第 simulink建模与仿真概述PPT课件

1、动态模型：描述系统动态变化过程动态模型：描述系统动态变化过程静态模型：平衡状态下系统特性值之间的关系静态模型：平衡状态下系统特性值之间的关系二、计算机仿真二、计算机仿真1 1、仿真的概念、仿真的概念以相似性原理、控制理论、信息技术及相关领域以相似性原理、控制理论、信息技术及相关领域的有关知识为基础，以计算机和各种专用物理设备为工的有关知识为基础，以计算机和各种专用物理设备为工具，借助系统模型对真实系统进行实验研究的一门综合具，借助系统模型对真实系统进行实验研究的一门综合性技术。性技术。2 2、仿真分类、仿真分类实物仿真：建造实体模型实物仿真：建造实体模型数学模型：将数学语言编制成计算机程序数学

2、模型：将数学语言编制成计算机程序半实体模型：数学物理仿真半实体模型：数学物理仿真第1页/共63页实时仿真：需要专用的实时仿真硬件实时仿真：需要专用的实时仿真硬件欠实时仿真：比实际时钟慢欠实时仿真：比实际时钟慢超实时仿真：比实际时钟快超实时仿真：比实际时钟快3 3、计算机仿真、计算机仿真根据相似性原理，利用计算机逼真模拟研究对象。根据相似性原理，利用计算机逼真模拟研究对象。模拟机、模拟数字机、数字通用机、仿真专用机。模拟机、模拟数字机、数字通用机、仿真专用机。三、仿真的作用三、仿真的作用1 1）优化系统设计）优化系统设计2 2）系统故障再现）系统故障再现3 3）验证系统设计的正确性）验证系统设计

3、的正确性第2页/共63页4 4）对系统，子系统进行性能评估）对系统，子系统进行性能评估5 5）训练系统操作员）训练系统操作员6 6）为管理、技术决策提供支持）为管理、技术决策提供支持四、仿真软件四、仿真软件仿真软件是一类面向仿真用途的专用软件，它可仿真软件是一类面向仿真用途的专用软件，它可以是面向通用的仿真，也可能是面向某个领域的仿真。以是面向通用的仿真，也可能是面向某个领域的仿真。功能：功能：1 1）为仿真提供算法支持）为仿真提供算法支持2 2）模型描述，建立计算机仿真模型）模型描述，建立计算机仿真模型3 3）仿真实验的执行、控制）仿真实验的执行、控制4 4）仿真数据的记录、分析）仿真数据的

4、记录、分析5 5）仿真数据管理）仿真数据管理第3页/共63页仿真软件的三个层次：仿真软件的三个层次：1 1）仿真程序库：由一组完成特定功能的程序组成）仿真程序库：由一组完成特定功能的程序组成的集合，专门面向某一问题或一个领域。的集合，专门面向某一问题或一个领域。2 2）仿真语言：在高级语言的基础上，为面向专门）仿真语言：在高级语言的基础上，为面向专门问题而开发的。问题而开发的。3 3）集成仿真环境）集成仿真环境第4页/共63页五、计算机仿真的一般过程五、计算机仿真的一般过程仿真问题和仿真目的描述确定仿真方案系统描述建立系统数学模型建立仿真数学模型编写仿真程序验证模型是否符合要求进行仿真研究修改

5、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第5页/共63页Toolboxes MATLAB compilerBlockset simulink RTWStateflow coder4 4、提供仿真库的扩充和定制功能、提供仿真库的扩充和定制功能5 5、应用领域应用领域通信与卫星系统通信与卫星系统航空航天航空航天生物系统生物系统船舶系统船舶系统汽车系统汽车系统金融系统金融系统6 6、simulinksimulink在在matlabmatlab家族中的位置家族中的位置第6页/共63页6.4创建simulink模型（简单入门）一、启用一、启用simulinksimulink并建立系统模型

6、并建立系统模型启动启动simulinksimulink：（1 1）用命令方式：用命令方式：simulinksimulink（2 2）第7页/共63页二、二、simulinksimulink模块库简介模块库简介1 1、simulinksimulink公共模块库公共模块库ContinuousContinuous（连续系统）连续系统）连续信号微分输入信号连续时间积分单步积分延迟，输出为前一输入线性连续系统的状态空间描述线性连续系统传递函数描述对输入信号进行固定时间延迟对输入信号进行可变时间延迟线性连续系统的零极点模型第8页/共63页DiscreteDiscrete（离散系统）离散系统）线性离散系统的

