计算机系统仿真-Simulink

Mat1ab及其应用讲座之五

动态系统仿真-----Simulink

鲍文

2011-10-27

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目录

发展历史

基本使用

模型介绍

数值仿真

高级分析

例题

2011-10-27

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＞发展历史

1、动态系统仿真CSCAD(E)

80年代前：自己编程序，C/FORTRAN

90年代后：集成仿真环境

VisSimSimuLink

2、SimuLink发展

1990年出现，叫SimuLab

1992年改名为SimuLinkLO+3.5

2011999年SimuLink3.0+5.300

:u

工基本使用

•1、Simulink的启动

•1).命令窗口中键入simulink

•2).file菜单中选择new命令的model

•3).工具栏中，按按钮

•4).模型窗口file菜单选择new命令的model

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2.仿真一个简单的模型

•仿真一个温度计放入水中，显示的变化。

•1）仿真建立模型：惯性环节1/（Ts+1）

•T=10s

•2）搭建这个模型：使用simulink

•3）开始仿真：a.开始/结束时间

・b.仿真方法

•4）看看显示/修改模型参数

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3.基本操作

•1)选择（多个）/复制模型2）连线/移动

・3)修改模型参数4）模型名字修改

・5)旋转模型6）保存文件

•7)打印

2蜉蒲,

「口：心

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••

3、模型介绍

只介绍一些经典模块

・1、数据源部分：

•A常数模块B阶跃模块

•B信号发生器

•只接受输入的数字，不接受变量

・D时钟

•输出仿真中的当前时间，以秒为单位

记录数据序列中需要这个模块。

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E从文件读数

­至少有两行，单调递增的时间，其

它行为对应数据。文本文件或mat文件。

对数据文件没有描述的时间，采用线性

插值的方法得到中间数据。使用这个模

块可以设定任意的输入曲线，对测试试

验数据十分有用。需要注意输入输入不

能过于稀少，免得导致仿真的精度降低

O

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F从工作空间读数

这个模块从工作空间中读取数据，数据

源至少有两列，第一列为单调递增的时

间，其它列为对应的数据。这个模块的

其它特性和fixmifile一样。它常用于在

MATLAB工作空间处理完数据后，读入

SIMULINK中。

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2、连接

•a）聚合

•一般用在显示、保存或者状态空间系统的

输入中。

・b）分离

•一般用在处理从文件、工作空间读入数据

或者状态控制系统的输出分解。

・c）子系统

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3、显示部分

•1）示波器

•示波器中可以同时显示多个曲线

・2）输出到文件

•3）输出到工作空间

•4）数字显示

・5）XY图

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6）、高级显示

•A)Extras中的增强显示

谱分析/相关分析

•B)DSP模块

作FFT显示

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ST

4、线性系统

•1）增益

•输出为输入与增益的乘积。

・2）加法

•对输入作求和（差）操作，输入可以使两

个或者多个。操作使用+-+-系统给出。

・3）传递函数

,分子分母多项式形式。分母的阶次必须大

于分子的阶次，初始值条件为0。

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•4）积分

•可以设定初始条件。

・5）状态空间

•a、b、c、d形式，可以给出初值。

・6）扩展

・a、PIDb、可设定初值的传函

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线性系统

常见

死区限幅滞环滞后

aturationBacklash

MATLAB函数或表达式个表

或者向量输入的表达式是有效的

sin、u(l)/u(2)(

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•3)Fen:函数

•对输入进行符合c语言规范的数学表达式

处理。模块输入为U。它使用的函数比较

少。它可以进行如sin(u[l])之类的计算。

•4)保存一步memory

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6、离散系统

1）零阶保持器。模拟A/D转换器。

2）一阶保持器。

3）离散积分器，实现离散的欧拉积分。

4）离散传递函数和离散状态空间模型（初值

5）延迟：输入信号做单位延时并保持一个采

样周期。没有延迟采保，使用零阶保持器，

大于一个单位的延迟功能，采用Discrete

TransferFCN模块。

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、扩展的模块

NCD模块：O例子

模糊

神经元网络

电力系统

