第2讲 matlab-simulink建模与仿真1.ppt

第2讲 Simulink建模与仿真,如果控制系统的结构很复杂，在通常情况下是很难将模型输入到计算机中的 1990年MathWorks软件公司提供了新的控制系统模型图形输入与仿真工具，并定义为SIMULAB，该工具很快在控制界得到了广泛的使用1992年开始正式改名为SIMULINK，这一名字的含义是相当直观的因为它较明显地表明此软件的两个显著的功能：SIMU（仿真）与LINK（连结），即可以利用鼠标在模型窗口上“画”出所需的控制系统模型，然后利用SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真或线性化分析 这种做法的一个优点是，可以使得一个很复杂系统的输入变得相当容易且直观2.1绪论一、系统与模型1、系统 系统是指具有某些特定功能，相互联系、相互作用的元素集合 系统的两个基本特征：整体性、相关性,对系统的研究从以下三个方面入手： 1）实体：组成系统的元素，对象 2）属性：实体的特征 3）活动：系统状态变化的过程 系统仿真是研究系统的一种重要手段，而系统模型是仿真所研究的直接对象2、系统模型 实体模型：根据相似性建立模型 数学模型:原始系统数学模型；仿真系统数学模型,,动态模型：描述系统动态变化过程 静态模型：平衡状态下系统特性值之间的关系二、计算机仿真1、仿真的概念 以相似性原理、控制理论、信息技术及相关领域的有关知识为基础，以计算机和各种专用物理设备为工具，借助系统模型对真实系统进行实验研究的一门综合性技术。

2、仿真分类 实物仿真：建造实体模型 数学模型：将数学语言编制成计算机程序 半实体模型：数学物理仿真,实时仿真：需要专用的实时仿真硬件 欠实时仿真：比实际时钟慢 超实时仿真：比实际时钟快3、计算机仿真 根据相似性原理，利用计算机逼真模拟研究对象 模拟机、模拟数字机、数字通用机、仿真专用机三、仿真的作用 1）优化系统设计 2）系统故障再现 3）验证系统设计的正确性,4）对系统，子系统进行性能评估 5）训练系统操作员 6）为管理、技术决策提供支持四、仿真软件 仿真软件是一类面向仿真用途的专用软件，它可以是面向通用的仿真，也可能是面向某个领域的仿真功能：1）为仿真提供算法支持 2）模型描述，建立计算机仿真模型 3）仿真实验的执行、控制 4）仿真数据的记录、分析 5）仿真数据管理,仿真软件的三个层次： 1）仿真程序库：由一组完成特定功能的程序组成的集合，专门面向某一问题或一个领域 2）仿真语言：在高级语言的基础上，为面向专门问题而开发的 3）集成仿真环境,五、计算机仿真的一般过程,仿真问题和仿真目的描述,确定仿真方案,系统描述,建立系统数学模型,建立仿真数学模型,编写仿真程序,验证模型,进行仿真研究,修改方案,修改模型,修改程序,,,,,,,,,,,,,2.2 simulink与matlab仿真一、simulink仿真 对动态系统进行建模、仿真的软件包。

功能：1、交互式、图形化建模环境2、专用模块库（blocksets） simulink的专用软件工具包 dsp fixed-point powersystem dials&gauges communications CDMA reference nonlinear control motorola(TI) DSP developer’s kit,3、提供仿真库的扩充和定制功能4、应用领域 通信与卫星系统 航空航天 生物系统 船舶系统 汽车系统 金融系统5、simulink在matlab家族中的位置,二、matlab函数仿真与simulink仿真的区别1、数据流仿真 按照数据流的顺序，依次执行，即处理的数据首先通过一个运算阶后在激活下一个运算阶例如：m=16;n=15;k=11;fc=10000;fd=1000;fs=100000;,msg=randint(k*100,1);code=encode(msg,n,k,'bch');modu=dmod(code,fc,fd,fs,'qask',m);modu_noise=modu+randn(length(modu),1);demo=ddemod(modu_noise,fc,fd,fs,'qask',m);msg_r=decode(demo,n,k,'bch');rate=biterr(msg,msg_r);,2、时间流仿真 所有模块在同一时间步长上同时执行。

