第2章simulink仿真技術(shù)(12ji)

1、2.1 2.1 simulink介紹介紹 Simulink是是MATLAB的重要組成部分的重要組成部分, ,是一是一個(gè)個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析建模、仿真和分析的軟件的軟件包包。它支持線(xiàn)性和非線(xiàn)性系統(tǒng)連續(xù)和離散時(shí)間模。它支持線(xiàn)性和非線(xiàn)性系統(tǒng)連續(xù)和離散時(shí)間模型，或者是兩者的混合。型，或者是兩者的混合。 它提供它提供建立系統(tǒng)模型建立系統(tǒng)模型、選擇仿真參數(shù)和選擇仿真參數(shù)和數(shù)值算數(shù)值算法、啟動(dòng)仿真程序?qū)υ撓到y(tǒng)進(jìn)行仿真、設(shè)置不同法、啟動(dòng)仿真程序?qū)υ撓到y(tǒng)進(jìn)行仿真、設(shè)置不同的輸出方式來(lái)觀察仿真結(jié)果的輸出方式來(lái)觀察仿真結(jié)果等功能。等功能。 第第2章章 simulink 仿真技術(shù)仿真

2、技術(shù)2.1.1 Simulink2.1.1 Simulink的啟動(dòng)與退出的啟動(dòng)與退出 1 1SimulinkSimulink的啟動(dòng)的啟動(dòng)啟動(dòng)啟動(dòng)simulink之前必須首先運(yùn)行之前必須首先運(yùn)行MATLAB，然后，然后才能啟動(dòng)才能啟動(dòng)simulink并建立系統(tǒng)模型。并建立系統(tǒng)模型。啟動(dòng)啟動(dòng)simulink過(guò)程：過(guò)程：(1) 執(zhí)行執(zhí)行Filenew，在彈出的子菜單選，在彈出的子菜單選Model，進(jìn)入進(jìn)入Simulink模型編輯窗口模型編輯窗口(2)雙擊雙擊Simulink模型編輯窗口主工具欄的模型編輯窗口主工具欄的 按按 鈕，則打開(kāi)鈕，則打開(kāi)Simulink模型庫(kù)瀏覽器模型庫(kù)瀏覽器(Simulin

3、k Library Browser)利用模型編輯窗口，可以通過(guò)鼠標(biāo)的拖放操作創(chuàng)建利用模型編輯窗口，可以通過(guò)鼠標(biāo)的拖放操作創(chuàng)建一個(gè)模型。一個(gè)模型。模型創(chuàng)建完成后，從模型編輯窗口的模型創(chuàng)建完成后，從模型編輯窗口的File菜單項(xiàng)中選擇菜單項(xiàng)中選擇Save或或Save As命令，命令，可以可以將模型以模型文件的格式將模型以模型文件的格式(擴(kuò)展名為擴(kuò)展名為.mdl)存存入磁盤(pán)。入磁盤(pán)。如果要對(duì)一個(gè)已經(jīng)存在的模型文件進(jìn)行編輯修改，如果要對(duì)一個(gè)已經(jīng)存在的模型文件進(jìn)行編輯修改，需要打開(kāi)該模型文件，其方法是需要打開(kāi)該模型文件，其方法是:在在MATLAB命令窗口直接輸入模型文件名命令窗口直接輸入模型文件名(不要不

4、要加擴(kuò)展名加擴(kuò)展名.mdl);在模塊庫(kù)瀏覽器窗口或模型編輯窗口的在模塊庫(kù)瀏覽器窗口或模型編輯窗口的File菜菜單中選擇單中選擇Open命令，命令，然后選擇或輸入模型的名字然后選擇或輸入模型的名字;單擊模塊庫(kù)瀏覽器窗口工具欄上的單擊模塊庫(kù)瀏覽器窗口工具欄上的 Open a model命令按鈕命令按鈕或模型編輯窗口工具欄上的或模型編輯窗口工具欄上的Open model命令按命令按鈕鈕2. simulink模塊庫(kù)瀏覽器界面模塊庫(kù)瀏覽器界面simulink模塊庫(kù)瀏覽器界面組成如圖模塊庫(kù)瀏覽器界面組成如圖2-9所示所示。圖 2-9 simulink模塊庫(kù)瀏覽器的組成1. Simulink模型庫(kù)中的模塊模

