第五章Simulink动态仿真

第5讲Simulnk动态仿真,本章主要内容如下：5.1Simulink基本操作5.2模块库和系统仿真5.3子系统创建与封装5.4Simulink仿真举例,第九章Simulink动态仿真,Simulink中的“Simu”一词表示可用于计算机仿真，而“Link”一词表示它能进行系统连接，即把一系列模块连接起来，构成复杂的系统模型。作为MATLAB的一个重要组成部分，Simulink由于它所具有的上述两大功能和特色，以及所提供的可视化仿真环境、快捷简便的操作方法，而使其成为目前最受欢迎的仿真软件。本章主要介绍Simulink的基本功能和基本操作方法，并通过举例介绍如何利用Simulink进行系统建模和仿真。,第九章Simulink动态仿真,5.1Simulink基本操作利用Simulink进行系统仿真的步骤是：启动Simulink，打开Simulink模块库打开空白模型窗口；建立Simulink仿真模型；设置仿真参数，进行仿真；输出仿真结果。,5.1Simulink基本操作5.1.1启动Simulink单击MATLABCommand窗口工具条上的Simulink图标，或者在MATLAB命令窗口输入simulink，即弹出图示的模块库窗口界面(SimulinkLibraryBrowser)。该界面右边的窗口给出Simulink所有的子模块库。,常用的子模块库有Sources(信号源)，Sink(显示输出),Continuous(线性连续系统)，Discrete（线性离散系统)，Function设置仿真参数：在模型窗口选取菜单【Simulation:Parameters】,弹出“SimulationParameters”对话框，设置仿真参数，然后按【OK】即可；,说明若不设置仿真参数,则采用Simulink缺省设置.,5.1Simulink基本操作5.1.3系统仿真运行Simulink模型窗口下仿真步骤仿真运行和终止：在模型窗口选取菜单【Simulation:Start】，仿真开始，至设置的仿真终止时间，仿真结束。若在仿真过程中要中止仿真，可选择【Simulation:Stop】菜单。也可直接点击模型窗口中的,启动（或停止）仿真。,5.1Simulink基本操作5.1.3系统仿真运行MATLAB命令窗口下的仿真运行在Matlab命令窗口下可直接运行一个已存在的Simulink模型：t,x,y=sim(model,timespan,option,ut)其中，t为返回的仿真时间向量；x为返回的状态矩阵；y为返回的输出矩阵；model为系统Simulink模型文件名；timespan为仿真时间；option为仿真参数选择项，由simset设置；ut为选择外部产生输入,ut=T,u1,u2,un。,说明上述参数中，若省略timespan,option,ut则由框图模型的对话框SimulationParameters设置仿真参数。,back,5.2模块库和系统仿真5.2.1Simulink模块库Sources库也可称为信号源库，该库包含了可向仿真模型提供信号的模块。它没有输入口，但至少有一个输出口。双击图标即弹出该库的模块图：,在该图中的每一个图标都是一个信号模块，这些模块均可拷贝到用户的模型窗里。用户可以在模型窗里根据自己的需要对模块的参数进行设置（但不可在模块库里进行模块的参数设置).,Sources库SineWave：产生幅值、频率可设置的正弦波信号。双击图标(认定该模块已拷贝到用户模型窗，以下均如此),弹出正弦波的参数设置框图。图中参数为Simulink默认值，用户可根据需要对这些参数重新设置。,幅值、频率为2，基准为0.5，其波形如下图所示：,Sources库Step：产生幅值、阶跃时间可设置的阶跃信号。双击图标,弹出阶跃信号的参数设置框图。图中参数为Simulink默认值。,当设置幅值为0.8,阶跃时间为1秒时，阶跃波形如下图所示：,5.2.1Simulink模块库Sinks库该库包含了显示和写模块输出的模块。