控制系统数字仿真与CAD

1、11控制系统数字仿真与CAD姓 名： 班 级： 电子信箱： 联系电话： Simulink在动态仿真中的应用摘要：通过总结了MATLABSIMULINK的特点，在此基础上，通过实例介绍了建立系统仿真模型的方法。可见利用MATLABSIMULINK进行系统仿真简单、方便、形象、具体，是系统仿真较好软件之一。 关键词：动态系统；仿真；模型Abstract: through summarizes the characteristics of MATLAB/SIMULINK, on this basis, through the example this paper introduces the met

2、hods of system simulation model is established. Is the use of MATLAB/SIMULINK for simulation is simple, convenient, image, concrete, is one of the better system simulation software.Key words: dynamic system; The simulation; model正文MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是一种数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级

3、技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。Simulink提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。纵观实验研究发展历程，仿真起着重要的作用，其经历了物理模型仿真，模似计算机仿真和数字计算机仿真，仿真给我们研究系统带来巨大方便，但在进行程序

4、设计时尤其是在计算矩阵运算或画图时，利用FORTRAN、c语言编程调试工作效率较低，很不方便。在1984年，MATLAB的推出，为研究者打开了一个新局面。在系统仿真应用中很快得到了发展。一、SIMULINK的简介及主要特点SIMULINK的简介：Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同

5、时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、 非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系 统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可

6、以立即看到系统的仿真结果。 Simulink&reg是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。. 构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用 于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB® 紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。S

7、IMULINK的特点：丰富的可扩充的预定义模块库 交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图 以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理 通过Model Explorer 导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代码 提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成 使用Embedded MATLAB 模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用MATLAB算法 使用定步长或变步长运行仿真，根据仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)来决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型 图形化的调试器和剖析器来检查仿真

8、结果，诊断设计的性能和异常行为 可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据 模型分析和诊断工具来保证模型的一致性，确定模型中的错误常用的主要有以下5个：1、具有仿真与连接功能可以利用鼠标器在模型窗口上画出所需的控制系统模型，然后利用该软件提供的功能来对系统直接进行仿真，使得一个很复杂系统的输人变得相当容易。2、 用方框图进行建模采用此结构画模型就象用笔和纸来画一样容易，其与普通的利用微分方程或差分方程建模比，具有直观、方便、灵活等优点。3 、建模具有递阶结构用户在建模时可以从上到下或从下到上的结构建立模型，建完后可以从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其

9、中的于系统模块，来查看下一级的内容从而，用户可以了解整个模型的细节。4 、仿真方便有两种仿真方式第一种是通过Simulation的菜单方式，直接点击Simulation，然后再点Start即可，非常方便、快捷 第二种是在MATLAB命令窗El"键人命令进行仿真也很简单，同时用户可以通过屏幕观察仿真结果。另外，若在仿真系统中采用一些画图模块如Scope模块、Graph Scope模块等，那么直接点击模块就可观看仿真结果了。5 、具有丰富的子模型库SIMULINK包含Sinks(输出方式)、Source(输入源)、Linear(线性环节)、Connections(连接与接口)、Extra

10、(其它环节)等子模型库，而每个子模型库又包含许多功能块，同时用户也可以定制或创建所需模块。图1是SIMULINK各个库的图标 ，用户建模时可根据自己所需模块从相应库中找到。 图1 模块库窗口 二、利用SIMULINK进行仿真实例1、使用Simulink创建系统,求解非线性微分方程 其初始值为 , 绘制函数的波形，仿真模图如图2，仿真波形图如图3。图2 仿真模型图图3 仿真波形图2、力-质量系统，要拉动一个箱子（拉力f=1N)，箱子质量为M(1kg)，箱子与地面存在摩擦力(b=0.4N(/m/s),其大小与车子的速度成正比。力-质量系统图见图4。a) b) 图4 力-质量系统图a)物理模型图 b

11、)数学模型图其运动方程式为 ，拉力作用时间为2s，建构的模型如图5，仿真波形图如图6。 图5 力-质量系统仿真模拟图图6 力-质量系统仿真波形图因有摩擦力存在，箱子最终将会停止前进。通过这两个例题我们可以了解到建模的过程是：根据数学模型去顶所需模块再启动SIMULINK创建系统仿真模型在定义定义模块参数然后仿真即仿真结果仿真过程可以用于数学和物理的各个方面，可以说应用面非常广三、 结束语本文通过简单的例子说明MATLABSIMULINK在系统动态仿真中的应用。此软件给系统仿真方法注入了新的内容，以其方便、灵活、简单、易懂的优点成为仿真领域中的一个有力工具。Matlab已纳入我院2010届学生的选修课之一，我们应学好它、掌握它、用好它，使它更好地为我们服务。从整个系统仿真过程来看，它具有简单、方便、易学、易懂的特点。MATLABSIMULINK能使一个复杂系统的仿真变得轻松、快捷，不愧为国际上最为流行的软件之一，能最大限度地为我们提供方便。参 考 文 献1、张晓华等.控制系统数字仿真与CAD.北京: 机械工业出版社