《SIMULINK基礎(chǔ)》PPT課件.pptVIP

,第十章 Simulink 基礎(chǔ),第一節(jié) Simulink概述,第三節(jié) Simulink電力系統(tǒng)模塊簡介,第二節(jié) Simulink 基本模塊簡介,第四節(jié) Simulink 建模方法和步驟,第五節(jié) Simulink 仿真運(yùn)行及結(jié)果分析,第一節(jié) Simulink概述,二、計(jì)算機(jī)仿真,建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。,一、SIMULINK簡介,仿真系統(tǒng)的組裝，包括設(shè)計(jì)仿真算法，編制計(jì)算機(jī)程序 使仿真系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型能為計(jì)算機(jī)所接受并在計(jì)算機(jī)上 運(yùn)行。,運(yùn)行仿真模型，進(jìn)行仿真試驗(yàn)，再根據(jù)仿真試驗(yàn)的結(jié)果 進(jìn)一步修正系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和仿真系統(tǒng)。,三、Simulink的工作環(huán)境,Simulink工作環(huán)境具有如下特性：,自動(dòng)代碼生成，以處理連續(xù)時(shí)間，離散時(shí)間以及混合系統(tǒng)；,優(yōu)化代碼，以保證快速執(zhí)行；,可移植的代碼使其應(yīng)用范圍更加廣泛；,從Simulink下載到外部硬件上的交互參數(shù)使系統(tǒng)在工作狀態(tài) 下很容易調(diào)試；,一個(gè)菜單驅(qū)動(dòng)的圖形用戶界面使得軟件的使用非常容易。,為了便于讀者對(duì)Simulink的初步認(rèn)識(shí)，下面給出圖 10-2所示的簡單仿真環(huán)境，該仿真環(huán)境顯示的是變頻余弦 曲線。,圖10-2 simulink的仿真環(huán)境,第二節(jié) Simulink 基本模塊簡介,圖10-3 Simulink模塊庫瀏覽器,第四章 Matlab數(shù)值運(yùn)算基礎(chǔ),1、信號(hào)源模塊庫（Sources）,信號(hào)源模塊庫為仿真系統(tǒng)提供了連續(xù)時(shí)間和離散時(shí)間的 信號(hào)源如表10-1所示：,表10-1 信號(hào)源模塊及功能,2、 輸出模塊庫（Sinks）,輸出模塊庫中提供了各種功能的輸出模塊，包括圖形顯示和數(shù)據(jù)存貯等，如表10-2所示：,第四章 Matlab數(shù)值運(yùn)算基礎(chǔ),表10-2 輸出模塊及功能,3 、 連續(xù)系統(tǒng)模塊庫（Continuous）,連續(xù)系統(tǒng)模塊庫提供了連續(xù)系統(tǒng)運(yùn)算功能的多種模塊，如表10-3所示：,表10-3 連續(xù)系統(tǒng)主要模塊及功能,4 、 離散系統(tǒng)模塊庫（Discrete）,離散系統(tǒng)模塊庫中提供了濾波器、脈沖傳遞函數(shù)等離散系統(tǒng)模塊，如表10-4所示：,表10-4 離散系統(tǒng)主要模塊及功能,5、 數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊庫（Math operations）,數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊庫中提供了包括數(shù)學(xué)運(yùn)算、關(guān)系運(yùn)算、復(fù)數(shù)運(yùn)算等多種用于數(shù)學(xué)運(yùn)算的模塊，如表10-5所示：,表10-5 數(shù)學(xué)運(yùn)算主要模塊及功能,6、 通用模塊庫（Commonly Used Blocks）,通用模塊庫中提供了一般建模常用的模塊，這些模塊在各自的分類模塊庫中均能找到，但為了使用方便，特將一些常用的模塊集中起來組成了該庫如表10-6所示：,表10-6 通用模塊及功能,7、 信號(hào)路徑模塊庫（signal routing）,信號(hào)路徑模塊庫提供了信號(hào)在模型中流動(dòng)的各種路徑通道的選擇，包括信號(hào)的分離、匯合以及通道選擇等模塊，如表10-7所示：,表10-7 信號(hào)路徑模塊庫,Simulink模塊庫中的內(nèi)置模塊均提供了簡單的描述與詳細(xì)的幫助文檔，這可以大大方便用戶的使用與理解。