2.3 simulink窗口环境简介,5.4 基于simulink的一个简单仿真系统,5.5 simulink的基本操作,5.6 simulink的基本模块库1、simulink公共模块库信源模块（Source）信宿模块（Sinks）信号路由（Signal Routing）数学运算模块库（Math operations）端口及子系统库（Ports and Subsystems）连续模块库（Continuous）离散模块库（Discrete）查表模块库（Look-Up Table）用户定义函数模块（User-Defined Functions）非线性模块库（Discontinuities）,信源模块（Source）,有限带宽白噪声输出频率随时间线性变换的正弦信号输出当前仿真时间常数输入以固定速率输出当前仿真时间从matlab工作空间中输入数据从.mat文件中输入数据接地信号为子系统或其它模型提供输入端口,输入脉冲信号输入斜坡信号输入服从高司分布的随机信号输入周期信号信号发生器信号产生正弦信号初始器输入阶跃信号输入服从高司分布的随机信号,信宿模块（Sinks）,以数值形式显示输入信号悬浮信号显示器为子系统或模型提供输出端口信号显示器当输入非零时停止仿真中断输出信号将仿真数据写入.mat文件将仿真数据输出到matlab工作空间使用matlab图形显示器,信号路由（Signal Routing）,Goto模块标记控制器将信号与特定的偏移值比较初始化信号矩阵串联器合并输入信号为一个输出模块控制信息信号组合器信号探测器信号维数改变器选择或重组信号信号属性修改输入信号宽度,对信号进行分配由输入产生总线信号总线信号选择器用户定义的数据存储区从数据存储区中读取数据向数据存储区写数据数据类型选择器信号分解器从goto模块中获得信号函数调用发生器向goto模块传递信号,数学运算模块库（Math operations）,求信号绝对值输出强制系统输入为零的代数状态按位逻辑运算逻辑真值查找输出输入复数的幅值与相位输出系统输入的的实部或需部点乘运算信号增益信号逻辑运算幅值与相位转化为复数形式特定的一些数学函数,矩阵增益求输入的最小、大值乘法或除法器从输入实部与虚部构造复数关系运算器求整运算器符号运算渐变增益对输入求和或差三角与双曲函数,端口及子系统库（Ports and Subsystems）,可配置子系统原子子系统使能子系统使能触发For循环函数调用If条件,条件执行子系统子系统输入子系统输出通用子系统Switch-case子系统Switch-case动作子系统上升沿触发触发子系统当型循环子系统,连续信号数值积分输入信号连续时间积分线性连续系统的状态空间描述线性连续系统传递函数描述对输入信号进行固定时间延迟对输入信号进行可变时间延迟线性连续系统的零极点模型,连续模块库（Continuous）,离散模块库（Discrete）,线性离散系统的传递函数描述线性离散系统的零极点模型描述线性离散系统的滤波器描述线性离散系统的状态空间描述离散时间积分器离散信号的一阶保持器单步积分延迟，输出为前一输入单位延迟离散信号的零阶保持器,表数据选择器（从表中选择数据）对输入信号进行内插运算输入信号的一维线性内插输入信号的二维线性内插输入信号的n维线性内插查找输入信号所在范围,查表模块库（Look-Up Table）,求取输入信号的数学函数值M函数（对输入进行运算输出结果）S-函数模块S-函数生成器,用户定义函数模块（User-Defined Functions）,非线性模块库（Discontinuities）,死区间歇库仑粘贴信号死区信号双输出选择器（手动）多端口输出选择器量化器信号上升、下降速率控制器信号延迟器饱和信号三路选择器（根据输入2控制输出）,2、simulink专业模块库,5.7 仿真参数设置,仿真解法,,变步长解法,定步长解法,discrere:针对无连续状态系统的特殊解法ode45:基于Dormand-Prince 4-5阶的Runge-Kutta公式ode23:基于Bogachi-Shampine 2-3阶的Runge-Kutta公式ode113:变阶次Adams-Bashforth-Moulton解法ode15s :钢性系统的变阶次多步解法ode23s :钢性系统的固定阶次单步解法,discrere:针对无连续状态系统的特殊解法ode5: ode45确定步长的函数解法ode4:使用固定步长的经典4阶的Runge-Kutta公式的函数解法ode3: ode25的确定步长的函数解法ode2 :使用固定步长的经典2阶的Runge-Kutta公式的函数解法ode1 :固定步长的Euler解法,输出选项,,Refine output,Produce additional output,Produce specified output only,5.8 子系统 建立子系统有助于简化系统结构，提高系统设计的层次性。

一、子系统的概念 是系统构成的一部分，表现形式为具有几个输入输出端口的模块，内部结构在系统中不表现出来二、子系统分类 无条件子系统 条件执行子系统 1、使能子系统 2、触发子系统 3、函数调用子系统,建立子系统的方法： 直接选中已有模块，形成子系统 添加一个Subsystem模块到模型中，然后进行编辑,1、使能子系统 需要添加使能端，在使能信号为所需要状态时，系统才会激活运行,使能子系统及对应内部结构,一个系统中不能含多个enable和triggered信号,例题5-1：,2、触发子系统 存在一个出发端，通过触发事件是否发生来控制子系统是否执行例题5-2：,使能触发子系统及对应内部结构,3、使能触发子系统,4、其它子系统,端口和模块库中有很多类型的子系统，其建立方式也各不相同，有兴趣的同学可以自己查阅,三、子系统的封装封装子系统的特点： 1）自定义系统模块及图表 2）用户双击子系统图表将弹出参数设置框 3）可自定义子系统的帮助文件 4）拥有自己的工作区使用子系统封装技术的优点： 1）向子系统模块中传递参数 2）“隐藏”子系统中不需要过多展现的内容 3）保护子系统中的内容，防止模块实现被随意篡改。

1、封装编辑器之图表编辑对话框 首先封装后，再选中子系统图表，执行edit/edit mask 图表显示界面控制参数,,子系统模块图表绘制命令,,1）图表显示界面控制参数 icon fram：设置图表边框为可见或不可见 icon transparency:设置图表为透明或不透明 icon rotation:设置图表为固定或可旋转显示 drawing coordinates:设置图表绘制命令所使用的坐标系单位2）图表绘制命令栏,2、封装编辑器之参数设置对话框,参数设置控制,,参数描述,,参数对应变量,,参数设置列表,,1）参数控制设置2）参数描述：对模块输入的参数作简单的说明3）参数对应变量：键入的参数值将传递给封装后的子系统工作空间中相对应的变量，因此要求此处的变量名应和子系统中所使用的变量具有相同的名称4）参数设置描述 control type：edit：需要用户键入参数值 checkbox:复选框 popup：参数选项（用|隔开） assignment：参数分配类型（evaluate:求值字符串 literal：普通文字）,。