7、传递函数描述线性离散系统的零极点模型描述线性离散系统的滤波器描述线性离散系统的状态空间描述离散时间积分器离散信号的一阶保持器单位延迟离散信号的零阶保持器第9页/共63页Function&TablesFunction&Tables（函数与表库）函数与表库）表数据选择器（从表中选择数据）求取输入信号的数学函数值对输入信号进行内插运算输入信号的一维线性内插输入信号的二维线性内插输入信号的n维线性内插M函数（对输入进行运算输出结果）多项式求值查找输入信号所在范围S-函数模块S-函数生成器第10页/共63页MathMath（数学运算库）数学运算库）求信号绝对值输出强制系统输入为零的代数状

8、态按位逻辑运算逻辑真值查找输出输入复数的幅值与相位输出系统输入的的实部或需部点乘运算信号增益信号逻辑运算幅值与相位转化为复数形式特定的一些数学函数矩阵增益求输入的最小、大值乘法或除法器从输入实部与虚部构造复数关系运算器求整运算器符号运算渐变增益对输入求和或差三角与双曲函数第11页/共63页NonlinearNonlinear（非线性系统模块库）非线性系统模块库）死区间歇库仑粘贴信号死区信号双输出选择器（手动）多端口输出选择器量化器信号上升、下降速率控制器信号延迟器饱和信号三路选择器（根据输入2控制输出）第12页/共63页Signal &SystemSignal &System（

9、信号和系统模块）信号和系统模块）Goto模块标记控制器将信号与特定的偏移值比较初始化信号矩阵串联器合并输入信号为一个输出模块控制信息信号组合器信号探测器信号维数改变器选择或重组信号信号属性修改输入信号宽度对信号进行分配由输入产生总线信号总线信号选择器用户定义的数据存储区从数据存储区中读取数据向数据存储区写数据数据类型选择器信号分解器从goto模块中获得信号函数调用发生器向goto模块传递信号第13页/共63页SinksSinks（系统输出模块库）系统输出模块库）以数值形式显示输入信号悬浮信号显示器为子系统或模型提供输出端口信号显示器当输入非零时停止仿真中断输出信号将仿真数据写入.mat文件将仿

10、真数据输出到matlab工作空间使用matlab图形显示器第14页/共63页SourceSource（信号源模块库）信号源模块库）有限带宽白噪声输出频率随时间线性变换的正弦信号输出当前仿真时间常数输入以固定速率输出当前仿真时间从matlab工作空间中输入数据从.mat文件中输入数据接地信号为子系统或其它模型提供输入端口输入脉冲信号输入斜坡信号输入服从高司分布的随机信号输入周期信号信号发生器正弦信号初始器输入阶跃信号输入服从高司分布的随机信号第15页/共63页SubsystemSubsystem（子系统模块库）子系统模块库）可配置子系统原子子系统使能子系统使能触发For循环函数调用If条件条件执

11、行子系统通用子系统Switch-case子系统Switch-case动作子系统触发子系统当型循环子系统第16页/共63页2 2、simulinksimulink专业模块库专业模块库第17页/共63页三、建立三、建立simulinksimulink框图框图1 1、选择模块、选择模块第18页/共63页2 2、模块连接、模块连接第19页/共63页3 3、信号组合与分支、信号组合与分支第20页/共63页3 3、运行仿真、运行仿真第21页/共63页第22页/共63页四、四、simulinksimulink子系统介绍子系统介绍1 1、子系统生成、子系统生成在已有的系统模型中建立子系统在已有的系统模型中建立

12、子系统第23页/共63页先建立空的子系统先建立空的子系统第24页/共63页6.5 simulink与matlab的接口设计一、使用工作空间变量设置系统模块参数一、使用工作空间变量设置系统模块参数第25页/共63页二、将信号输出到二、将信号输出到workspaceworkspace第26页/共63页三、从三、从workspaceworkspace中产生信号源中产生信号源第27页/共63页四、向量与矩阵四、向量与矩阵第28页/共63页第29页/共63页五、五、matlab functionmatlab function与与functionfunction模块模块Fcn： 用于实现简单函数关系输入总