要查詢某個(gè)模塊的幫助文檔只需將該模塊移到一個(gè)模型文件中，再右擊它，在彈出的快捷菜單中選擇help就能打開對(duì)應(yīng)的幫助頁面了，如圖10-4 所示：,圖10-4 打開模塊的幫助文檔 (a)打開幫助文檔的命令 ; (b)打開的幫助文檔,（a）,（b）,第三節(jié) Simulink電力系統(tǒng)模塊簡介,圖10-5 電力系統(tǒng)模塊庫,一、電源模塊庫（Electrical Source）,電源模塊庫提供了電路、電力系統(tǒng)中常用的各種 理想電源及可編程電源等，如表10-8所示：,表10-8 電源模塊庫,二、電器元件庫（Elements）,電器元件庫中提供了各種線性網(wǎng)絡(luò)電路元件 和非線性網(wǎng) 絡(luò)電路元件，包括支路元件（Elements）、 輸配電線路元件（Lines）、斷路器元件（Circuit Breakers）、變壓器元件（Transformers）等， 如表10-9所示：,表10-9 電器元件模塊及功能,三、電機(jī)模塊庫（Machines）,電機(jī)模塊庫提供了各種形式的電機(jī)，并且為了 建模方便還將個(gè)別電機(jī)模塊分成了標(biāo)么制單位和有 名制單位兩種，如表10-10所示：,表10-10 電機(jī)模塊及功能,四、電力電子模塊庫（Power Electronics）,電力電子模塊庫提供了各種電力電子器件 及其附屬電路（如脈沖觸發(fā)電路）等實(shí)用的功能 模塊，如表10-11所示：,表10-10 電機(jī)模塊及功能,第四節(jié) Simulink 建模方法和步驟,Simulink模型通常包括信源（Source）、功能系統(tǒng)（System）和顯示（Sinks）三大部分，見圖10-6，這三 部分又分別由相應(yīng)的功能模塊組成，從模塊庫中找到合 適的模塊移到模型文件編輯區(qū)中，按要求連接后還要將 各模塊元件的參數(shù)設(shè)置成實(shí)際的大小即可完成建模。,一、模塊的選取,二、模塊的編輯,2、模塊的移動(dòng),1、模塊的選擇,3、模塊的縮放,4、模塊的復(fù)制、刪除,5、模塊的顯示屬性設(shè)置,三、模塊的連接及參數(shù)設(shè)置,1、模塊的連接,圖10-11 模塊的連接 (a)模塊連接成功 ; (b)模塊連接失敗,2、模塊連接線的操作,圖10-12 分支連接線示例,圖10-13 改變連接線的走線形狀,3、為信號(hào)線加文字標(biāo)識(shí),圖10-14 在連接線上加文字標(biāo)識(shí),4、參數(shù)的設(shè)置,圖10-15 模塊的參數(shù)設(shè)置,第五節(jié) Simulink 仿真運(yùn)行及結(jié)果分析,圖10-16 設(shè)置仿真參數(shù),左側(cè)樹形圖中的項(xiàng)目組含義如下：,Solver（解算器）,Data Import/Export（數(shù)據(jù)輸入輸出）,Optimization（優(yōu)化）,Diagnostics（診斷）,Hardware Implementation（硬件工具）,Model Referencing（模塊引用）,一、Solver（解算器）選項(xiàng),二、數(shù)據(jù)輸入輸出（Data Import/Export）,圖10-17 數(shù)據(jù)輸入輸出參數(shù)的設(shè)置,三、診斷選項(xiàng)（Diagnostics）,圖10-18 仿真異常診斷設(shè)置,四、觀察Simulink的仿真結(jié)果,1）將信號(hào)輸出到顯示模塊,2）將仿真結(jié)果存儲(chǔ)到工作空間,3）將仿真結(jié)果通過輸出端口返回到Matlab命令窗口， 再利用繪圖命令繪出輸出圖形在Sinks模塊組中有 一個(gè)名 Out1的模塊，將數(shù)據(jù)輸入到這個(gè)模塊，該 模塊就會(huì)將數(shù)據(jù)輸出到Matlab命令窗口，并用名為 yout的變量保存，同時(shí)還將時(shí)間數(shù)據(jù)用tout變量保存。,五、簡單的模型示例,圖10-19所示是一個(gè)非常簡單的電路分析，模擬工頻 交流電的阻感響應(yīng)。