《SIMULINK基础》ppt课件

1、 第十章第十章 Simulink 根底根底 第一节第一节 Simulink概述概述第三节第三节 Simulink电力系统模块简介电力系统模块简介 第二节第二节 Simulink 根本模块简介根本模块简介 第四节第四节 Simulink 建模方法和步骤建模方法和步骤 第五节第五节 Simulink 仿真运转及结果分析仿真运转及结果分析第一节第一节 Simulink概述概述二、计算机仿真二、计算机仿真建立系统的数学模型。建立系统的数学模型。一、一、SIMULINK简介简介仿真系统的组装，包括设计仿真算法，编制计算机程序仿真系统的组装，包括设计仿真算法，编制计算机程序 使仿真系统的数学模型能为计算机

2、所接受并在计算机上使仿真系统的数学模型能为计算机所接受并在计算机上 运转。运转。运转仿真模型，进展仿真实验，再根据仿真实验的结果运转仿真模型，进展仿真实验，再根据仿真实验的结果 进一步修正系统的数学模型和仿真系统。进一步修正系统的数学模型和仿真系统。三、三、Simulink的任务环境的任务环境Simulink任务环境具有如下特性：任务环境具有如下特性：自动代码生成，以处置延续时间，离散时间以及混合系统；自动代码生成，以处置延续时间，离散时间以及混合系统；优化代码，以保证快速执行；优化代码，以保证快速执行；可移植的代码使其运用范围更加广泛；可移植的代码使其运用范围更加广泛；从从Simulink下

3、载到外部硬件上的交互参数使系统在任务形状下载到外部硬件上的交互参数使系统在任务形状 下很容易调试；下很容易调试；一个菜单驱动的图形用户界面使得软件的运用非常容易。一个菜单驱动的图形用户界面使得软件的运用非常容易。 为了便于读者对为了便于读者对Simulink的初步认识，下面给出图的初步认识，下面给出图 10-2所示的简单仿真环境，该仿真环境显示的是变频余弦所示的简单仿真环境，该仿真环境显示的是变频余弦 曲线。曲线。图图10-2 simulink的仿真环境的仿真环境第二节第二节 Simulink 根本模块简介根本模块简介图图10-3 Simulink模块库阅读器模块库阅读器第四章第四章 Matl

4、ab数值运算根底数值运算根底1、信号源模块库、信号源模块库Sources信号源模块库为仿真系统提供了延续时间和离散时间的信号源模块库为仿真系统提供了延续时间和离散时间的信号源如表信号源如表10-1所示：所示：表表10-1 信号源模块及功能信号源模块及功能模块名模块名功能功能模块名模块名功能功能输入端子输入端子共地端共地端从文件获取数据从文件获取数据从工件空间获取数据从工件空间获取数据常数信号源常数信号源信号发生器，可以产生正弦、方波、锯信号发生器，可以产生正弦、方波、锯齿波及任意波形齿波及任意波形脉冲信号发生器脉冲信号发生器组建任意分段线性波形信号组建任意分段线性波形信号斜坡信号源斜坡信号源正

5、弦波形信号源正弦波形信号源阶跃信号源阶跃信号源锯齿波形信号源锯齿波形信号源变频信号源变频信号源高斯随机信号源高斯随机信号源均匀随机信号源均匀随机信号源带限白噪声带限白噪声重复离散脉冲序列重复离散脉冲序列可终止重复离散脉冲序列可终止重复离散脉冲序列循环计数器信号循环计数器信号限值计数器信号限值计数器信号时钟信号时钟信号数字时钟信号数字时钟信号2、 输出模块库输出模块库Sinks 输出模块库中提供了各种功能的输出模块，包括图形显示和数据存贮等，如表10-2所示：第四章第四章 Matlab数值运算根底数值运算根底模块名模块名功能功能模块名模块名功能功能输出端子输出端子通用终端通用终端将输出写入数据文

6、件将输出写入数据文件将输出写入将输出写入MatlabMatlab的工的工作空间作空间示波器示波器浮动示波器浮动示波器显示二维图形显示二维图形实时数值显示器实时数值显示器当输入不为零时结束仿真当输入不为零时结束仿真表表10-2 输出模块及功能输出模块及功能3 、 延续系统模块库延续系统模块库Continuous 延续系统模块库提供了延续系统运算功能的多种模块，如表10-3所示：模块名模块名功能功能模块名模块名功能功能线性传递函数模线性传递函数模型型微分器微分器线性状态空间系线性状态空间系统模型统模型固定时间延时器固定时间延时器以零极点表示的以零极点表示的传递函数模型传递函数模型可变时间延时器可变

