第2章simulink仿真技术(12ji)

1、2.1 2.1 simulink介绍介绍 Simulink是是MATLAB的重要组成部分的重要组成部分, ,是一是一个个用来对动态系统进行用来对动态系统进行建模、仿真和分析建模、仿真和分析的软件的软件包包。它支持线性和非线性系统连续和离散时间模。它支持线性和非线性系统连续和离散时间模型，或者是两者的混合。型，或者是两者的混合。 它提供它提供建立系统模型建立系统模型、选择仿真参数和选择仿真参数和数值算数值算法、启动仿真程序对该系统进行仿真、设置不同法、启动仿真程序对该系统进行仿真、设置不同的输出方式来观察仿真结果的输出方式来观察仿真结果等功能。等功能。 第第2章章 simulink 仿真技术仿真

2、技术2.1.1 Simulink2.1.1 Simulink的启动与退出的启动与退出 1 1SimulinkSimulink的启动的启动启动启动simulink之前必须首先运行之前必须首先运行MATLAB，然后，然后才能启动才能启动simulink并建立系统模型。并建立系统模型。启动启动simulink过程：过程：(1) 执行执行Filenew，在弹出的子菜单选，在弹出的子菜单选Model，进入进入Simulink模型编辑窗口模型编辑窗口(2)双击双击Simulink模型编辑窗口主工具栏的模型编辑窗口主工具栏的 按按 钮，则打开钮，则打开Simulink模型库浏览器模型库浏览器(Simulin

3、k Library Browser)利用模型编辑窗口，可以通过鼠标的拖放操作创建利用模型编辑窗口，可以通过鼠标的拖放操作创建一个模型。一个模型。模型创建完成后，从模型编辑窗口的模型创建完成后，从模型编辑窗口的File菜单项中选择菜单项中选择Save或或Save As命令，命令，可以可以将模型以模型文件的格式将模型以模型文件的格式(扩展名为扩展名为.mdl)存存入磁盘。入磁盘。如果要对一个已经存在的模型文件进行编辑修改，如果要对一个已经存在的模型文件进行编辑修改，需要打开该模型文件，其方法是需要打开该模型文件，其方法是:在在MATLAB命令窗口直接输入模型文件名命令窗口直接输入模型文件名(不要不

4、要加扩展名加扩展名.mdl);在模块库浏览器窗口或模型编辑窗口的在模块库浏览器窗口或模型编辑窗口的File菜菜单中选择单中选择Open命令，命令，然后选择或输入模型的名字然后选择或输入模型的名字;单击模块库浏览器窗口工具栏上的单击模块库浏览器窗口工具栏上的 Open a model命令按钮命令按钮或模型编辑窗口工具栏上的或模型编辑窗口工具栏上的Open model命令按命令按钮钮2. simulink模块库浏览器界面模块库浏览器界面simulink模块库浏览器界面组成如图模块库浏览器界面组成如图2-9所示所示。图 2-9 simulink模块库浏览器的组成1. Simulink模型库中的模块模

5、型浏览器中Simulink名下的模型共有9大类:1) 连续系统(Continuous)模块库主要用于构建连续控制系统的仿真模型微分运算:对输入信号的做微分运算积分运算:对输入信号的做积分运算多项式传递函数:分子分母以多项式表 示的传递函数零极点传递函数:以零极点表示的传递函数状态方程:建立状态方程2) 非线性系统(Discontinuities)模块库主要用于模拟各种非线性环节间隙:模拟间隙非线性环节(如齿轮)库伦和粘滞摩擦:模拟含有粘滞和静摩擦特性的非线性环节死区:设定死区范围阶梯信号:根据输入产生阶梯信号斜坡函数:限制输入信号的上升和下降的变化率滞环控制:模拟带滞环特性的继电器环节饱和限制

6、:设置输出的正负限幅值,模拟环节的 饱和特性2) 离散系统(Discrete)模块库主要用于构建离散控制系统的仿真模型,各模块功能基本上与连续系统模块库相对应3) 数学运算(Math Operations)模块库取绝对值:取输入信号的绝对值或模计算点积:输出两个输入信号的点积逻辑运算:与、或、非等逻辑运算符乘法运算:对输入信号做乘法算符比较运算:、”，如图，如图2-33所示。所示。图2-33Relational Operator模块参数设置 图2-34Clock模块参数设置 （3）Clock模块：模块：采用默认参数设置如图采用默认参数设置如图2-34 所示。所示。（4）Switch模块：模块：

7、设定设定Switch模块的模块的Threshold值为值为0.5, ,从而实现从而实现此系统的输出随仿真时间进行正确的切换。如图此系统的输出随仿真时间进行正确的切换。如图2-35所示。所示。图2-35Switch模块参数设置 （5）Gain模块：模块：其参数设置如图其参数设置如图2-32系统模型中系统模型中所示所示 。3）系统）系统仿真参数设置仿真参数设置及仿真分析及仿真分析 系统系统仿真参数设置见图仿真参数设置见图2-36图图2-36系统仿真参数设置系统仿真参数设置 运行仿真的方法有下列几种：运行仿真的方法有下列几种：（1）选择菜单选择菜单Simulation中的中的Start Simula