,圖10-19 一個(gè)簡單的Simulink模型,圖10-20 仿真的結(jié)果,第六節(jié) SIMULINK典型模塊使用的簡單示例,【例10-1】：數(shù)組的乘法運(yùn)算的SIMULINK仿真 在“SIMULINK”環(huán)境下，點(diǎn)擊工具欄上的新建快 捷按鈕，則空白的尚未命名的模型文件編輯區(qū)如 圖10-21所示。,圖10-21 空白模型文件編輯器,圖10-22 數(shù)組的乘法運(yùn)算模塊連接圖,圖10-23 Constant模塊參數(shù)設(shè)置對(duì)話框,圖10-24 Constant1模塊參數(shù)設(shè)置對(duì)話框,圖10-25 數(shù)組的乘法運(yùn)算的“Product”模塊設(shè)置對(duì)話框,參數(shù)設(shè)置后的模型文件編輯界面如圖10-26所示。,圖10-26 設(shè)置參數(shù)后的數(shù)組乘法運(yùn)算模塊連接圖,仿真之前，點(diǎn)擊菜單欄上的“Simulation” “Configuration Parameters”，出現(xiàn)一對(duì)話框，點(diǎn)擊此對(duì)話框中“Solver”處的下拉箭頭，從彈出的選項(xiàng)中選取“discrete(no continuous states)”；將“Solver options”中的“Max step size”設(shè)置為0.2。以下各例同此。 最后點(diǎn)擊工具欄上的仿真按鈕，仿真結(jié)果如圖10-27所示。,圖10-27 數(shù)組的乘法運(yùn)算仿真結(jié)果,【例10-2】：矩陣的乘法運(yùn)算的SIMULINK仿真 矩陣的乘法運(yùn)算模塊調(diào)用與數(shù)組的乘法運(yùn)算模塊調(diào)用一樣，首先要對(duì)所調(diào)用的模塊進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。比如要做size分別為34和43兩個(gè)矩陣的乘法運(yùn)算，對(duì)這兩個(gè)矩陣的參數(shù)設(shè)置的“Constant”對(duì)話框分別如圖10-28、圖10-29所示：,圖10-28 34矩陣的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框,圖10-29 43矩陣的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框,圖10-30 矩陣的乘法運(yùn)算的“Product”模塊設(shè)置對(duì)話框,圖10-31 矩陣的乘法運(yùn)算仿真結(jié)果,圖10-32 數(shù)組的除法運(yùn)算模塊連接圖,【例10-3】：數(shù)組的除法運(yùn)算的SIMULINK仿真,圖10-33 設(shè)置參數(shù)后的數(shù)組除法運(yùn)算模塊連接圖,圖10-34 數(shù)組的除法運(yùn)算仿真結(jié)果,【例10-4】：矩陣的除法運(yùn)算的SIMULINK仿真 矩陣AB代表inv(A)*B。求A的逆陣inv(A)時(shí)， 從“Math Operations”中調(diào)用“Divide”模塊。雙擊該 模塊，對(duì)話框如圖10-35所示。,圖10-35 Divide設(shè)置對(duì)話框,在圖10-35中，保留“Number of input”標(biāo)簽處的“/”，刪去“*”，再選“Multiplication”標(biāo)簽處的“Matrix(*)”，設(shè)置后如圖10-36所示，此時(shí) “Divide” 模塊的外觀由原來的 變?yōu)?。,圖10-36 設(shè)置后的Divide對(duì)話框,圖10-37 矩陣除法運(yùn)算模塊連接圖,圖10-38 矩陣除法運(yùn)算的仿真結(jié)果,【例10-5】：數(shù)組連接的SIMULINK仿真,圖10-39 數(shù)組的模塊連接圖,圖10-40 “Matrix concatenation”模塊設(shè)置對(duì)話框,圖10-41 數(shù)組的水平連接仿真結(jié)果,圖10-42 數(shù)組的水平連接另一仿真結(jié)果,圖10-43 數(shù)組的垂直連接,【例10-6】：數(shù)組重組的SIMULINK仿真,圖10-44 數(shù)組重組的模塊連接,圖10-45 “reshape”模塊設(shè)置對(duì)話框,圖25中的“Output dimensionality”中共有4個(gè)選項(xiàng)，選“Column vector”和“1-D array”選項(xiàng)，可將輸 入的數(shù)組重塑成列向量，如圖10-46所示。