7、时间延时器表表10-3 延续系统主要模块及功能延续系统主要模块及功能 4 、 离散系统模块库Discrete 离散系统模块库中提供了滤波器、脉冲传送函数等离散系统模块，如表10-4所示：模块名模块名功能功能模块名模块名功能功能延迟一个采样周期延迟一个采样周期离散传递函数模型离散传递函数模型以零极点表示的离散传递以零极点表示的离散传递函数模型函数模型离散滤波器离散滤波器差分器差分器离散时间传递函数离散时间传递函数单零、极点传递函数单零、极点传递函数离散状态空间系统模型离散状态空间系统模型零阶采样和保持器零阶采样和保持器一阶采样和保持器一阶采样和保持器表表10-4 离散系统主要模块及功能离散系统主

8、要模块及功能5、 数学运算模块库数学运算模块库Math operations 数学运算模块库中提供了包括数学运算、关系运算、复数运算等多种用于数学运算的模块，如表10-5所示：模块名模块名功能功能模块名模块名功能功能加、减运算加、减运算信号求合运算信号求合运算信号的加、减法混合运算信号的加、减法混合运算多信号求和运算多信号求和运算比例运算比例运算滑动增益滑动增益乘法器乘法器乘除运算乘除运算符号函数符号函数取绝对值取绝对值对输入取反对输入取反包括指数函数、对数函数、求平包括指数函数、对数函数、求平方、开根号等常用数学函数方、开根号等常用数学函数取整函数取整函数计算多项式的值计算多项式的值求最大、

9、最小值求最大、最小值正弦运算正弦运算表表10-5 数学运算主要模块及功能数学运算主要模块及功能 6、 通用模块库通用模块库Commonly Used Blocks 通用模块库中提供了普通建模常用的模块，这些模块在各自的分类模块库中均能找到，但为了运用方便，特将一些常用的模块集中起来组成了该库如表10-6所示： 模块名模块名功能功能模块名模块名功能功能提供一个输入端口提供一个输入端口提供一个输出端口提供一个输出端口地线，提供零电平地线，提供零电平终止没有连接的输出终止没有连接的输出端口端口生成一个常量值生成一个常量值示波器示波器选择开关选择开关乘运算乘运算比例运算比例运算逻辑运算逻辑运算关系运算

10、关系运算积分器积分器饱和输出，让输出超饱和输出，让输出超过某一值时能够饱和过某一值时能够饱和数据类型转换数据类型转换表表10-6 通用模块及功能通用模块及功能 7、 信号途径模块库信号途径模块库signal routing 信号途径模块库提供了信号在模型中流动的各种途径通信号途径模块库提供了信号在模型中流动的各种途径通道的选择，包括信号的分别、集合以及通道选择等模块，如道的选择，包括信号的分别、集合以及通道选择等模块，如表表10-7所示：所示：模块名模块名功能功能模块名模块名功能功能信号的汇合信号的汇合有选择的输出信号有选择的输出信号将复合输入转化为多将复合输入转化为多个单一输出个单一输出将多

11、个单一输入转化为将多个单一输入转化为一个复合输出一个复合输出多端口的切换（开关）多端口的切换（开关）器器输入信号选择器输入信号选择器从一个从一个GotoGoto模块接受模块接受信号信号手动选择开关手动选择开关传递信号到传递信号到FromFrom模块模块选择开关选择开关从共享数据空间读数从共享数据空间读数据并输出据并输出写数据到共享数据存储写数据到共享数据存储空间空间表表10-7 信号途径模块库信号途径模块库 Simulink模块库中的内置模块均提供了简单的描画与详细的协助文档，这可以大大方便用户的运用与了解。要查询某个模块的协助文档只需将该模块移到一个模型文件中，再右击它，在弹出的快捷菜单中选

12、择help就能翻开对应的协助页面了，如图10-4所示：图图10-4 翻开模块的协助文档翻开模块的协助文档(a)翻开协助文档的命令翻开协助文档的命令 ; (b)翻开的协助文档翻开的协助文档a b第三节第三节 Simulink电力系统模块简介电力系统模块简介 图图10-5 电力系统模块库电力系统模块库一、电源模块库一、电源模块库Electrical Source 电源模块库提供了电路、电力系统中常用的各种理想电源及可编程电源等，如表10-8所示：模块名模块名功能功能模块名模块名功能功能直流电压源直流电压源交流电压源交流电压源交流电流源交流电流源受控电压源受控电压源受控电流源受控电流源三相电源三相电

