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1、Simulink仿真系統(tǒng),在MATLAB中，Simulink是用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和綜合分析的交互工具。 可使用Simulink提供的標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)或者自行創(chuàng)建的模型庫(kù)，描述、模擬和精化系統(tǒng)行為。,內(nèi) 容,簡(jiǎn)單示例 Simulink仿真環(huán)境 仿真模型的創(chuàng)建 動(dòng)態(tài)仿真與結(jié)果分析 子系統(tǒng)的創(chuàng)建與封裝 連續(xù)系統(tǒng)建模,簡(jiǎn)單示例,,示例：用示波器觀察正弦波信號(hào),目的：領(lǐng)略Simulink的操作環(huán)境； 體驗(yàn)Simulink建模、仿真過程與能力,步驟：(1) 進(jìn)入Simulink仿真環(huán)境； (2) 創(chuàng)建仿真模型 (3) 仿真與結(jié)果分析,簡(jiǎn)單示例,,步驟1：進(jìn)入Simulink仿真環(huán)境 單
2、擊Matlab命令窗口中的Simulink按鈕 選擇File New Model命令 在Matlab的命令窗口中輸入命令simulink,可打開 “Simulink Libarary Browser”對(duì)話框，在該對(duì)話框中可查看各種Simulink模塊。創(chuàng)建或打開一個(gè)模型窗口。,簡(jiǎn)單示例,,步驟2：創(chuàng)建模型 添加Simulink模塊; 設(shè)置模塊的屬性； 連接模塊。,在模型窗口中，生成了仿真模型。,簡(jiǎn)單示例,,步驟3：運(yùn)行仿真系統(tǒng) 設(shè)置仿真參數(shù); 啟動(dòng)仿真； 修改仿真顯示的結(jié)果。,雙擊示波器，生成示波器窗口。運(yùn)行仿真可觀察仿真結(jié)果。,簡(jiǎn)單示例,,練習(xí)： 使用Simulink來(lái)計(jì)算“chirp”信
3、號(hào)和正弦函數(shù)信號(hào)疊加后的信號(hào)波形。 提示: (1) 模塊庫(kù)中的信號(hào)源、宿源、數(shù)學(xué)操作；,Simulink仿真環(huán)境,, 工具欄 新建一個(gè)Simulink模型； 打開一個(gè)已創(chuàng)建的Simulink模型； 將瀏覽器設(shè)置在桌面的最高層； 關(guān)鍵詞查找。 菜單欄,模塊庫(kù)瀏覽器(Simulink Library Brower),Simulink下常用模塊,,Simulink提供了諸多子模塊組,每個(gè)子模塊組中還包含眾多的下一級(jí)子模塊及模塊組.,輸入模塊組Sources (可用來(lái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),作為輸入信號(hào)) 輸出池模塊組Sinks 連續(xù)系統(tǒng)模塊組Continuous 離散系統(tǒng)模塊組Discrete 非線性模塊
4、組Discontinuities 數(shù)學(xué)函數(shù)模塊組Math Operations 查表模塊組Look-up Tables 用戶自定義函數(shù)模塊組User-defined Functions,Simulink下常用模塊,,信號(hào)模塊組Signal Routing 信號(hào)屬性模塊組Signal Attributes,Simulink仿真環(huán)境,, 單窗口與雙窗口(模型框、模型瀏覽器) 工具欄 菜單欄 狀態(tài)欄,Simulink 模型窗口界面,創(chuàng)建仿真模型,,創(chuàng)建仿真模型就像搭積木一樣，打開創(chuàng)建模型窗口，首先從相應(yīng)的模塊庫(kù)中選出所需要的仿真模塊，添加到模型窗口中。然后用信號(hào)線把各個(gè)模塊按照系統(tǒng)要求連接起來(lái)，組成
5、所需要的系統(tǒng)仿真模型。 仿真模塊是創(chuàng)建仿真模型的基本單元，是進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ),創(chuàng)建仿真模型,,鼠標(biāo)左鍵法 鼠標(biāo)右鍵法,仿真模塊操作,(1) 添加一個(gè)仿真模塊,(2) 模塊的選定,單個(gè)模塊的選定 多個(gè)模塊的選定,創(chuàng)建仿真模型,,仿真模塊操作,(3) 模塊的復(fù)制,(4) 模塊的刪除,(5) 模塊的移動(dòng),(6) 模塊大小的調(diào)整,(7) 模塊的旋轉(zhuǎn),菜單或鼠標(biāo)右鍵：Format/Rotate,創(chuàng)建仿真模型,仿真模塊操作,(8) 模塊標(biāo)簽的操作,更改模塊標(biāo)簽名：雙擊并修改 改變模塊標(biāo)簽位置：菜單或鼠標(biāo)拖拽 隱藏模塊標(biāo)簽：菜單或鼠標(biāo)右鍵 Format/Hide name,(9)
