第simulink建模与仿真概述学习教案

1、会计学1第第 simulink建模与仿真建模与仿真(fn zhn)概述概述第一页，共64页。动态模型：描述动态模型：描述(mio sh)(mio sh)系统动态变化过程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的有以相似性原理、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具，借助系关知识为基础，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性技术。统模型对真实系统进行实验研究的一

2、门综合性技术。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页第二页，共64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、计算机仿真根据根据(gnj)(gnj)相似性原理，利用计算机逼真模拟研究相似性原理，利用计算机逼真模拟研究对象。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、

3、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）验证系统设计的正确性第2页/共63页第三页，共64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。可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

4、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）仿真实验的执行(zhxng)(zhxng)、控制、控制4 4）仿真数据的记录、分析）仿真数据的记录、分析5 5）仿真数据管理）仿真数据管理第3页/共63页第四页，共64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）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。成的集合，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）仿真语言：在高级语言的基础上，为面向专门问题而开发的。门问题而开

5、发的。3 3）集成）集成(j chn)(j chn)仿真环境仿真环境第4页/共63页第五页，共64页。五、计算机仿真的一般五、计算机仿真的一般(ybn)(ybn)过程过程仿真问题(wnt)和仿真目的描述确定仿真(fn zhn)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页第六页，共64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、

6、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家族家族(jiz)(jiz)中的位置中的位置第6页/共63页第七页，共64页。6.4创建simulink模型（简单入门）一、启用(qyng)simulink并建立系统模型启动simulink：（1）用命令方式：simulink（2）第7页/共63页第八页，共64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Continuous

7、Continuous（连续（连续(linx)(linx)系系统）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(gdng)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页第九页，共64页。DiscreteDiscrete（离散系统）离散系统）线性离散系统的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(kngjin)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页第十页，共64页。Function&Ta

8、blesFunction&Tables（函数（函数(hnsh)(hnsh)与表与表库）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(ch zho)输入信号所在范围S-函数模块S-函数生成器第10页/共63页第十一页，共64页。MathMath（数学（数学(shxu)(shxu)运算库）运算库）求信号绝对值输出强制系统输入为零的代数状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

9、相位转化为复数形式特定的一些(yxi)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(snjio)与双曲函数第11页/共63页第十二页，共64页。NonlinearNonlinear（非线性系统（非线性系统(xtng)(xtng)模块库）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(gnj)输入2控制输出）第12页/共63页第十三页，共64页。Signal &SystemSignal &System（信号和系统

10、（信号和系统(xtng)(xtng)模块）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(shch)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(cn ch)区从数据存储(cn ch)区中读取数据向数据存储(cn ch)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页第十四页，共64页。SinksSinks（系统（系统(xtng)(xtng)输出模块库）输出模块库）以数值(shz)形

11、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页第十五页，共64页。SourceSource（信号源模块（信号源模块(m kui)(m kui)库）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(wnjin)中输入数据接地信号为子系统或其它模型提供输入(shr)端口输入(shr)脉冲信号输入(shr)斜坡信号输入(shr)服从高司分布的随机信号

12、输入(shr)周期信号信号发生器正弦信号初始器输入(shr)阶跃信号输入(shr)服从高司分布的随机信号第15页/共63页第十六页，共64页。SubsystemSubsystem（子系统模块（子系统模块(m kui)(m kui)库）库）可配置子系统原子(yunz)子系统使能子系统使能触发For循环函数调用If条件条件执行(zhxng)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页第十七页，共64页。2 2、simulinksimulink专业专业(zhuny)(zhuny)模块库模块库第17页/共63页第十八页，共64页

13、。三、建立三、建立simulinksimulink框图框图(kungt)(kungt)1 1、选择模块、选择模块第18页/共63页第十九页，共64页。2 2、模块、模块(m kui)(m kui)连接连接第19页/共63页第二十页，共64页。3 3、信号组合、信号组合(zh)(zh)与分支与分支第20页/共63页第二十一页，共64页。3 3、运行、运行(ynxng)(ynxng)仿真仿真第21页/共63页第二十二页，共64页。第22页/共63页第二十三页，共64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在已有的系统模型(mxn

14、g)(mxng)中建立子系统中建立子系统第23页/共63页第二十四页，共64页。先建立先建立(jinl)(jinl)空的子系统空的子系统第24页/共63页第二十五页，共64页。6.5 simulink与matlab的接口设计一、使用工作空间变量设置(shzh)系统模块参数第25页/共63页第二十六页，共64页。二、将信号二、将信号(xnho)(xnho)输出到输出到workspaceworkspace第26页/共63页第二十七页，共64页。三、从三、从workspaceworkspace中产生中产生(chnshng)(chnshng)信号源信号源第27页/共63页第二十八页，共64页。四、向量

15、四、向量(xingling)(xingling)与矩阵与矩阵第28页/共63页第二十九页，共64页。第29页/共63页第三十页，共64页。五、五、matlab functionmatlab function与与functionfunction模块模块(m kui)(m kui)Fcn：用于实现简单函数关系(gun x)输入总表示成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页第三十一页，共64页。例：信号

16、平方例：信号平方(pngfng)(pngfng)运算运算第31页/共63页第三十二页，共64页。2 2、建立、建立(jinl)(jinl)数学模型仿真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页第三十三页，共64页。2 2 建立建立(jinl)(jinl)数学模型仿真数学模型仿真第33页/共63页第三十四页，共64页。第34页/共63页第三十五页，共64页。6.6 simulink子系统技术一、回顾1、通用子系统的生成2、子系统的基本操作子系统的命名(mng mng)子系统的编辑子系统的输入子系统的输出子系统的参数设置第35页/共63页

