例微分控制系统模型之后，需要设置在建立比例微分控制系统模型之后，需要设置各模块参数与系统仿真参数。系统模型中模块参数各模块参数与系统仿真参数。系统模型中模块参数设置如下：设置如下： （1 1）Transfer FcnTransfer Fcn模块

15、设置：模块设置： 设置分子设置分子num num 1 7 24 241 7 24 24 ， 设置分母设置分母denden为为1 10 35 50 241 10 35 50 24 （2 2）StepStep信号模块设置：使用系统的默认取值，信号模块设置：使用系统的默认取值，即单位阶跃信号。即单位阶跃信号。 （3 3）其它各模块的参数设置）其它各模块的参数设置 在设置系统模块参数之后，接下来使用在设置系统模块参数之后，接下来使用Simulation ParametersSimulation Parameters仿真参数对话框中的仿真参数对话框中的SolverSolver选项卡设置系统仿真参数，如下所述：选项卡设置系统仿真参数，如下所述： （1 1）仿真时间范围为）仿真时间范围为0 0至至20s20s。 （2 2）使用变步长连续求解器（）使用变步长连续求解器（variable-stepvariable-step），），仿真算法为仿真算法为ode45ode45。 （3 3）最大仿真步长（）最大仿真步长（Max step sizeMax step size