,圖10-46 32的數(shù)組重塑成列向量,選“Row vector”選項(xiàng)，可將輸入的數(shù)組重塑成行向量。如圖10-47所示。,圖10-47 32的數(shù)組重塑成行向量,選“Customize”時(shí)，“Output dimensions”功能啟用，在其下的可編輯框內(nèi)輸入新的行數(shù)和列數(shù)，如圖10-48所示。,圖10-48 32數(shù)組重塑成23數(shù)組的設(shè)置對(duì)話框,重塑后的數(shù)組仿真結(jié)果如圖10-49所示。,圖10-49 32數(shù)組重塑成23數(shù)組的仿真結(jié)果,【例10-7】：FIR數(shù)字帶通濾波器的SIMULINK仿真示例 有一頻率分別為10Hz、20Hz和30Hz的混合信號(hào)，利用帶通濾波器將20Hz的信號(hào)從混合信號(hào)中分離出來，仿真過程如下： 從“Sourses”模塊組中取出三個(gè)“Sine Wave”模塊；從“Math Operations”模塊組中取出“Add”模塊和“Gain”模塊；濾波器模塊取法如下：單擊“Simulink Library Browser”“Signal Processing Blockset” “Filtering”“Filter Designs”，則在右側(cè)出現(xiàn)“Digital Filter Designs”濾波器模塊，如圖10-50所示，從中取出此模塊。,圖10-50 定位“Digital Filter Design”模塊圖,從“Sinks”模塊組中取出兩個(gè)“Scope”模塊，將各模塊連接起來，如圖10-51所示。模型文件命名為“firbandpass”。,圖10-51 FIR帶通數(shù)字濾波器模塊連接圖1,圖10-51中，“Add”模塊，左端默認(rèn)輸入數(shù)是2，由于此例有三個(gè)輸入，故需將其重新進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置方法為雙擊該模塊，將出現(xiàn)的對(duì)話框中的“List of signs”標(biāo)簽下的“+”后再添一個(gè)“+”即可（圖略）。同樣，“Scope”模塊默認(rèn)的輸入端是一個(gè)，圖10-51中第一個(gè)“Scope”模塊有四個(gè)輸入端，設(shè)置方法為雙擊該模塊，出現(xiàn)空的示波器（圖略），點(diǎn)擊工具欄上的參數(shù)設(shè)置按鈕，出現(xiàn)如圖10-52所示的會(huì)話框。,圖10-52 示波器參數(shù)設(shè)置對(duì)話框,將會(huì)話框中的“Number of axes”中的默認(rèn)值 “1” 改為“4”即可。四個(gè)輸入端的“Scope”模塊顯示的分別是10Hz、20Hz、30Hz和濾出的20Hz的信號(hào)波形。一個(gè)輸入端的“Scope1”模塊顯示的是混合信號(hào)的波形。下面對(duì)輸入的三個(gè)正弦波進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。雙擊第一個(gè)正弦波，將出現(xiàn)的會(huì)話框中的幅值改為2，頻率改為10Hz，根據(jù)奈奎斯特準(zhǔn)則，采樣時(shí)間選為0.01s，參數(shù)設(shè)置后如圖10-53所示。,圖10-53 正弦波參數(shù)設(shè)置對(duì)話框,另外兩個(gè)正弦波設(shè)置方法同（圖略），幅值分別為“4” 和“6”，頻率分別為“20Hz”和“30Hz”，采樣頻率依然是0.01s。 雙擊“Digital Filter Design”模塊，對(duì)彈出的對(duì)話框中進(jìn)行 參數(shù)設(shè)置，在“Response Type”標(biāo)簽下選“Bandpass”；“Design Method”標(biāo)簽下選“FIR”，且選FIR的“Equiripple”方法；“Filter Order”中的“Specify order”填“100”；“Options”中的“Density Factor”填“30”；“Frequency Specifications”中的“Units”選“Hz”； “Fs”、“Fstop1”、“Fpass1”、“Fpass2”和“Fstop2”處分別填“100”、 “15”、“19”、“22”和“26”，其它不變，然后點(diǎn)最下行的“Design