17、第三十六页，共64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函数调用子系统数调用子系统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 and triggered subsystem中。中。1 1）早期）早期simulinksimulink版本中，版本中，enableenable和和trigger

18、edtriggered信号需要信号需要从从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(du )enable(du )enable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形式的条件执行子系统。第36页/共63页第三十七页，共64页。1 1、触发、触发(chf)(chf)子系统子系统法1（加分路(fn l)器）

19、第37页/共63页第三十八页，共64页。法2（示波器分三支(sn zh)路）第38页/共63页第三十九页，共64页。第39页/共63页第四十页，共64页。2 2、使能子系统、使能子系统Reset:Reset:执行时，系统执行时，系统(xtng)(xtng)中的状态被重新设置为初始参中的状态被重新设置为初始参HeldHeld：执行时，系统：执行时，系统(xtng)(xtng)的状态保持不变的状态保持不变第40页/共63页第四十一页，共64页。第41页/共63页第四十二页，共64页。3 3、触发、触发(chf)(chf)子系统子系统第42页/共63页第四十三页，共64页。4 4、触发、触发(chf

20、)(chf)使能子系统使能子系统第43页/共63页第四十四页，共64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 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）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。排序，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可以多次进出可以多次进出一个子系统。一个子系统。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

21、个“实际实际”的模块，需顺序的模块，需顺序(shnx)(shnx)连续执行。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。）子系统中的模块在子系统中被排序执行。第44页/共63页第四十五页，共64页。建立建立(jinl)(jinl)原子子系统：原子子系统：1 1）先建立）先建立(jinl)(jinl)一空的原子子系统。一空的原子子系统。2 2）先建立）先建立(jinl)(jinl)子系统，再强制转换成原子子系统。子系统，再强制转换成原子子系统。Edit/block parametersEdit/block parameter

22、s第45页/共63页第四十六页，共64页。6 6、其它子系统、其它子系统 可配置可配置(pizh)(pizh)子系统，子系统，代表用户定义库中的任意模代表用户定义库中的任意模块，只能在用户定义库中使块，只能在用户定义库中使用。用。 函数调用子系统。函数调用子系统。 for for循环循环 while while循环循环 选择选择 表达式执行子系统表达式执行子系统第46页/共63页第四十七页，共64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

23、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）保护(boh)(boh)子系统中的内容，防止模块实现被随意篡改。子系统中的内容，防止模块实现被随意篡改。第47页/共63页第四十八页，共64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首先(shuxin)(shuxin)封装后，再选中子系

24、统图表，执行封装后，再选中子系统图表，执行edit/edit mask edit/edit mask 。封装类型(lixng)子系统模块(m kui)图表绘制命令图表显示界面控制参数第48页/共63页第四十九页，共64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 fram icon fram：设置：设置(shzh)(shzh)图表边框为可见或不可见图表边框为可见或不可见 icon transparency: icon transparency:设置设置(shzh)(shzh)图表为透明

25、或不透明图表为透明或不透明 icon rotation: icon rotation:设置设置(shzh)(shzh)图表为固定或可旋转显示图表为固定或可旋转显示 drawing coordinates: drawing coordinates:设置设置(shzh)(shzh)图表绘制命令所使图表绘制命令所使用的坐标系单位用的坐标系单位3 3）图表绘制命令栏）图表绘制命令栏第49页/共63页第五十页，共64页。2 2、封装编辑器之参数、封装编辑器之参数(cnsh)(cnsh)初始化对话框初始化对话框参数设置控制(kngzh)参数(cnsh)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5

26、0页/共63页第五十一页，共64页。1 1）参数控制设置）参数控制设置2 2）参数描述：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）参数对应变量：键入的参数值将传递(chund)(chund)给封装后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子系统中所使用的变量具有相同的名称应和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 type control type：editedit：需要用户键入参数值：需要用户键入参数值

27、checkbox: checkbox:复选框复选框 popup popup：参数选项（用：参数选项（用| |隔开）隔开） assignment assignment：参数分配类型（：参数分配类型（evaluate:evaluate:求值字符串求值字符串 literal literal：普通：普通文字）文字）第51页/共63页第五十二页，共64页。 initialization commands initialization 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空间(kngjin)

28、(kngjin)中的各种变量，这些变量可以被封装子系统中的各种变量，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。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。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页第五十三页，共64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页第五十四页，共64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(li

29、xng)帮助(bngzh)封装描述(mio sh)第54页/共63页第五十五页，共64页。1 1）封装类型：对封装后的子系统进行简短）封装类型：对封装后的子系统进行简短(jindun)(jindun)的说明，用于标志该子系统的说明，用于标志该子系统2 2）封装描述：用于设定描述信息）封装描述：用于设定描述信息3 3）帮助）帮助第55页/共63页第五十六页，共64页。四、四、simulinksimulink模块库技术模块库技术1 1、模块库的概念及其使用、模块库的概念及其使用所谓所谓(suwi)(suwi)模块库一般是指具有某种属性的一类模模块库一般是指具有某种属性的一类模块的集合。用户可以定义

30、自己的模块库。块的集合。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（从模块库中拖引用块：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）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会自动更新相应的引用会自动更新相应的引用块。块。第56页/共63页第五十七页，共64页。步骤：步骤：1 1）在）在simulinksimulink中执行中执行file/new/libraryfile/new/lib