13、表示成u（可是一向量）输出是一标量MatlabFcn：用于调用matlab函数实现某一功能所调用函数只能有一个输出（可以是一个向量）单输入函数只需要使用函数名，多输入需引用相应的元素在每个仿真步长内都需要调用matlab解释器第30页/共63页例：信号平方运算例：信号平方运算第31页/共63页2 2、建立数学模型仿真、建立数学模型仿真自下向上的设计思路自下向上的设计思路自顶向下的设计思路自顶向下的设计思路第32页/共63页2 2 建立数学模型仿真建立数学模型仿真第33页/共63页第34页/共63页6.6 simulink子系统技术一、回顾一、回顾1 1、通用子系统的生成、通用子系统的生成2 2

14、、子系统的基本操作、子系统的基本操作子系统的命名子系统的命名子系统的编辑子系统的编辑子系统的输入子系统的输入子系统的输出子系统的输出子系统的参数设置子系统的参数设置第35页/共63页二、二、simulinksimulink高级子系统技术高级子系统技术使能子系统使能子系统触发子系统触发子系统函数调用子系统函数调用子系统1 1、条件子系统的建立方法、条件子系统的建立方法在在enabled subsystem triggered subsystemenabled subsystem triggered subsystemenabled and triggered subsystemenabled a

15、nd triggered subsystem中。中。1 1）早期）早期simulinksimulink版本中，版本中，enableenable和和triggeredtriggered信号需要从信号需要从signal&systemsignal&system中调用。中调用。2 2）simulinksimulink后期版本中，在上述模块中含这两个信号。后期版本中，在上述模块中含这两个信号。3 3）一个系统中不能含多个）一个系统中不能含多个enableenable和和triggeredtriggered信号。信号。4 4）其它子系统可看成某种形式的条件执行子系统。）其它子系统可看成某种

16、形式的条件执行子系统。第36页/共63页1 1、触发子系统、触发子系统法1（加分路器）第37页/共63页法2（示波器分三支路）第38页/共63页第39页/共63页2 2、使能子系统、使能子系统Reset:Reset:执行时，系统中的状态被重新设置为初始参执行时，系统中的状态被重新设置为初始参HeldHeld：执行时，系统的状态保持不变执行时，系统的状态保持不变第40页/共63页第41页/共63页3 3、触发子系统、触发子系统第42页/共63页4 4、触发使能子系统、触发使能子系统第43页/共63页5 5、原子子系统、原子子系统虚子系统：对通用子系统与使能子系统虚子系统：对通用子系统与使能子系统

17、 1 1）子系统只是系统模型中某些模块组的图形表示）子系统只是系统模型中某些模块组的图形表示 2 2）子系统中的模块在执行时与其上一级模块统一被排）子系统中的模块在执行时与其上一级模块统一被排序，不受子系统限制。序，不受子系统限制。 3 3）在一个仿真时间步长内，）在一个仿真时间步长内，simulinksimulink可以多次进出一可以多次进出一个子系统。个子系统。原子子系统：原子子系统： 1 1）子系统作为一个）子系统作为一个“实际实际”的模块，需顺序连续执行。的模块，需顺序连续执行。 2 2）子系统作为整体进行仿真。）子系统作为整体进行仿真。 3 3）子系统中的模块在子系统中被排序执行。）

18、子系统中的模块在子系统中被排序执行。第44页/共63页建立原子子系统：建立原子子系统：1 1）先建立一空的原子子系统。）先建立一空的原子子系统。2 2）先建立子系统，再强制转换成原子子系统。）先建立子系统，再强制转换成原子子系统。Edit/block parametersEdit/block parameters第45页/共63页6 6、其它子系统、其它子系统 可配置子系统，代表用户定可配置子系统，代表用户定义库中的任意模块，只能在用义库中的任意模块，只能在用户定义库中使用。户定义库中使用。 函数调用子系统。函数调用子系统。 forfor循环循环 whilewhile循环循环 选择选择 表达式

19、执行子系统表达式执行子系统第46页/共63页三、三、simulinksimulink的子系统封装技术的子系统封装技术封装子系统的特点：封装子系统的特点：1 1）自定义系统模块及图表）自定义系统模块及图表2 2）用户双击子系统图表将弹出参数设置框）用户双击子系统图表将弹出参数设置框3 3）可自定义子系统的帮助文件）可自定义子系统的帮助文件4 4）拥有自己的工作区）拥有自己的工作区使用子系统封装技术的优点：使用子系统封装技术的优点：1 1）向子系统模块中传递参数）向子系统模块中传递参数2 2）“隐藏隐藏”子系统中不需要过多展现的内容子系统中不需要过多展现的内容3 3）保护子系统中的内容，防止模块实