双击即弹出该库的模块图：数字表，显示指定模块的输出数值。,：X-Y绘图仪用同一图形窗口，显示X-Y坐标的图形(需先在参数对话框中设置每个坐标的变化范围)，当X、Y分别为正、余弦信号时，其显示图形如下：,5.2.1Simulink模块库Sinks库：示波器。显示在仿真过程产生的信号波形。双击该图标,弹出示波器窗如右图所示：,1.示波器参数点击“示波器参数”按键，弹出示波器参数对话框，该对话框中含有两个标签页，分别是“常规”(General)和“数据”(Datahistory)标签页，如图所示。,(a)常规标签页；(b)数据标签页,1)“常规”(General)标签页(1)“坐标个数”(NumberofAxes)文本框：用于设定示波器的y轴数量，即示波器的输入信号端口的个数，默认值为1，即该示波器用以观察一路信号。若将其设为2，则可以同时观察两路信号，示波器的图标也自动变为两个输入端口。依此类推，一个示波器可设置为同时观察多路信号。将该项参数设定为2后的示波器模块图标及示波器窗口如图所示。,图设置示波器参数以观察两路数据(a)模块图标；(b)窗口界面,(2)“时间范围”(Timerange)文本框：用于设定示波器时间轴的最大值，一般可选“自动”(auto)，这样x轴可以自动以系统的仿真起始和终止时间作为示波器的时间显示范围。(3)“单位标签”(Ticklabels)下拉框：用于选择标签的贴放位置。,(4)“采样”(Sampling)下拉框：用于选择数据取样方式，包括“抽取”(decimation)和“采样时间”(sampletime)两种方式。“抽取”方式表示当采样下拉框右侧文本框输入数据N时，从每N个输入数据中抽取一个用来显示。可见，设定的数字N越大，显示的波形就越粗糙，但数据存储的空间可以减少，一般该文本框保持默认值1，表示所有输入数据均显示。若采用“采样时间”方式，则需要在采样下拉框右侧文本框中输入采样的时间间隔，并按采样间隔提取数据显示。,2)“数据”(Datahistory)标签页(1)“仅显示最新的数据”(Limitdatapointstolast)复选框：用于数据点数设置。选中后，其后的文本框被激活，默认值为5000，表示示波器显示5000个数据，若超过5000个数据，也仅显示最后的5000个数据。若不选该项，所有数据都显示，但对计算机内存要求较高。,(2)“保存数据至工作间”(Savedatatoworkspace)复选框：数据在显示的同时被保存到MATLAB工作空间中。若选中该项，将激活该复选框下的另两个参数设置项：“变量名”文本框用于设置保存数据的名称，以便在MATLAB工作空间中识别和调用该数据；“格式”文本框用于设置数据的保存格式。数据的保存格式有三种：“数组”(Array)格式，用于只有一个输入变量的数据保存格式；“带时间变量的结构”(Structurewithtime)格式，用于同时保存波形数据和时间；“结构”(Structure)格式，用于仅保存波形数据。,2.图形缩放仿真波形在示波器中显示，有时用户需要对波形显示区域和大小进行适当调整，达到最佳观察效果。示波器窗口的工具栏提供了四个工具按键用以图形缩放操作。(1)区域放大按键：首先在工具栏中点击区域放大按键，然后在窗口中需要放大的区域上按住鼠标左键并拖曳一个矩形框，用矩形框框住需要放大的图形区域，松开鼠标左键，该区域被放大显示。,(2)x轴放大按键：首先在工具栏中点击x轴放大按键，然后在窗口中需要放大的区域按住鼠标左键，并沿x轴方向拖拉即可。(3)y轴放大按键：首先在工具栏中点击y轴放大按键，然后在窗口中需要放大的区域上按住鼠标左键，并沿y轴方向拖拉即可。(4)自动尺寸按键：能自动地调整示波器的横轴和纵轴，既可完全显示用户设置的仿真时间域以及对应的结果数值域，又能取得合理的显示效果，应用非常方便。,3.