8、tion。（2）使用模型编辑器工具栏中的使用模型编辑器工具栏中的 Play按钮（黑三角）按钮（黑三角）。系统模块参数与系统仿真参数设置完毕之后，系统模块参数与系统仿真参数设置完毕之后，用户便可开始系统仿真了。用户便可开始系统仿真了。仿真结束后，双击系统模型中的Scope模块，显示的系统仿真结果，如图2-37所示。 图图2-37系统仿真结果输出曲线系统仿真结果输出曲线4）步长设置）步长设置 仿真参数的选择对仿真结果有很大的影响。在使仿真参数的选择对仿真结果有很大的影响。在使用用simulink对简单系统进行仿真时，影响仿真结果对简单系统进行仿真时，影响仿真结果输出的因素有仿真起时间、结束时间和仿

9、真步长。输出的因素有仿真起时间、结束时间和仿真步长。对于本例可以采取下列设置，如图对于本例可以采取下列设置，如图2-38所示。其输所示。其输出结果如图示出结果如图示2-39所示。所示。 图2-38系统最大仿真步长设置图2-39系统最大仿真步长为0.1下的仿真输出结果 n对于复杂系统的Simulink仿真模型，可以把模块中完成特定功能的一部分模块组合起来，创建一个新的模块，这个新的模块统称为子子系统（系统（Subsystem）。n子系统减少了Simulink系统框图中模块数量，使模型的层次、结构及功能更加清晰，一目了然。2.4 创建创建simulink子系统子系统n子系统有两种： 未封装的子系统

10、：没有对话框，用户可打开子系统内相关模块直接设置参数。封装的子系统：带有对话框，交互式的设置子系统的参数建立子系统有两种方法：l通过已有的模块建立子系统通过已有的模块建立子系统l通过通过Subsystem模块建立子系统模块建立子系统这两种方法创建的子系统最后实现一模一样的功能，只不过操作顺序不同，两者区别：前者先将结构搭建起来，然后把相关模块封装起来建立子系统；后者先做一个封装容器，然后再在封装容器内添加模块。1子系统的创建与操作子系统的创建与操作（1） 通过已有的模块建立子系统通过已有的模块建立子系统操作步骤：操作步骤：首先选中建立子系统的模块，不包括输入端首先选中建立子系统的模块，不包括输

11、入端口和输出端口，然后选择口和输出端口，然后选择simulink模型编模型编辑器中辑器中【Edit】菜单下的菜单下的【 Create subsystem 】 ，或者，或者单击鼠标单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择右键，从弹出的快捷菜单中选择Create subsystem即可建立子系统并将这些模块即可建立子系统并将这些模块封装到此子系统中，封装到此子系统中，simulink自动生成子自动生成子系统的输入与输出端口系统的输入与输出端口。图2-23系统仿真模型例例:将系统仿真模型图将系统仿真模型图2-23进行子系统封装进行子系统封装,使其成为使其成为 图图2-24的仿真模型的仿真模型选择需要封装

12、的子系统，选择需要封装的子系统，单击鼠标右键选择单击鼠标右键选择Create subsystem，或使用或使用Edit菜单项中的相应命令进行子系统封装。菜单项中的相应命令进行子系统封装。图2-24 子系统封装仿真模型（2）通过）通过Subsystem模块模块建立子系统建立子系统操作步骤为：操作步骤为： 打开打开Simulink库中的库中的Ports & Subsystems模模块库，将块库，将Subsystem模块拖到模型编辑窗口中模块拖到模型编辑窗口中双击双击Subsystem模块，打开一个空白的模型编模块，打开一个空白的模型编辑窗口，将要组合的模块添加到该窗口中，另辑窗口，将要组合

13、的模块添加到该窗口中，另外还要根据需要添加输入模块和输出模块，表外还要根据需要添加输入模块和输出模块，表示子系统的输入端口和输出端口。示子系统的输入端口和输出端口。在使用Simulink建立子系统模型时，常用到以下几种操作：l子系统命名:命名方法与模块命名类似，用有代表意义的文字对子系统命名，有利于增强模块的可读性。l子系统的编辑：用鼠标双击子系统模块的图标，打开子系统可对其进行编辑。l子系统输入：使用source模块库中的input模块，即in1模块，作为子系统的输入端口l子系统输出：使用sink模块库中的ouput模块，即out1模块，作为子系统的输出端口另：使用simpowersystems库中的elements模块库中的connection port模块，也是子系统的输入/输出端口例：创建图所示图2-25的模块，其内部结构见图2-26图2-25 图2-26本章小节本章小节Simulink仿真过程仿真过程1、启动、启动MATLAB2、执行、执行Filenew，在弹出的子菜单选，在弹出的子