5、型瀏覽器中Simulink名下的模型共有9大類(lèi):1) 連續(xù)系統(tǒng)(Continuous)模塊庫(kù)主要用于構(gòu)建連續(xù)控制系統(tǒng)的仿真模型微分運(yùn)算:對(duì)輸入信號(hào)的做微分運(yùn)算積分運(yùn)算:對(duì)輸入信號(hào)的做積分運(yùn)算多項(xiàng)式傳遞函數(shù):分子分母以多項(xiàng)式表 示的傳遞函數(shù)零極點(diǎn)傳遞函數(shù):以零極點(diǎn)表示的傳遞函數(shù)狀態(tài)方程:建立狀態(tài)方程2) 非線(xiàn)性系統(tǒng)(Discontinuities)模塊庫(kù)主要用于模擬各種非線(xiàn)性環(huán)節(jié)間隙:模擬間隙非線(xiàn)性環(huán)節(jié)(如齒輪)庫(kù)倫和粘滯摩擦:模擬含有粘滯和靜摩擦特性的非線(xiàn)性環(huán)節(jié)死區(qū):設(shè)定死區(qū)范圍階梯信號(hào):根據(jù)輸入產(chǎn)生階梯信號(hào)斜坡函數(shù):限制輸入信號(hào)的上升和下降的變化率滯環(huán)控制:模擬帶滯環(huán)特性的繼電器環(huán)節(jié)飽和限制

6、:設(shè)置輸出的正負(fù)限幅值,模擬環(huán)節(jié)的 飽和特性2) 離散系統(tǒng)(Discrete)模塊庫(kù)主要用于構(gòu)建離散控制系統(tǒng)的仿真模型,各模塊功能基本上與連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)相對(duì)應(yīng)3) 數(shù)學(xué)運(yùn)算(Math Operations)模塊庫(kù)取絕對(duì)值:取輸入信號(hào)的絕對(duì)值或模計(jì)算點(diǎn)積:輸出兩個(gè)輸入信號(hào)的點(diǎn)積邏輯運(yùn)算:與、或、非等邏輯運(yùn)算符乘法運(yùn)算:對(duì)輸入信號(hào)做乘法算符比較運(yùn)算:、”，如圖，如圖2-33所示。所示。圖2-33Relational Operator模塊參數(shù)設(shè)置 圖2-34Clock模塊參數(shù)設(shè)置 （3）Clock模塊：模塊：采用默認(rèn)參數(shù)設(shè)置如圖采用默認(rèn)參數(shù)設(shè)置如圖2-34 所示。所示。（4）Switch模塊：模塊：

7、設(shè)定設(shè)定Switch模塊的模塊的Threshold值為值為0.5, ,從而實(shí)現(xiàn)從而實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)的輸出隨仿真時(shí)間進(jìn)行正確的切換。如圖此系統(tǒng)的輸出隨仿真時(shí)間進(jìn)行正確的切換。如圖2-35所示。所示。圖2-35Switch模塊參數(shù)設(shè)置 （5）Gain模塊：模塊：其參數(shù)設(shè)置如圖其參數(shù)設(shè)置如圖2-32系統(tǒng)模型中系統(tǒng)模型中所示所示 。3）系統(tǒng)）系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置仿真參數(shù)設(shè)置及仿真分析及仿真分析 系統(tǒng)系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置見(jiàn)圖仿真參數(shù)設(shè)置見(jiàn)圖2-36圖圖2-36系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置 運(yùn)行仿真的方法有下列幾種：運(yùn)行仿真的方法有下列幾種：（1）選擇菜單選擇菜單Simulation中的中的Start Simula

