动态系统建模仿真工具SIMULINK-Read

1、第五章 动态系统建模仿真工具 SIMULINK第一节SIMULINK简介SIMULINK是用来对动态系统进行建摸、仿真和分析的软件包，是面向系统 结构图的方便的仿真工具。它有两个显著的功能：SIMU仿真）和LINK（连接），即可以方便地利用鼠标 在模型窗口上画出所需系统模型图，来对系统进行建摸、仿真与分析， 从而使- 个复杂系统模型的建立和仿真变得相当简单和直观。.SIMULINK 工作环境及特点Simulink提供了一个图形化的用户界面。点击 MATLAB命令空间的快捷键或在命令空间中写入:simulink回车，即可进入 Simulink工作环境。JnljdFile Edit View He

2、lpConf in-UQ'usZ 5 i mul i nJt3/Coni inuousS SimulinkContinuousDiscreteFunctions & TablesMathNonlinearSignals 8l SystemsSinksSourcesCDMA Reference Blocks或Connmunitations Blockset H Control System Toolbox+ DSP Blockset冈卩 Developer's Kit for TI DSP 官 1 Dials Ei Gauges Blockset Lt H Fixed-P

3、oint Bbckset Fuzzy Logic Toolbox& MPC Blocks3+；卜+'+田±1+护1代11)t -4- X-><-tz 券JIT;-DiscreteTuncticns ft TallesMathJfonlLrLeirSignals & SystemsSinksSourcesReady进入 Simulink 环境后，将会显示 Simulink 模块库浏览窗口， Simulink 包括 了一个由接收器、信号源、 线性和非线性组件以及连接件等所组成的模块库 （允 许用户自己创建模块） 。可以在库浏览窗口的节点上，通过点击鼠标

4、右键，来打开相应的模块库。 用户要新建模型，则可点击“新建”快捷键图标，从模块库中找到相应的模 块，用鼠标连接起来即可。它的主要特点就是实时工作， 即画出系统图的同时就可得到相应的语言代码 （ 或称为 S 函数），对系统的控制、信号处理和动态系统的算法都可以通过开 发模块图，自动来实现。其结果可在 MATLAB 工作空间中输出。SIMULINK 的使用对象 ：SIMULINK 支持连续与离散系统以及连续离散混 合系统， 也支持线性与非线性系统， 还支持具有多种采样频率的系统， 也就是不 同的系统能够以不同的采样频率进行组合，以仿真较大较复杂的系统。二. SIMULINK 模块库与模型窗口Sim

5、ulink 提供了十分完备的模块库，它包括下面的组成部分：1）Simulink 模块库；2）通信模块集；Communications Blockset3）控制系统工具箱； Control System Toolbox4）DSP（ 数字信号处理 ）模块集；5）定点模块集；Fixed-point Blockset6）模糊逻辑工具箱； Fuzzy Logic Toolbox7）NCD （ 非线性控制设计 ）模块集；8）神经网络模块集； Neural Network Blockset9）功率系统模块集； Power System Blockset10 ）实时窗口目标库 ；Real-time Windo

6、ws Target 11）实时工作空间库； Real-time Workshop12 ）Simulink 附加库； Simulink Extras13 ）系统辨识模块集 : System ID Blocks. SIMULINK 模块库SIMULINK 模块库中包括 9 个子模块，各个子模块中有多个相应的基本功 能模块Continuous+±1+±1+1Bi screteFuncti ons & TablesMathHonlin&arSignd.s & SystemsSinksSourctsSubsystems连续系统模块，离散系统模块函数与表模块 数

7、学模块，非线性模块，信号与系统模块，输出模块译俞入源模块，子系统模块常用基本模块介绍1 连续系统模块Derivativedu/dtIntegratorMemory*微分*积分*积分步长延时k1 = Ax+Bu y- Cx*PuStAts_Spac#*状态空间模型Transport BelayVariable TrMiEport Elay- I '- r：传递函数模型*传输延迟*可变传输延迟 Z«r(jFols*零极点模型2 .函数和表模块l*-DTptDirect Look-Up Table直接查询表函数功能块MATLAB 函数S函数（系统函数）3 .数学模块绝对值点乘Dot