/在、它：系统辨识、通讯

子：计算峰峰值y=sqrt(x).*sin(x).A2

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8■子系统的建立

•D为什么建立子系统

・a减少模块数b有利于调试

•c对大系统/复杂系统有利

・2）建立方法

•aSubsystembGroup命令

,3）输入输出

•ain/outb更名

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9、注意

•1）大部分模块可连接向量、可改方向

•2）连续系统和离散系统可以共同使用

・3）少用matlabFCN

•4）模块可以使用mask产生：iconedit

•5）初始化数据：

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四、数值仿真

1、仿真方法

1）定步长仿真：1,2,3,4,5

仿真步长的选择：

a稳定性：最小时间常数的一半

b精度：更小一些

随机特性/非线性

2）变步长仿真：缺省

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ARunge-Kutta（包含rk23、rk45）适合于高

度非线性或不连续系统，不适合刚性系统

*

BAdams方法:非线性小、时间常数变化小

Cstiff方法是专门用于刚性系统仿真

DEuler方法比较差，尽量避免使用

ELinsim方法适合于接近线性的系统，对

线性刚性系统有很大的优越性。

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2、步长控制

1）容许误差越大，仿真的精度越低。一般容

许误差应当在0.1至U1e-6之间。

2）最大步长足够小，则仿真的精确度比较好

,最大步长比较大，可能出现不稳定。

3）仿真的最小步长，是仿真开始的步长。设

置的过小，如系统不连续，在不连续处容

易产生过多的点，会超出可用内存和资源;

如果最小步长过大，导致结果不精确。

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限高级分析

函数linmod、dlinmod进行模型的线性化。

6

[a5b9c5d]=linmod(sfun\x?u)注意：

1)SIMULINK模型的输入输出必须使用

Connectios库中的Inport和Output模块来定义

,SignalGenerator和Scope未可以作为系统

的输入输出。

2)函数的sfim参数必不可少，它是

SIMULINK模型的名字；

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•3)可使用x,u来设定系统的状态和输入工作

I点，缺省值全为零。

1*4)MATLAB还提供了一个linmod2函数，它

I比linmod要精确一些，但运行时间更长。

卜一旦得到了系统状态空间形式描述的模型，

I就可以进一步的进行系统分析，如画Bode图

1,做阶跃响应，判断稳定性，还可以进行控

I制系统设计。

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2、平衡点确定

•使用trim函数可以确定平衡点。它的调用格

式为：

•[x?u9y5dx]=trim('sfun\xO?uO9yO)

•其中sfim为模型文件名，xO为初始猜测假设

，u0>yO为输入和输出值。

•MATLAB通过寻优的方式寻找最佳平衡点

,多次使用不同的初值寻找平衡点是有必

要的。

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3、命令行仿真

[T,X,Y1=

sirnfmoder,TIMESPAN,OPTIONS,UT)

其中：

TimeSpan:[TStartOutputTimesTFinal]

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f

l

i

1、内存、cpu

2、递阶结构：子结构少用汉字

3、代数环：仿真速度减慢.

条件:前馈中有：

aGainb大部分非线性

c传函的分子分母同阶d状态空间，d=0

解决：a插入memoryb加入高频传递

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其它方面

1、自主模块：可使用s・func,c/fortran

2、与其他toolbox联合使用

3、报警的处理:warning

4、simulink动画

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安装一个网络上来的工具箱

1、寻找工具箱

i2、下载

3、安装：解包、复制、增加路径

4、测试

5、做一些修改

例子：ansim

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实时仿真

一*、前百

实时仿真的意义：控制硬件、半实物仿真

实时工具箱的要求：

1)C编译器2)Simulink

功能：1)实时程序(DOS)、C程序

2)windows下的加速仿真

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~l

MATLABC-MEXS-fuactions

rnotfel.mdl

Real-TimeWorkshop

system.tm-fReal-TimeWorkshopBuild

编model.rtv/

TLCprogram:

Target

译

•SystemtargetfileLanguage

Compiler

•Blocktargetfiles

过•TargetLanguage

model.c

Compilerfunctionmodel.h

librarymotf