8、tion。（2）使用模型編輯器工具欄中的使用模型編輯器工具欄中的 Play按鈕（黑三角）按鈕（黑三角）。系統(tǒng)模塊參數(shù)與系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置完畢之后，系統(tǒng)模塊參數(shù)與系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置完畢之后，用戶(hù)便可開(kāi)始系統(tǒng)仿真了。用戶(hù)便可開(kāi)始系統(tǒng)仿真了。仿真結(jié)束后，雙擊系統(tǒng)模型中的Scope模塊，顯示的系統(tǒng)仿真結(jié)果，如圖2-37所示。 圖圖2-37系統(tǒng)仿真結(jié)果輸出曲線(xiàn)系統(tǒng)仿真結(jié)果輸出曲線(xiàn)4）步長(zhǎng)設(shè)置）步長(zhǎng)設(shè)置 仿真參數(shù)的選擇對(duì)仿真結(jié)果有很大的影響。在使仿真參數(shù)的選擇對(duì)仿真結(jié)果有很大的影響。在使用用simulink對(duì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)進(jìn)行仿真時(shí)，影響仿真結(jié)果對(duì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)進(jìn)行仿真時(shí)，影響仿真結(jié)果輸出的因素有仿真起時(shí)間、結(jié)束時(shí)間和仿

9、真步長(zhǎng)。輸出的因素有仿真起時(shí)間、結(jié)束時(shí)間和仿真步長(zhǎng)。對(duì)于本例可以采取下列設(shè)置，如圖對(duì)于本例可以采取下列設(shè)置，如圖2-38所示。其輸所示。其輸出結(jié)果如圖示出結(jié)果如圖示2-39所示。所示。 圖2-38系統(tǒng)最大仿真步長(zhǎng)設(shè)置圖2-39系統(tǒng)最大仿真步長(zhǎng)為0.1下的仿真輸出結(jié)果 n對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的Simulink仿真模型，可以把模塊中完成特定功能的一部分模塊組合起來(lái)，創(chuàng)建一個(gè)新的模塊，這個(gè)新的模塊統(tǒng)稱(chēng)為子子系統(tǒng)（系統(tǒng)（Subsystem）。n子系統(tǒng)減少了Simulink系統(tǒng)框圖中模塊數(shù)量，使模型的層次、結(jié)構(gòu)及功能更加清晰，一目了然。2.4 創(chuàng)建創(chuàng)建simulink子系統(tǒng)子系統(tǒng)n子系統(tǒng)有兩種： 未封裝的子系統(tǒng)

10、：沒(méi)有對(duì)話(huà)框，用戶(hù)可打開(kāi)子系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)模塊直接設(shè)置參數(shù)。封裝的子系統(tǒng)：帶有對(duì)話(huà)框，交互式的設(shè)置子系統(tǒng)的參數(shù)建立子系統(tǒng)有兩種方法：l通過(guò)已有的模塊建立子系統(tǒng)通過(guò)已有的模塊建立子系統(tǒng)l通過(guò)通過(guò)Subsystem模塊建立子系統(tǒng)模塊建立子系統(tǒng)這兩種方法創(chuàng)建的子系統(tǒng)最后實(shí)現(xiàn)一模一樣的功能，只不過(guò)操作順序不同，兩者區(qū)別：前者先將結(jié)構(gòu)搭建起來(lái)，然后把相關(guān)模塊封裝起來(lái)建立子系統(tǒng)；后者先做一個(gè)封裝容器，然后再在封裝容器內(nèi)添加模塊。1子系統(tǒng)的創(chuàng)建與操作子系統(tǒng)的創(chuàng)建與操作（1） 通過(guò)已有的模塊建立子系統(tǒng)通過(guò)已有的模塊建立子系統(tǒng)操作步驟：操作步驟：首先選中建立子系統(tǒng)的模塊，不包括輸入端首先選中建立子系統(tǒng)的模塊，不包括輸