13、源表表10-8 电源模块库电源模块库二、电器元件库二、电器元件库Elements 电器元件库中提供了各种线性网络电路元件电器元件库中提供了各种线性网络电路元件和非线性网和非线性网 络电路元件，包括支路元件络电路元件，包括支路元件Elements、输配电线路元件输配电线路元件Lines、断路器元件、断路器元件Circuit Breakers、变压器元件、变压器元件Transformers等，等，如表如表10-9所示：所示：模块名模块名功能功能模块名模块名功能功能串联串联RLCRLC负荷负荷并联并联RLCRLC负荷负荷三相并联三相并联RLCRLC支路支路三相串联三相串联RLCRLC负荷负荷三相并联

14、三相并联RLCRLC负荷负荷三相谐波滤波器三相谐波滤波器交流互感器交流互感器阻抗型交流互感阻抗型交流互感器器电涌放电器电涌放电器三相动力负荷三相动力负荷接地线接地线中性点接地线中性点接地线端口连接线端口连接线型参数线路型参数线路表表10-9 电器元件模块及功能电器元件模块及功能分部参数线路分部参数线路三相三相型参数线型参数线路路单相断路器单相断路器三相断路器三相断路器三相线路故障发生器三相线路故障发生器线性变压器线性变压器磁路可饱和变压器磁路可饱和变压器多绕组变压器多绕组变压器三相变压器三相变压器三相三绕组变压三相三绕组变压器器移相变压器移相变压器1212抽头三相变压抽头三相变压器器三、电机模

15、块库三、电机模块库Machines 电机模块库提供了各种方式的电机，并且为了建模方便还将个别电机模块分成了标么制单位和有名制单位两种，如表10-10所示：模块名模块名功能功能模块名模块名功能功能同步电机简化模型同步电机简化模型（标么值单位）（标么值单位）同步电机简化模型同步电机简化模型（有名值单位）（有名值单位）永磁式同步电机永磁式同步电机同步电机基本模型同步电机基本模型（标么值单位）（标么值单位）同步电机标准模型同步电机标准模型（标么值单位）（标么值单位）同步电机基本模型同步电机基本模型（有名值单位）（有名值单位）异步电机（标么值异步电机（标么值单位）单位）异步电机（有名值异步电机（有名值单

16、位）单位）直流电机直流电机离散直流电机离散直流电机同步电机励磁系统同步电机励磁系统水轮机和调节器水轮机和调节器汽轮机和调节器汽轮机和调节器普通电力系统稳定普通电力系统稳定器器多频带电力系统稳多频带电力系统稳定器定器电机测量单元电机测量单元表表10-10 电机模块及功能电机模块及功能四、电力电子模块库四、电力电子模块库Power Electronics 电力电子模块库提供了各种电力电子器件及其附属电路如脉冲触发电路等适用的功能模块，如表10-11所示：模块名模块名功能功能模块名模块名功能功能电力二极管电力二极管晶闸管晶闸管门极可关断晶门极可关断晶闸管闸管绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管理想开

17、关理想开关详细参数晶闸管详细参数晶闸管电力场效应管电力场效应管多功能桥式整流电路多功能桥式整流电路三极整流桥三极整流桥表表10-10 电机模块及功能电机模块及功能第四节第四节 Simulink 建模方法和步骤建模方法和步骤 Simulink模型通常包括信源Source、功能系统System和显示Sinks三大部分，见图10-6，这三部分又分别由相应的功能模块组成，从模块库中找到合适的模块移到模型文件编辑区中，按要求衔接后还要将各模块元件的参数设置成实践的大小即可完成建模。信源功能系统显示图图10-6 Simulink10-6 Simulink模块的典模块的典型构造型构造一、模块的选取一、模块的

18、选取二、模块的编辑二、模块的编辑2、模块的挪动、模块的挪动1、模块的选择、模块的选择 3、模块的缩放、模块的缩放4、模块的复制、删除、模块的复制、删除 5、模块的显示属性设置、模块的显示属性设置三、模块的衔接及参数设置三、模块的衔接及参数设置1、模块的衔接、模块的衔接图图10-11 模块的衔接模块的衔接(a)模块衔接胜利模块衔接胜利 ; (b)模块衔接失败模块衔接失败2、模块衔接线的操作、模块衔接线的操作图图10-12 分支衔接线例如分支衔接线例如图图10-13 改动衔接线的走线外形改动衔接线的走线外形 3、为信号线加文字标识、为信号线加文字标识图图10-14 在衔接线上加文字标识在衔接线上加

