机电一体化技术-42-机电一体化系统的仿真课件

第4章

机电一体化系统的

仿真

第4章

机电一体化系统的

仿真

一、Simulink与系统仿真Simulink的产生1990年MathWorks（美国迈斯沃克公司）公司为MATLAB增加了用于建立系统框图和仿真的环境，1992年公司将该软件改名为SIMULINK。

Simulink=“Simu”+“Link”，

计算机仿真连接（computersimulation）Simulink可以构建复杂的系统模型，并提供可视化的仿真环境。

操作方法快捷简便，而使其成为目前最受欢迎的仿真软件。一、Simulink与系统仿真Simulink的产生（1）通信系统物理层和数据链路层；（2）动力学系统；（3）控制系统；（4）数字信号处理系统；（5）电力系统；（6）生物系统；（7）金融系统等。Simulink应用领域，可以搭建：（1）通信系统物理层和数据链路层；Simulink应用领域，二、Simulink的使用1.Simulink的启动(1)在MATLAB的命令窗口直接键入simulink。(2)工具栏上的Simulink模块库浏览器命令按钮(3)File菜单中选择New菜单项下的Model命令2.Simulink的退出关闭所有模型窗口和Simulink模块库窗口即可。二、Simulink的使用1.Simulink的启动(1启动和退出Simulink启动和退出Simulink建模与仿真

建模仿真的步骤：1.打开一个空白的编辑窗口；2.将模块库中模块复制到编辑窗口里，并依照给定的框 图修改编辑窗口中模块的参数；3.将各个模块按给定的框图连接起来；4.用菜单选择或命令窗口键入命令进行仿真分析，在仿 真的同时，可以观察仿真结果，如果发现有不正确的 地方，可以停止仿真，对参数进行修正；5.如果对结果满意，可以将模型保存。

建模与仿真建模仿真的步骤：三、Simulink的基本模块1、Simulink（系统仿真模块库）2、CommunicationsBlockset（通信模块库）3、DSPBlockset（数字信号处理模块库）4、ControlSystemToolbox（控制系统模块库）三、Simulink的基本模块1、Simulink（系统仿Simulink模块库包含的子模块库（1）CommonlyUsedBlocks模块库，为仿真提供常用元件；（2）Continuous模块库，为仿真提供连续系统；（3）Discontinuous模块库，非连续系统元件；（4）Discrete模块库，为仿真提供离散元件；（5）LogicandBitOperations模块库，提供逻辑运算和位运算的元件；（6）LookupTables模块库，线形插值查表模块库；（7）MathOperations模块库，提供数学运算功能元件；（8）ModelVerification模块库，模型验证库；（9）Model-WideUtilities模块库；（10）PortsandSubsystems模块库，端口和子系统；（11）SignalsAttributes模块库，信号属性模块；（12）SignalsRouting模块库，提供用于输入、输出和控制的相关信号及相关处理；（13）Sinks模块库，为仿真提供输出设备元件；（14）Sources模块库，为仿真提供各种信号源；（15）User-definedFunctions模块库，用户自定义函数元件；（16）AdditionalMath&Discrete模块库。

Simulink模块库包含的子模块库（1）Commonly功能模块的处理基本操作包括：1.选取模块2.复制与删除模块3.模块的参数和属性设置4.模块外形的调整5.模块名的处理6.模块的连接7.在连线上反映信息

功能模块的处理基本操作包括：四、设置仿真参数仿真参数对话框设置如下仿真参数：Solver（算法）DataImport/Export（数据输入输出）Diagnostics（诊断）Optimization（优化）HardwareImplementation（硬件工具）ModelReferencing（模块引用）四、设置仿真参数仿真参数对话框Solver（算法）13

设置仿真参数13设置仿真参数141．解题器（Solver）选项（1）Simulationtime组：设置仿真起止时间。（2）Solveoptions组：选择求解器，并为其指定参数。变步长算法（Variable-step）固定步长算法（Fixed-step）141．解题器（Solver）选项（1）Simulation152．数据输入输出选项（DataImport/Export）主要用来设置Simulink与MATLAB工作空间交换数值的有关选项。Loadfromworkspace（从工作空间载入数据）Savetoworkspace（将输出保存到工作空间）Saveoptions（保存选项）。152．数据输入输出选项（DataImport/Expo163．诊断选项（Diagnostics）用于设置系统对仿真过程中，可能会出现一些非正常事件做出何种反应，有以下几种：None：不做任何反应。Warning：提出警告，但警告信息不影响程序的运行。Error：提示错误，运行的程序停止。163．诊断选项（Diagnostics）用于五、观察Simulink的仿真结果观察仿真结果的方法有以下几种：1、将仿真结果信号输入到输出模块“Scope”示波器、“XYGraph”二维X-Y图形显示器与“Display”数字显示器中，直接查看。2、将仿真结果信号输入到“ToWorkspace”模块中，再用绘图命令在MATLAB命令窗口里绘制出图形。3、将仿真结果信号返回到MATLAB命令窗口里，再利用绘图命令绘制出图形。