11、入端口和輸出端口，然后選擇口和輸出端口，然后選擇simulink模型編模型編輯器中輯器中【Edit】菜單下的菜單下的【 Create subsystem 】 ，或者，或者單擊鼠標(biāo)單擊鼠標(biāo)右鍵，從彈出的快捷菜單中選擇右鍵，從彈出的快捷菜單中選擇Create subsystem即可建立子系統(tǒng)并將這些模塊即可建立子系統(tǒng)并將這些模塊封裝到此子系統(tǒng)中，封裝到此子系統(tǒng)中，simulink自動(dòng)生成子自動(dòng)生成子系統(tǒng)的輸入與輸出端口系統(tǒng)的輸入與輸出端口。圖2-23系統(tǒng)仿真模型例例:將系統(tǒng)仿真模型圖將系統(tǒng)仿真模型圖2-23進(jìn)行子系統(tǒng)封裝進(jìn)行子系統(tǒng)封裝,使其成為使其成為 圖圖2-24的仿真模型的仿真模型選擇需要封裝

12、的子系統(tǒng)，選擇需要封裝的子系統(tǒng)，單擊鼠標(biāo)右鍵選擇單擊鼠標(biāo)右鍵選擇Create subsystem，或使用或使用Edit菜單項(xiàng)中的相應(yīng)命令進(jìn)行子系統(tǒng)封裝。菜單項(xiàng)中的相應(yīng)命令進(jìn)行子系統(tǒng)封裝。圖2-24 子系統(tǒng)封裝仿真模型（2）通過(guò)）通過(guò)Subsystem模塊模塊建立子系統(tǒng)建立子系統(tǒng)操作步驟為：操作步驟為： 打開(kāi)打開(kāi)Simulink庫(kù)中的庫(kù)中的Ports & Subsystems模模塊庫(kù)，將塊庫(kù)，將Subsystem模塊拖到模型編輯窗口中模塊拖到模型編輯窗口中雙擊雙擊Subsystem模塊，打開(kāi)一個(gè)空白的模型編模塊，打開(kāi)一個(gè)空白的模型編輯窗口，將要組合的模塊添加到該窗口中，另輯窗口，將要組合

13、的模塊添加到該窗口中，另外還要根據(jù)需要添加輸入模塊和輸出模塊，表外還要根據(jù)需要添加輸入模塊和輸出模塊，表示子系統(tǒng)的輸入端口和輸出端口。示子系統(tǒng)的輸入端口和輸出端口。在使用Simulink建立子系統(tǒng)模型時(shí)，常用到以下幾種操作：l子系統(tǒng)命名:命名方法與模塊命名類(lèi)似，用有代表意義的文字對(duì)子系統(tǒng)命名，有利于增強(qiáng)模塊的可讀性。l子系統(tǒng)的編輯：用鼠標(biāo)雙擊子系統(tǒng)模塊的圖標(biāo)，打開(kāi)子系統(tǒng)可對(duì)其進(jìn)行編輯。l子系統(tǒng)輸入：使用source模塊庫(kù)中的input模塊，即in1模塊，作為子系統(tǒng)的輸入端口l子系統(tǒng)輸出：使用sink模塊庫(kù)中的ouput模塊，即out1模塊，作為子系統(tǒng)的輸出端口另：使用simpowersystems庫(kù)中的elements模塊庫(kù)中的connection port模塊，也是子系統(tǒng)的輸入/輸出端口例：創(chuàng)建圖所示圖2-25的模塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-26圖2-25 圖2-26本章小節(jié)本章小節(jié)Simulink仿真過(guò)程仿真過(guò)程1、啟動(dòng)、啟動(dòng)MATLAB2、執(zhí)行、執(zhí)行Filenew，在彈出的子菜單選，在彈出的子