第8章__SIMULINK仿真基础

1、 第8章 Simulink仿真基础 参考教材 :MATLAB程序设计与应用(第二版)刘卫国 主编 高等教育出版社 SimulinkSimulink由两个词组成由两个词组成: :SimuSimulationlation（仿真）和仿真）和LinkLink（连接）。连接）。 SimulinkSimulink是是MATLABMATLAB的的仿真工具箱仿真工具箱，该软件用来做该软件用来做系统建模系统建模、仿真和分析。、仿真和分析。 SimulinkSimulink的特点是：提供了图形用户界面的特点是：提供了图形用户界面( (GUI),GUI),使用框图建模，用户只需要一些鼠标操作使用框图建模，用户只需要

2、一些鼠标操作, ,将将模块库模块库中的中的系统单元系统单元放入放入模型窗口模型窗口上，绘制出所需要的系统上，绘制出所需要的系统模型，然后便可启动仿真和分析。模型，然后便可启动仿真和分析。例:uStepScope1sIntegrator-2Gainxxx-2x数学模型数学模型框图模型框图模型ux2x8.1 8.1 SimulinkSimulink仿真步骤仿真步骤(1)启动启动SimulinkSimulinknSimulinkSimulinknStart| Simulink|Library BrowserStart| Simulink|Library Browser(2)(2)模型建立模型建立点击

3、点击File|New|Model,File|New|Model,打开模型编辑窗口。将打开模型编辑窗口。将模块库模块库中的模块用鼠标左键拖入模型编辑窗口。中的模块用鼠标左键拖入模型编辑窗口。StepScope1sIntegrator-2GainuStepScope1sIntegrator-2Gainxxx-2x模型中用到的模块如下：模型中用到的模块如下：nStep：所在库所在库Sources library nScope：所在库所在库Sinks library nIntegrator ：所在库所在库Continuous librarynGain,Sum ：所在库所在库Math Operation

4、s在在SimulinkSimulink环境下，编辑如下模型环境下，编辑如下模型(3)(3)设置系统参数及仿真参数设置系统参数及仿真参数, ,启动仿真。启动仿真。 仿真参数包括：仿真参数包括：n开始时间开始时间(Start time ) n终止时间终止时间(Stop time)n步长步长(Step size)n求解器求解器(Solver)n误差容限误差容限(Error tolerance)n等等。8.2 模块连接(1)自动连接两模块自动连接两模块 选中源模块，按下选中源模块，按下Ctrl键，用鼠标单击目标键，用鼠标单击目标模块。模块。(2)手动连接两模块手动连接两模块鼠标移到源模块的输出，光标变

5、为鼠标移到源模块的输出，光标变为“十十”字形，字形，按下按下LMB，拖动鼠标到目标模块的输入。拖动鼠标到目标模块的输入。Sine WaveScope(3)画分支线画分支线在分支处按下鼠标右键，拖动鼠标。在分支处按下鼠标右键，拖动鼠标。(4)改变模块的方向：选中模块，在改变模块的方向：选中模块，在Format菜单项中选择：菜单项中选择：nFlip Block:翻转翻转180度度nRotate Block：顺时针旋转顺时针旋转90度度Sine WaveScopeMux1sIntegrator8.3 Simulink模块库简介(1)Continuous(1)Continuous（连续系统模块库）连续

6、系统模块库）Derivative:数值微分数值微分Integrator:连续时间积分连续时间积分Transfer Fcn:传递函数传递函数State-space:状态空间状态空间(s-1)s(s+1)Zero-PoleTransportDelay1s+1Transfer Fcnx = Ax+Bu y = Cx+DuState-Space1sIntegratordu/dtDerivative(2) (2) DiscreteDiscrete（离散系统模块库）离散系统模块库）(3) (3) Math OperationsMath Operations（数学运算库）（数学运算库）(4) (4) Sin

7、ksSinks（接收器模块库接收器模块库）(5) Sources(5) Sources（信号源模块库）信号源模块库）simoutTo Workspaceuntitled.matTo FileScope0DisplayStepSine WaveRandomNumberRampPulseGenerator1Constant接收器接收器信号源信号源例:(1)建模建模i(t)ur(t)uc(t)CRLcrLcuRiuudtdiLidtduCcrLtLtcuRiuuduLtidiCtu00)(1)()(1)(设置系统参数设置系统参数:R=6e-4C=1700e-6L=6E-9设置仿真参数设置仿真参数:开

8、始时间开始时间(Start timeStart time ):0终止时间终止时间(Stop time):100Stop time):100微秒微秒最大步长最大步长:0.1微秒微秒StepScope1sIntegrator11sIntegratorRGain21/CGain11/LGainiULUcUrcrLtLtcuRiuuduLtidiCtu00)(1)()(1)(010203040506070809010000.20.40.60.81Urt / us010203040506070809010000.511.5Uct / us仿真结果仿真结果:i(t)ur(t)uc(t)CRL8.4 SIM

9、ULINK仿真参数设置(1)(1)仿真时间：仿真时间：设置设置Start timeStart time和和Stop timeStop time(2)(2)仿真步长模式：仿真步长模式：nVariable-stepVariable-step（变步长）：变步长）： 需设置最大步长，最小步长，初始步长。变步长模式可以需设置最大步长，最小步长，初始步长。变步长模式可以在仿真的过程中改变步长，提供误差控制。在仿真的过程中改变步长，提供误差控制。nFixed-stepFixed-step（固定步长）固定步长）(3)(3)求解器求解器变步长求解器：变步长求解器： ode45ode45：四阶四阶/ /五级龙格库

10、塔法等。五级龙格库塔法等。定步长求解器：定步长求解器： ode4ode4：四阶龙格库塔法等。四阶龙格库塔法等。(4)(4)误差容限误差容限n 相对误差容限相对误差容限（ Relative error tolerance）n绝对误差容限绝对误差容限（Absolute error tolerance ）每计算一步，要满足下式要求：每计算一步，要满足下式要求：编程仿真对乒乓球的弹跳过程进行仿真 考虑到弹跳中的能量损耗，损耗系数考虑到弹跳中的能量损耗，损耗系数K（0K=1)，仿真出乒乓，仿真出乒乓球位移随时间变化的关系曲线。球位移随时间变化的关系曲线。初始条件假设：初始条件假设： 初始时刻初始时刻t0=0，球初始速度，球初始速度v0=v(v0)，初始位移，初始位移y0=y(t0)。受力分析：在空中受重力受力分析：在空中受重力F=mg作用，其中，作用，其中，g=dv/dt。则在。则在t+dt时时刻小球的速度为刻小球的速度为 : v(t+dt)=v(t)-gdt 位移：位移： y(t+dt)=y(t)+v(t)dt 在小球水平撞击的瞬间，即在小球水平撞击的瞬间，即y(t)=0时刻，它的速度和方向改变，