19、文字标识 4、参数的设置、参数的设置图图10-15 模块的参数设置模块的参数设置第五节第五节 Simulink Simulink 仿真运转及结果分析仿真运转及结果分析图图10-16 设置仿真参数设置仿真参数 左侧树形图中的工程组含义如下：左侧树形图中的工程组含义如下：Solver解算器解算器Data Import/Export数据输入输出数据输入输出Optimization优化优化Diagnostics诊断诊断Hardware Implementation硬件工具硬件工具Model Referencing模块援用模块援用一、一、Solver解算器选项解算器选项二、数据输入输出二、数据输入输出D

20、ata Import/Export图图10-17 数据输入输出参数的设置数据输入输出参数的设置三、诊断选项三、诊断选项Diagnostics图图10-18 仿真异常诊断设置仿真异常诊断设置 四、察看四、察看Simulink的仿真结果的仿真结果1将信号输出到显示模块将信号输出到显示模块2将仿真结果存储到任务空间将仿真结果存储到任务空间 3将仿真结果经过输出端口前往到将仿真结果经过输出端口前往到Matlab命令窗口，命令窗口， 再利用绘图命令绘出输出图形在再利用绘图命令绘出输出图形在Sinks模块组中有模块组中有 一个名一个名 Out1的模块，将数据输入到这个模块，该的模块，将数据输入到这个模块，

21、该 模块就会将数据输出到模块就会将数据输出到Matlab命令窗口，并用名为命令窗口，并用名为 yout的变量保管，同时还将时间数据用的变量保管，同时还将时间数据用tout变量保管。变量保管。 五、简单的模型例如五、简单的模型例如图图10-19所示是一个非常简单的电路分析，模拟工频所示是一个非常简单的电路分析，模拟工频交流电的阻感呼应。交流电的阻感呼应。图图10-19 一个简单的一个简单的Simulink模型模型图图10-20 10-20 仿真的结果仿真的结果第六节第六节 SIMULINK典型模块运用的简单例如典型模块运用的简单例如 【例【例10-1】：数组的乘法运算的】：数组的乘法运算的SIM

22、ULINK仿真仿真 在在“SIMULINK环境下，点击工具栏上的新建快环境下，点击工具栏上的新建快 捷按钮，那么空白的尚未命名的模型文件编辑区如捷按钮，那么空白的尚未命名的模型文件编辑区如 图图10-21所示。所示。图图10-21 10-21 空白模型文件编辑器空白模型文件编辑器图图10-22 数组的乘法运算模块衔接图数组的乘法运算模块衔接图 图图10-23 Constant模块参数设置对话框模块参数设置对话框 图图10-24 Constant1模块参数设置对话框模块参数设置对话框 图图10-25 数组的乘法运算的数组的乘法运算的“Product模块设置对话框模块设置对话框 参数设置后的模型文

23、件编辑界面如图参数设置后的模型文件编辑界面如图10-26所示。所示。图图10-26 设置参数后的数组乘法运算模块衔接图设置参数后的数组乘法运算模块衔接图 仿真之前，点击菜单栏上的“Simulation “Configuration Parameters，出现一对话框，点击此对话框中“Solver处的下拉箭头，从弹出的选项中选取“discrete(no continuous states)；将“Solver options中的“Max step size设置为0.2。以下各例同此。 最后点击工具栏上的仿真按钮，仿真结果如图10-27所示。图图10-27 数组的乘法运算仿真结果数组的乘法运算仿真结

24、果 【例【例10-2】：矩阵的乘法运算的】：矩阵的乘法运算的SIMULINK仿真仿真 矩阵的乘法运算模块调用与数组的乘法运算模块矩阵的乘法运算模块调用与数组的乘法运算模块调用一样，首先要对所调用的模块进展参数的设置。调用一样，首先要对所调用的模块进展参数的设置。比如要做比如要做size分别为分别为34和和43两个矩阵的乘法运算，两个矩阵的乘法运算，对这两个矩阵的参数设置的对这两个矩阵的参数设置的“Constant对话框分别如对话框分别如图图10-28、图、图10-29所示：所示：图图10-28 34矩阵的参数设置对话框矩阵的参数设置对话框 图图10-29 43矩阵的参数设置对话框矩阵的参数设置

25、对话框 图图10-30 矩阵的乘法运算的矩阵的乘法运算的“Product模块设置对话框模块设置对话框图图10-31 矩阵的乘法运算仿真结果矩阵的乘法运算仿真结果图图10-32 数组的除法运算模块衔接图数组的除法运算模块衔接图 【例【例10-3】：数组的除法运算的】：数组的除法运算的SIMULINK仿真仿真图图10-33 设置参数后的数组除法运算模块衔接图设置参数后的数组除法运算模块衔接图图图10-34 数组的除法运算仿真结果数组的除法运算仿真结果 【例【例10-4】：矩阵的除法运算的】：矩阵的除法运算的SIMULINK仿真仿真 矩阵矩阵AB代表代表inv(A)*B。求。求A的逆阵的逆阵inv(