坐标轴范围示波器的x轴和y轴的最大取值范围一般是自动设定的，利用图形缩放中的放大镜功能可以在x轴和y轴的范围内选取其中一部分显示。当需要进一步放大y轴的范围或更精确地标定y轴的坐标范围时，可以利用轴参数设置页进行设置。在示波器窗口的图形区域内单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“Axesparameters”选项，出现一个名为“scopeproperties:axis1”的轴属性对话框，如图所示。其中的Y-min与Y-max用来设置纵轴显示数值范围；Title项用来给显示信号命名。,图示波器y轴范围设定,Sinks库示波器属性对话框,设置Y轴个数,设置显示的时间范围,选择轴的标注方法,确定显示频度(每隔n-1个数据点显示一次),确定显示点的时间间隔(缺省为0表示连续显示),示波器属性对话框General页,Sinks库示波器属性对话框,【例5-1】示波器应用示例。Simulink仿真模型如左图所示，示波器输入为3（Y轴个数为3）。右图为该示波器显示的三路输入信号的波形.,5.2.1Simulink模块库Continuous库该库包含描述线性函数的模块。双击即弹出下图：,：微分环节。其输出为其输入信号的微分。如下图为输入斜坡信号时微分环节的输出：,Continuous库：积分环节。其输出为其输入信号的积分。双击该模块,弹出积分器的参数对话框,可设置积分器的复位、积分上限和下限等。当设置为信号下跳过零复位、积分器限幅为5时，积分器对谐波输入的输出如图所示：,5.2.1Simulink模块库Continuous库：分子分母为多项式形式的传递函数。双击该模块，弹出传递函数的参数对话框，设置框图中的参数后，该传递函数显示如下：,5.2.1Simulink模块库Continuous库：零极点增益形式的传递函数。双击该模块，弹出传递函数的参数对话框，设置框图中的参数后，该传递函数显示如下：,5.2.1Simulink模块库Math库该库包含描述一般数学函数的模块。双击即弹出右图。该库中模块的功能就是将输入信号按照模块所描述的数学运算函数计算，并把运算结果作为输出信号输出。,5.2.1Simulink模块库Math库：加法器。该模块为求和装置。求和器形状，输入信号个数和符号可设置，如右边框图。若设置如框图。则模块显示为：,5.2.1Simulink模块库Math库：符号函数。该模块的输出为输入信号的符号。下图为对正弦信号经符号运算后的波形。,Math库：实现一个数学函数。右图为该函数的参数设置框。点击函数设置的下拉窗口，可选择所需要的函数。选定函数后，该模块图标将显示所选函数。如选择“Square”，则模块图标变为：,5.2.1Simulink模块库Signalsc=20;mp=270;mt=50;I=mp*l2;%计算吊重转动惯量lmp=l*mp;k1=1/(mt+mp);k2=mp*l/(I+mp*l2);,悬吊式起重机动力学Simulink仿真设置仿真时间为200s，启动Simulink仿真，则由小车位移示波器和吊重摆角示波器，可观察到系统在初始状态x(0)=0,(0)=0.01rad,作用下x、的变化过程曲线：,悬吊式起重机小车位移,悬吊式起重机吊重摆角,5.4SIMULINK模块库SIMULINK的最大特点之一就是提供了很多的基本模块，目的是让用户能把更多的精力投入到系统模型本身的结构和算法研究上。SIMULINK的每个模块对用户都是透明的，用户只需知道模块的输入、输出、功能以及内部可设置参数的意义，而不必管模块内部是怎样实现的，事件是如何驱动的等细节性问题。这样，用户要做的只是根据需要选择合适的模块，然后正确连接它们，即可以轻松、有效的方式完成自己的仿真任务。,图3-2所示模块库浏览器窗口的树状结构图窗口中，共显示了28个模块库(用户在安装时可以有选择性地安装，具体模块库个数由用户安装时的选择项决定)。对于电力系统仿真而言，常用的模块库有两个：标准SIMULINK模块库和电力系统