20、现被随意篡改。）保护子系统中的内容，防止模块实现被随意篡改。第47页/共63页1 1、封装编辑器之图表编辑对话框、封装编辑器之图表编辑对话框首先封装后，再选中子系统图表，执行首先封装后，再选中子系统图表，执行edit/edit edit/edit mask mask 。封装类型子系统模块图表绘制命令图表显示界面控制参数第48页/共63页1 1）封转类型：对封装后的子系统进行简短的说明）封转类型：对封装后的子系统进行简短的说明2 2）图表显示界面控制参数图表显示界面控制参数 icon framicon fram：设置图表边框为可见或不可见设置图表边框为可见或不可见 icon transparen

21、cy:icon transparency:设置图表为透明或不透明设置图表为透明或不透明 icon rotation:icon rotation:设置图表为固定或可旋转显示设置图表为固定或可旋转显示 drawing coordinates:drawing coordinates:设置图表绘制命令所使用的坐设置图表绘制命令所使用的坐标系单位标系单位3 3）图表绘制命令栏）图表绘制命令栏第49页/共63页2 2、封装编辑器之参数初始化对话框、封装编辑器之参数初始化对话框参数设置控制参数描述参数对应变量参数设置列表参数设置描述初始化命令第50页/共63页1 1）参数控制设置）参数控制设置2 2）参数描

22、述：对模块输入的参数作简单的说明）参数描述：对模块输入的参数作简单的说明3 3）参数对应变量：键入的参数值将传递给封装后的子系）参数对应变量：键入的参数值将传递给封装后的子系统工作空间中相对应的变量，因此要求此处的变量名应和统工作空间中相对应的变量，因此要求此处的变量名应和子系统中所使用的变量具有相同的名称子系统中所使用的变量具有相同的名称4 4）参数设置描述）参数设置描述 control typecontrol type：editedit：需要用户键入参数值需要用户键入参数值 checkbox:checkbox:复选框复选框 popuppopup：参数选项（用参数选项（用| |隔开）隔开）

23、assignmentassignment：参数分配类型（参数分配类型（evaluate:evaluate:求值字符串求值字符串 literalliteral：普通文字）普通文字）第51页/共63页 initialization commandsinitialization commands（初始化命令栏）初始化命令栏）一般为一般为matlabmatlab命令，在此可定义封装后子系统工作命令，在此可定义封装后子系统工作空间中的各种变量，这些变量可以被封装子系统模块图标空间中的各种变量，这些变量可以被封装子系统模块图标绘制命令、其它初始化命令或子系统中的模块使用。绘制命令、其它初始化命令或子系统中

24、的模块使用。当出现以下情况时，初始化命令被执行：当出现以下情况时，初始化命令被执行： 模型文件被载入模型文件被载入 框图被更新或模块被旋转框图被更新或模块被旋转 绘制封装子系统模块图标时绘制封装子系统模块图标时第52页/共63页3 3、封装编辑器之文档对话框、封装编辑器之文档对话框第53页/共63页4 4、封装编辑器之文档对话框、封装编辑器之文档对话框封装类型帮助封装描述第54页/共63页1 1）封装类型：对封装后的子系统进行简短的说明，用于标志该子系统2 2）封装描述：用于设定描述信息3 3）帮助第55页/共63页四、四、simulinksimulink模块库技术模块库技术1 1、模块库的概

25、念及其使用、模块库的概念及其使用所谓模块库一般是指具有某种属性的一类模块的集所谓模块库一般是指具有某种属性的一类模块的集合。合。用户可以定义自己的模块库。用户可以定义自己的模块库。模块库：具有某种属性的一类模块的集合模块库：具有某种属性的一类模块的集合库模块：模块库中的一个模块库模块：模块库中的一个模块引用块：模块库中的一个模块的副本（从模块库中引用块：模块库中的一个模块的副本（从模块库中拖动或复制到系统模型中的模块）拖动或复制到系统模型中的模块）关联：引用块与对应的模块库中的模块之间的联系，关联：引用块与对应的模块库中的模块之间的联系，当模块库中的模块发生改变时当模块库中的模块发生改变时simulinksimulink会自动更新相应的会自动更新相