26、A)时，时， 从从“Math Operations中调用中调用“Divide模块。双击该模块。双击该 模块，对话框如图模块，对话框如图10-35所示。所示。图图10-35 Divide设置对话框设置对话框 在图10-35中，保管“Number of input标签处的“/，删去“*，再选“Multiplication标签处的“Matrix(*)，设置后如图10-36所示，此时 “Divide 模块的外观由原来的 变为 。 图图10-36 设置后的设置后的Divide对话框对话框图图10-37 矩阵除法运算模块衔接图矩阵除法运算模块衔接图图图10-38 矩阵除法运算的仿真结果矩阵除法运算的仿真结

27、果 【例【例10-5】：数组衔接的】：数组衔接的SIMULINK仿真仿真 图图10-39 数组的模块衔接图数组的模块衔接图图图10-40 “Matrix concatenation模块设置对话框模块设置对话框图图10-41 数组的程度衔接仿真结果数组的程度衔接仿真结果图图10-42 数组的程度衔接另一仿真结果数组的程度衔接另一仿真结果 图图10-43 数组的垂直衔接数组的垂直衔接【例【例10-6】：数组重组的】：数组重组的SIMULINK仿真仿真图图10-44 数组重组的模块衔接数组重组的模块衔接 图图10-45 “reshape模块设置对话框模块设置对话框 图25中的“Output dime

28、nsionality中共有4个选项，选“Column vector和“1-D array选项，可将输 入的数组重塑成列向量，如图10-46所示。图图10-46 32的数组重塑成列向量的数组重塑成列向量 选“Row vector选项，可将输入的数组重塑成行向量。如图10-47所示。 图图10-47 32的数组重塑成行向量的数组重塑成行向量 选“Customize时，“Output dimensions功能启用，在其下的可编辑框内输入新的行数和列数，如图10-48所示。图图10-48 32数组重塑成数组重塑成23数组的设置对话框数组的设置对话框 重塑后的数组仿真结果如图10-49所示。图图10-4

29、9 32数组重塑成数组重塑成23数组的仿真结果数组的仿真结果 【例【例10-7】：】：FIR数字带通滤波器的数字带通滤波器的SIMULINK仿真例如仿真例如 有一频率分别为有一频率分别为10Hz、20Hz和和30Hz的混合信号，利的混合信号，利用带通滤波器将用带通滤波器将20Hz的信号从混合信号中分别出来，仿真的信号从混合信号中分别出来，仿真过程如下：过程如下： 从从“Sourses模块组中取出三个模块组中取出三个“Sine Wave模块；模块；从从“Math Operations模块组中取出模块组中取出“Add模块和模块和“Gain模块；滤波器模块取法如下：单击模块；滤波器模块取法如下：单击

30、“Simulink Library Browser“Signal Processing Blockset “Filtering“Filter Designs，那么在右侧出现，那么在右侧出现“Digital Filter Designs滤波器模块，如图滤波器模块，如图10-50所示，从中取出此所示，从中取出此模块。模块。 图图10-50 定位定位“Digital Filter Design模块图模块图 从“Sinks模块组中取出两个“Scope模块，将各模块衔接起来，如图10-51所示。模型文件命名为“firbandpass。图图10-51 FIR带通数字滤波器模块衔接图带通数字滤波器模块衔接图

31、1 图10-51中，“Add模块，左端默许输入数是2，由于此例有三个输入，故需将其重新进展设置，设置方法为双击该模块，将出现的对话框中的“List of signs标签下的“+后再添一个“+即可图略。同样，“Scope模块默许的输入端是一个，图10-51中第一个“Scope模块有四个输入端，设置方法为双击该模块，出现空的示波器图略，点击工具栏上的参数设置按钮，出现如图10-52所示的会话框。 图图10-52 示波器参数设置对话框示波器参数设置对话框 将会话框中的“Number of axes中的默许值 “1 改为“4即可。四个输入端的“Scope模块显示的分别是10Hz、20Hz、30Hz和滤出的20Hz的信号波形。一个输入端的“Scope1模块显示的是混合信号的波形。下面对输入的三个正弦波进展参数设置。双击第一个正弦波，将出现的会话框中的幅值改为2，频率改为10Hz，根据奈奎斯特准那么，采样时间选为0.01s，参数设置后如图10-53所示。 图图10-53