8、 ProductLc首i cal Operator逻辑运算符号函数4 .非线性模块fflIDead ZoneRelaySat urat i onSwi tch5.信号与系统模块信号分离模块Mxuc信号复合模块6.输出模块OutlF ” Scaptuntitled.rrit To F辽电7 .输入源模块输出端口示波器模块输出仿真数据到文件输出仿真数据到工作空间时钟信号常数值*时钟信号nnFulse Gener at orR撫p*常数值*斜坡信号SiGener at or DiO 口 ooSine Wave信号发生器正弦信号阶跃信号第二节SIMULINK的建模与仿真方法一.SIMULINK模型的建

9、立：1.打开模块库，找出相应的模块。鼠标左键点击相应模块，拖拽到模型窗口中 即可。d uXdtDeri vati veIntegrator1疋書Ax+Bu y = CseDuMemorySt ateSpaceVari able Transport D el ayTraiksport DelayZerole,! x|B untitled*Qis Edit 吐isw rnulahan Fymafc Joofc tjalp2 对模块的操作：1）模块的选中：在要选的模块上点按左键；选中多个对象：用一个范围框框住，再松开；一个一个地选多个对象：按下 Shift键的同时，单击每个待选对象；2）模块的移动：

10、选中，拖到新位置；3）模块的复制：按住Ctrl键的同时，用鼠标选中模块后，将其拖到新位置；4）模块的删除：选中，按Del键；5）改变模块方向：可利用 Simulink窗口中的Format菜单下的菜单项来改变模块方向：Flip Block-模块旋转180度； Rotate Block 模块顺时针旋转90度；6）模块框图缩放：放大：在 View 菜单中选择 Zoom In 菜单项，或在模型窗口时按 R 键， 可放大模块视图；缩小：在 View 菜单中选择 Zoom out 菜单项， 或在模型窗口时按 V 键， 可缩小模块视图；实际大小：在 View 菜单中选择 normal 菜单项，可观察到框图的

11、实际 大小；还可直接调整模块大小：拉住边框拖动即可；7）使用阴影：给所选模块加上阴影，方法是 Format>Show DropShadow.3关于连接线的操作：1）连接线的画法：从一个模块的输出端按下鼠标拖动到下一个模块的输入 端，放开即可；在 Simulink 中一般使用水平和垂直的线段画连接线， 要画斜线，则可按住 Shift 键；2）断开线段：按住 Shift 键，然后将模型拖到一个新位置；3）画支线：（支线是从一条已存在的连线开始， 将信号传给一个模块的输入 端口的连线）。可反向画，从输入端开始往回画； 另一种方法是鼠标右键在连线中间点击后，按住右键移动到其 他点即可。4）在连线

12、中插入模块：选中要插入的模块，将其拉至要插入的连线上，松 开鼠标。4对信号进行标注：1）在模型中的连线表示信号。要对信号进行标注，则可双击线段，会出现 小方框，在方框中加入标注即可。注意：一定要确保是在连线上双击，否则创建的则会是模型的标注。这样标 注的位置一般是固定的，但可以变动。2）移动信号标注：拖动标注到连线上的新位置即可；3）标注的拷贝：方法与模块拷贝一样；4）改变信号标注的字体、字号等从 Format>Font>Set Font 对话框，进行修改。Set Font2Tines ffew R«nn宇住3Q Tr-fhuchtt MSO VerdanaQ Welbd

13、irsJ? WinCC digi-tU5 WinCC digital6 wince digitbi榊iAaBbYyZz确定5 模型的注释：为模型提供文字性信息。要在模型中新建注释， 可在空白区域双击鼠标，会出现 一个小矩形框，在框内键入注释即可。字体等的修改同信号标注。6 创建子系统：当模型大而复杂时，可创建子系统。其优点为：1）减少窗口中显示的模块数量，使模型更简洁；2）可以建立一个层次结构的模块图。子系统的建立：通过将一些已有模块组织在一起，创建子系统。操作步骤为：选中部分模块 >Edit >Create Subsystem >将会用 一个模块代替所选中的模块->

14、重新设置一下模块大小，以便 能看清端口标注。InUgMtar£汕；SPYClear匚onned bio匚崩Create subsystembokurrder maskFormat*Text glignrrrent Foreground color Background color 子系统的修改：双击此模块，可以打开创建的子系统，来进行修改7. 模块的封装：创建子系统模块后，选中，从Edit> Mask subsystem 或Edit Mask>可给出一个封装对话框，在其中给出各种封装信息。ClearMask parameters,rBluick parameters.Bl