17五、观察Simulink的仿真结果观察仿真结果的方法有以下18六、建模仿真实例连续系统基于微分方程的simulink仿真18六、建模仿真实例连续系统基于微分方程的simulink仿19（一）基于微分方程的simulink仿真

根据物理定理建立微分方程，并以此微分方程创建SIMULINK模型的完整步骤：仿真参数设置。

微分方程的整理；模块的复制；信号线的构画；模块参数设置；

示波器的调整；19（一）基于微分方程的simulink仿真根2020211、新建模型窗2、模块库复制所需模块到空白模型窗

211、新建模型窗223、模块间信号线的连接

223、模块间信号线的连接234、根据理论数学模型设置模块参数234、根据理论数学模型设置模块参数24改变输入口符号的求和模块参数设置窗口24改变输入口符号的求和模块参数设置窗口25实现初始位移0.05设置的<Integrator1>设置窗25实现初始位移0.05设置的<Integrator1>设置265、仿真运行参数采用默认解算器“ode45”、默认“变步长”和默认仿真终止时间10。6、把新建模型保存为exm070101.mdl。7、试运行。265、仿真运行参数采用默认解算器“ode45”、默认“变步27坐标范围设置不当27坐标范围设置不当28对显示屏的纵坐标范围进行设置28对显示屏的纵坐标范围进行设置298、据试运行结果，进行仿真参数的再设置。298、据试运行结果，进行仿真参数的再设置。3030313132仿真结果显示32仿真结果显示（二）基于传递函数的SIMULINK建模

所示的多环控制系统，（1）求系统传递函数

（2）求该系统的单位阶跃响应。（二）基于传递函数的SIMULINK建模所示的多环控（1）建模的基本思路（2）构造“用于系统传递函数计算”的SIMULINK模型（1）建模的基本思路机电一体化技术-42-机电一体化系统的仿真课件机电一体化技术-42-机电一体化系统的仿真课件（3）[A,B,C,D]=linmod2('exm1'); STF=tf(minreal(ss(A,B,C,D))) [Num,Den]=tfdata(STF); Num{:},Den{:}t0=(0:0.1:5)'; [y,t]=step(STF,t0); plot(t,y,'LineWidth',3)gridonaxis([0,5,0,0.4])xlabel('t'),ylabel('y') （3）机电一体化技术-42-机电一体化系统的仿真课件第4章

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一、Simulink与系统仿真Simulink的产生1990年MathWorks（美国迈斯沃克公司）公司为MATLAB增加了用于建立系统框图和仿真的环境，1992年公司将该软件改名为SIMULINK。

Simulink=“Simu”+“Link”，

计算机仿真连接（computersimulation）Simulink可以构建复杂的系统模型，并提供可视化的仿真环境。

操作方法快捷简便，而使其成为目前最受欢迎的仿真软件。一、Simulink与系统仿真Simulink的产生（1）通信系统物理层和数据链路层；（2）动力学系统；（3）控制系统；（4）数字信号处理系统；（5）电力系统；（6）生物系统；（7）金融系统等。Simulink应用领域，可以搭建：（1）通信系统物理层和数据链路层；Simulink应用领域，二、Simulink的使用1.Simulink的启动(1)在MATLAB的命令窗口直接键入simulink。(2)工具栏上的Simulink模块库浏览器命令按钮(3)File菜单中选择New菜单项下的Model命令2.Simulink的退出关闭所有模型窗口和Simulink模块库窗口即可。二、Simulink的使用1.Simulink的启动(1启动和退出Simulink启动和退出Simulink建模与仿真