6、增加模塊陰影,菜單或鼠標(biāo)右鍵 Format/Hide drop shadow,創(chuàng)建仿真模型,仿真模塊操作,(10) 模塊參數(shù)的設(shè)置,雙擊相應(yīng)模塊，在打開的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中，既可查看模塊的各項(xiàng)默認(rèn)參數(shù)設(shè)置，也可根據(jù)需要修改各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置。,創(chuàng)建仿真模型,,仿真信號(hào)線,(1) 模塊間信號(hào)線的連接,信號(hào)線上傳輸?shù)男盘?hào)可以是標(biāo)量也可以是矢量信號(hào)。,(2) 繪制支路信號(hào)線,光標(biāo)指向分支線的起點(diǎn)，按下鼠標(biāo)右鍵（或按ctrl鍵，再按鼠標(biāo)左鍵），看光標(biāo)變?yōu)槭郑蟿?dòng)鼠標(biāo)直至分支線的終點(diǎn)處，釋放鼠標(biāo)按鈕。,創(chuàng)建仿真模型,,仿真信號(hào)線,(3) 在信號(hào)線間插入模塊操作,選中需要插入的模塊，拖動(dòng)模塊到信號(hào)線上需要插入模
7、塊的地方，釋放鼠標(biāo)即可。要求插入的模塊只能由一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。,創(chuàng)建仿真模型,,仿真信號(hào)線,(4) 分割信號(hào)線操作,選中需要分割的信號(hào)線，把鼠標(biāo)移至分割點(diǎn)，同時(shí)按下Shift鍵和鼠標(biāo)左鍵，將鼠標(biāo)拖動(dòng)分割點(diǎn)至所要求的位置，松開鼠標(biāo)和Shift鍵即可。,(5) 移動(dòng)信號(hào)線操作,創(chuàng)建仿真模型,,仿真信號(hào)線,(6) 設(shè)置信號(hào)線標(biāo)簽操作,在需要輸入標(biāo)簽的信號(hào)線上雙擊鼠標(biāo)，在編輯框中輸入標(biāo)簽，再用鼠標(biāo)把標(biāo)簽拖到合適的位置。,創(chuàng)建仿真模型,,對(duì)模型的注釋,(1) 模型注釋的創(chuàng)建,在將用作注釋區(qū)的中心位置，雙擊鼠標(biāo)左鍵，出現(xiàn)編輯框，輸入完所需的文字后，在框外單擊鼠標(biāo)左鍵。,(2) 注釋位置的移動(dòng),仿真參
8、數(shù)設(shè)置,,Solver選項(xiàng)頁(yè),設(shè)置仿真時(shí)間、解算方法、輸出選擇等。,菜單Simulation/simulation parameters命令,完成對(duì)各項(xiàng)仿真參數(shù)的設(shè)置。包括Solver、workspace I/O、Diagnostics、Advanced、Real-Time Workshop選項(xiàng),(1) 仿真時(shí)間,Start time 和 Stop time,仿真參數(shù)設(shè)置,,Solver選項(xiàng)頁(yè),(2) 仿真解法設(shè)置,Simulink模型本質(zhì)上是一個(gè)計(jì)算機(jī)程序，它定義了描寫被仿真系統(tǒng)的一組微分或差分方程。仿真時(shí)要選擇一種數(shù)值解算方法。,變步長(zhǎng)解法 定步長(zhǎng)解法,變步長(zhǎng)解法步長(zhǎng) 容差,ode45 o
9、de23 ode113 ode15s,仿真參數(shù)設(shè)置,Solver選項(xiàng)頁(yè),(3) 輸出模式設(shè)置,細(xì)化輸出、產(chǎn)生額外輸出、只產(chǎn)生指定的輸出。一般取缺省設(shè)置。,仿真參數(shù)設(shè)置,Workspace選項(xiàng)頁(yè),(1) Load from workspace,仿真數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)置。,在模型窗中若使用輸入摸塊In，需選中Input復(fù)選框，并在文本框中輸入指定的變量名，例如 t u,若輸入模塊有n個(gè)，則u的第1,2,,n列分別送往輸入模塊In1,In2,,Inn 外部輸入采用的形式可以是輸入矩陣，也可以是結(jié)構(gòu)數(shù)組。,仿真參數(shù)設(shè)置,Workspace選項(xiàng)頁(yè),(2) Save to workspace,設(shè)置保存到
10、工作空間的變量，其中包括時(shí)間、狀態(tài)量和輸出。用戶可以對(duì)保存到工作空間中的變量賦予不同的變量名稱。 Time和Output兩個(gè)復(fù)選框默認(rèn)是被選定的，一般在模型運(yùn)行后，在工作空間都會(huì)增加兩個(gè)變量tout和yout.,運(yùn)行仿真,啟動(dòng)仿真：命令、窗口或按下Ctrl+T組合鍵。,如果在仿真運(yùn)行過程中有錯(cuò)誤發(fā)生，Simulink會(huì)中斷仿真并彈出仿真診斷對(duì)話框來(lái)顯示錯(cuò)誤信息。,仿真結(jié)果分析,利用輸出模塊分析或使用函數(shù)分析。,利用輸出模塊顯示系統(tǒng)的仿真結(jié)果。有以下幾種方法： (1) 觀察輸出軌跡； (2) 以文件形式輸出； (3) 直接顯示數(shù)據(jù)輸出； (4) 用表盤和量計(jì)顯示輸出； (