15、ock properties.Real-Time Workshop 卜subsystem_ool. jnder mask嚏Link optionsForniat Foreground color 閘匚 kground colorHelp其中：Mask type :圭寸装标识；Draw ing comma nds :绘图命令，用于产生图标内的图形和文字；Block Description :描述模块的文本标注；Block help :模块的帮助信息，在点中封装后模块时，其对话框中help 按钮下显示此信息；填写封装后对话框提示参数：Prompt :写入封装后对话框中的提示参数名称；Variabl

16、e :对应的变量名；Add :点此键加入；In itializatio n Comma nds :初始化命令，用来与对话框中提供的数据建立联系。8. 保存模型：File>Save或Save as ;存贮文件的格式为.mdl文件。三.SIMULINK 的仿真：在对控制系统进行仿真时，一般必须加入时钟信号，以给出仿真时间和便于 使用变步长仿真。为了将仿真结果返回工作空间，还应该加上To Workspace模块，将输出和时间变量都返回。注意在选择To Workspace模块参数时，输出向量的最大保存行数一定要与 时间变量的最大保存行数保持一致，否则，就不能用plot()函数在命令空间中画曲线1

17、. 设置仿真控制参数：打开 Simulation菜单，找到Parameters选项，可打开参数设置对话框。它包括仿真时间范围的选择、仿真算法的选择、仿真步长的指定及仿真精度（误差）的定义（在采用变步长仿真时，有一个允许误差限，使 得当误差超过这一误差限时会自动地对仿真步长作适当的调整）等。2. 设置示波器属性参数：包括坐标轴范围、抽取因子（decimation）用来控制写入工作空间的数据、保存的输出值的最大行数等。3. 运行仿真：可选择Simulation> Start。在示波器中可以看到仿真曲线。三.SIMULINK仿真结果的观察：在Sinks模块库中，提供了多种观察输出信号的方法，大

18、致可分为三种:1. 将信号输出到显示模块：1）示波器显示：Scope模块将信号显示在其独立窗口中；2）XY图形显示：在MATLAB图形窗口绘制二维图形。该显示器有两个输入端，上面的输入端输入作为x，下面的输入作为y。3）Display数字显示：将结果以数字形式显示出来。数字显示模块没有独立的显示窗口，只是在模块的显示框中直接滚动 显示数据结果。当数据是标量时，显示模块中只显示一个窗口；当数据是行向量或列 向量或矩阵时，显示模块在右下脚显示一个或同时显示两个向右或向下的 小箭头，将模块向右或向下拉开可显示出多个窗口。2. 将仿真结果存储到工作空间，再用绘图命令在MATLAB命令窗口绘制图形。存储

19、方式有三种：1）通过示波器模块向工作空间存储数据。在使用示波器观察数据时，缺省情况下会将一个名为 ScopeData的数 据结构和名为tout的数组存储在工作空间中。也可通过 Scope窗口的 工具栏中选择（参数设置）Parameters按钮，打开一个对话框，选Data history页面进行设置。2）选择To Workspace模块。只要将数据输入到这个模块内，就会将数据保存到工作空间中。3）通过 Simulation 菜单选择 Simulation Parameters 菜单项中的 Workspace I/O页，根据各个参数的选择来确定。3. 将结果通过输出端口返回到 MATLAB命令窗口

20、，再利用绘图命令绘出图形。 在Sinks库中有一个名为“outl的模块，将数据输入到这个模块，该模块就 会将数据输出到命令窗口，并用“ you的变量保存，同时还将时间数据用“ tout保存。存储在工作空间的结果可以用相应的命令在工作空间中做进一步的分析。第三节SIMULINK仿真实例1.提取线性模型双环调速的电流环系统的方框图模型为:建立改模型后，存储为sim5_1.mdl。>>A,B,C,D=li nm od(sim5_1 'A =1.0e+004*-0.05990001.79640-0.05000000.12930-0.05000000.0500-0.05000000.0160-0.01600.0025-0.0599B =01.0000000C =1.0e+004*1.79640D =0>>num,de n=ss2tf(A,B,C,D);>>pri ntsys (nu m,de n,''nu m/de n =1.5007e-011 sA4 - 1.5134e-008 sA3 + 51633260425.2571 sA2 + 29850