建模仿真的步骤：1.打开一个空白的编辑窗口；2.将模块库中模块复制到编辑窗口里，并依照给定的框 图修改编辑窗口中模块的参数；3.将各个模块按给定的框图连接起来；4.用菜单选择或命令窗口键入命令进行仿真分析，在仿 真的同时，可以观察仿真结果，如果发现有不正确的 地方，可以停止仿真，对参数进行修正；5.如果对结果满意，可以将模型保存。

建模与仿真建模仿真的步骤：三、Simulink的基本模块1、Simulink（系统仿真模块库）2、CommunicationsBlockset（通信模块库）3、DSPBlockset（数字信号处理模块库）4、ControlSystemToolbox（控制系统模块库）三、Simulink的基本模块1、Simulink（系统仿Simulink模块库包含的子模块库（1）CommonlyUsedBlocks模块库，为仿真提供常用元件；（2）Continuous模块库，为仿真提供连续系统；（3）Discontinuous模块库，非连续系统元件；（4）Discrete模块库，为仿真提供离散元件；（5）LogicandBitOperations模块库，提供逻辑运算和位运算的元件；（6）LookupTables模块库，线形插值查表模块库；（7）MathOperations模块库，提供数学运算功能元件；（8）ModelVerification模块库，模型验证库；（9）Model-WideUtilities模块库；（10）PortsandSubsystems模块库，端口和子系统；（11）SignalsAttributes模块库，信号属性模块；（12）SignalsRouting模块库，提供用于输入、输出和控制的相关信号及相关处理；（13）Sinks模块库，为仿真提供输出设备元件；（14）Sources模块库，为仿真提供各种信号源；（15）User-definedFunctions模块库，用户自定义函数元件；（16）AdditionalMath&Discrete模块库。

Simulink模块库包含的子模块库（1）Commonly功能模块的处理基本操作包括：1.选取模块2.复制与删除模块3.模块的参数和属性设置4.模块外形的调整5.模块名的处理6.模块的连接7.在连线上反映信息

功能模块的处理基本操作包括：四、设置仿真参数仿真参数对话框设置如下仿真参数：Solver（算法）DataImport/Export（数据输入输出）Diagnostics（诊断）Optimization（优化）HardwareImplementation（硬件工具）ModelReferencing（模块引用）四、设置仿真参数仿真参数对话框Solver（算法）13

设置仿真参数13设置仿真参数141．解题器（Solver）选项（1）Simulationtime组：设置仿真起止时间。（2）Solveoptions组：选择求解器，并为其指定参数。变步长算法（Variable-step）固定步长算法（Fixed-step）141．解题器（Solver）选项（1）Simulation152．数据输入输出选项（DataImport/Export）主要用来设置Simulink与MATLAB工作空间交换数值的有关选项。Loadfromworkspace（从工作空间载入数据）Savetoworkspace（将输出保存到工作空间）Saveoptions（保存选项）。152．数据输入输出选项（DataImport/Expo163．诊断选项（Diagnostics）用于设置系统对仿真过程中，可能会出现一些非正常事件做出何种反应，有以下几种：None：不做任何反应。Warning：提出警告，但警告信息不影响程序的运行。Error：提示错误，运行的程序停止。163．诊断选项（Diagnostics）用于五、观察Simulink的仿真结果观察仿真结果的方法有以下几种：1、将仿真结果信号输入到输出模块“Scope”示波器、“XYGraph”二维X-Y图形显示器与“Display”数字显示器中，直接查看。2、将仿真结果信号输入到“ToWorkspace”模块中，再用绘图命令在MATLAB命令窗口里绘制出图形。3、将仿真结果信号返回到MATLAB命令窗口里，再利用绘图命令绘制出图形。

17五、观察Simulink的仿真结果观察仿真结果的方法有以下18六、建模仿真实例连续系统基于微分方程的simulink仿真18六、建模仿真实例连续系统基于微分方程的simulink仿19（一）基于微分方程的simulink仿真

根据物理定理建立微分方程，并以此微分方程创建SIMULINK模型的完整步骤：仿真参数设置。

微分方程的整理；模块的复制；信号线的构画；模块参数设置；

示波器的调整；19（一）基于微分方程的simulink仿真根2020211、新建模型窗2、模块库复制所需模块到空白模型窗

211、新建模型窗223、模块间信号线的连接

223、模块间信号线的连接234、根据理论数学模型设置模块参数234、根据理论数学模型设置模块参数24改变输入口符号的求和模块参数设置窗口24改变输入口符号的求和模块参数设置窗口2