11、5) 進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理、分析輸出,利用輸出模塊分析,仿真結(jié)果分析,利用輸出模塊分析,(1) 觀察輸出軌跡,1) 用Scope模塊或XY Graph模塊,2) 將輸出信號(hào)寫入返回變量，并利用MATLAB命令繪圖,3) 使用To Workspace模塊把輸出寫入到Matlab工作空間，然后再通過Matlab的繪圖命令繪制輸出軌跡。,仿真結(jié)果分析,利用輸出模塊分析,(2) 以文件形式輸出仿真結(jié)果,利用輸出模塊庫(kù)中的To file模塊可以將仿真結(jié)果以Mat文件的格式直接保存到數(shù)據(jù)文件中。,(3) 直接顯示數(shù)據(jù)輸出,輸出模塊庫(kù)中提供了一個(gè)Display模塊，用于直接顯示數(shù)據(jù)。,仿真結(jié)果分析,利用輸出模塊
12、分析,(4) 表盤和量計(jì)顯示輸出,利用Dials 死區(qū)非線性模塊的死區(qū)起止值分別設(shè)置為-0.1和0.1,常用的Source庫(kù)信源,用來(lái)向模型提供信號(hào). 沒有輸入口,而至少有一個(gè)輸出口.,Clock : (連續(xù))仿真時(shí)鐘,輸出每個(gè)仿真步點(diǎn)的時(shí)刻. Constant:恒值輸出,數(shù)值可設(shè)置 From File: 從文件讀數(shù)據(jù),從MAT文件獲取信號(hào)矩陣,信號(hào)以行方式存放,第一行是時(shí)間,其余每行存放一個(gè)信號(hào)序列. From Workspace:從工作內(nèi)存讀矩陣數(shù)據(jù),以列方式存放信號(hào)的信號(hào)矩陣T,U必須存在于MATLAB工作空間. Signal Generator:信號(hào)發(fā)生器,可產(chǎn)生正弦,方波,鋸齒波,隨
13、機(jī)波.,常用的Source庫(kù)信源,Sine: 正弦波輸出,可設(shè)置幅值,相位,頻率. Step: 階躍輸出,可設(shè)置階躍時(shí)刻,階躍前后的幅值.,常用的Source庫(kù)信源,例: 調(diào)用MATLAB工作空間中的信號(hào)矩陣作為模型輸入.輸入為,function TU=source1(T0,N0,K) t=linspace(0,K*T0,K*N0+1); N=length(t); U1=t(1:(N0+1)).2; U2=(t((N0+2):(2*N0+1))-2*T0).2;,u3(1:(N-(2*N0+2)+1))=0; U=u1,u2,u3; TU=t,u ,常用的Source庫(kù)信源
14、,例: 調(diào)用MATLAB工作空間中的信號(hào)矩陣作為模型輸入.輸入為,(2)構(gòu)造簡(jiǎn)單的接收信號(hào)用的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ? “From Workspace”, ”Scope”并連接 (3)模塊的參數(shù)設(shè)置: “From Workspace”中的data中填寫TU (4)在命令窗口運(yùn)行: TU=source1(1,100,4); (5) 在模型窗口進(jìn)行仿真.,常用的Sink庫(kù)信宿,用來(lái)接收信號(hào),顯示信號(hào).,Display : 數(shù)值顯示. Scope: 示波器 Stop: 終止仿真,可接受向量輸入,任何分量非零時(shí),終止整個(gè)仿真.常與關(guān)系模塊配用. To File: 把數(shù)據(jù)保存為文件. To Workspace:
15、把數(shù)據(jù)寫成矩陣. XY Graph: 顯示X-Y圖形,示波器,顯示實(shí)時(shí)信號(hào),示波器工具欄工具的使用; 示波器縱坐標(biāo)范圍的手工設(shè)置; 示波器橫坐標(biāo)的設(shè)置; 把示波器數(shù)據(jù)送入MATLAB工作空間; 多信號(hào)顯示區(qū)設(shè)置; 設(shè)置為游離示波器.,仿真(參數(shù))的配置,Simulink模型本質(zhì)上是一個(gè)計(jì)算機(jī)程序,它定義了描寫被仿真系統(tǒng)的一組微分或差分方程.,解算器類別: 變步長(zhǎng)(Variable-step solver) 定步長(zhǎng)(Fixed-step solver) 具體算法:ode45 (四解龍格庫(kù)塔法) ode23(改進(jìn)歐拉法) ode113(變階法,求解非剛性微分方程) ode15s(求解剛性微分方程),練 習(xí),在Simulink下求解初始狀態(tài)為0的二階微分方程:,u(t) 是單位階躍函數(shù).,改為 構(gòu)建模型(示波器模塊向工作空間存放仿真數(shù)據(jù); To workspace模塊向工作空間存放仿真數(shù)據(jù);或模型窗的I/O頁(yè)設(shè)置向工作空間存放仿真數(shù)據(jù)) 仿真操作,
MATLAB-Simulink仿真系統(tǒng)
