Simulink仿真基礎(chǔ)(1)

1、Simulink建模與仿真基礎(chǔ)建模與仿真基礎(chǔ)(1)Simulink簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介Simulink是是Matlab的仿真工具箱，可以用來對(duì)的仿真工具箱，可以用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析，支持連續(xù)的、離散動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析，支持連續(xù)的、離散的以及線性的和非線性的系統(tǒng)。具有以下特點(diǎn)：的以及線性的和非線性的系統(tǒng)。具有以下特點(diǎn)： 用用繪制方框圖代替繪制方框圖代替編寫程序，結(jié)構(gòu)和流程清晰；編寫程序，結(jié)構(gòu)和流程清晰； 智能化地建立和運(yùn)行仿真，智能化地建立和運(yùn)行仿真，仿真精細(xì)、貼近實(shí)際；仿真精細(xì)、貼近實(shí)際； 適應(yīng)面廣適應(yīng)面廣。包括線性、非線性系統(tǒng)；連續(xù)、離散及。包括線性、非線性系統(tǒng)；連續(xù)、離散及混合

2、系統(tǒng)；單任務(wù)、多任務(wù)離散時(shí)間系統(tǒng)?；旌舷到y(tǒng)；單任務(wù)、多任務(wù)離散時(shí)間系統(tǒng)。Simulink文件操作文件操作Simulink模型的文件為模型的文件為MDL模型文件，擴(kuò)展名為模型文件，擴(kuò)展名為.mdl，以以ASCII碼形式存儲(chǔ)。碼形式存儲(chǔ)。1、新建文件、新建文件新建仿真模型文件新建仿真模型文件主要有以下幾種方式：主要有以下幾種方式： 在在Matlab命令窗口命令窗口選擇選擇“File”“New”“Model” 在命令窗口在命令窗口運(yùn)行運(yùn)行simulink命令，在彈出的模塊庫瀏命令，在彈出的模塊庫瀏覽器窗口中選擇覽器窗口中選擇“File”“New”“Model”在在Simulink模型窗口模型窗口中選

3、擇中選擇“File”“New”“Model”2、打開文件、打開文件打開仿真模型文件主要有以下幾種方式：打開仿真模型文件主要有以下幾種方式： 在在MatlabMatlab命令窗口輸入命令窗口輸入不加擴(kuò)展名的不加擴(kuò)展名的文件名文件名 在在MatlabMatlab命令窗口命令窗口選擇選擇“FileFile”“OpenOpen” 在在SimulinkSimulink模塊庫模塊庫瀏覽器窗口瀏覽器窗口選擇選擇“FileFile”“OpenOpen” 在在SimulinkSimulink模型窗口模型窗口選擇選擇“FileFile”“OpenOpen”Simulink模型庫模型庫瀏覽器瀏覽器模型庫瀏覽器窗口打

4、開方式有兩種：模型庫瀏覽器窗口打開方式有兩種：1 1、在命令窗口輸入在命令窗口輸入“simulinksimulink”命令命令2 2、通過圖標(biāo)通過圖標(biāo) Matlab simulink Matlab simulink所用的所有模塊都在所用的所有模塊都在模型庫中，通過模型庫中，通過模型庫瀏覽器可找到所需要模型庫瀏覽器可找到所需要的模塊的模塊，然后將其拖動(dòng)到模型中。，然后將其拖動(dòng)到模型中。模型庫瀏覽器窗口如下：模型庫瀏覽器窗口如下：SimulinkSimulink模型窗口模型窗口SimulinkSimulink模型窗口由菜單欄、工具欄、模型窗口由菜單欄、工具欄、模型模型瀏覽器瀏覽器、模型框圖窗口及狀

5、態(tài)欄組成。、模型框圖窗口及狀態(tài)欄組成。Simulink模型創(chuàng)建模型創(chuàng)建SimulinkSimulink模型是由模型是由模塊模塊和和信號(hào)線信號(hào)線連接構(gòu)成的連接構(gòu)成的方框圖，方框圖，創(chuàng)建模型就是繪制方框圖創(chuàng)建模型就是繪制方框圖。1 1、模塊操作、模塊操作模塊操作包括對(duì)象的選定、模塊的復(fù)制、模模塊操作包括對(duì)象的選定、模塊的復(fù)制、模塊的移動(dòng)、模塊的刪除、改變模塊大小、模塊的翻塊的移動(dòng)、模塊的刪除、改變模塊大小、模塊的翻轉(zhuǎn)和模塊名的編輯等。轉(zhuǎn)和模塊名的編輯等。2 2、信號(hào)線操作、信號(hào)線操作 模塊間連線模塊間連線: :先將光標(biāo)指向一個(gè)模塊的輸出端，先將光標(biāo)指向一個(gè)模塊的輸出端，待光標(biāo)變成十字后按下鼠標(biāo)左鍵

6、拖動(dòng)，直到另一模待光標(biāo)變成十字后按下鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)，直到另一模塊的輸入端。塊的輸入端。 信號(hào)線分支：信號(hào)線分支：將光標(biāo)指向信號(hào)線的分支點(diǎn)上，將光標(biāo)指向信號(hào)線的分支點(diǎn)上，按住按住鼠標(biāo)右鍵鼠標(biāo)右鍵，光標(biāo)變?yōu)槭?，拖?dòng)鼠標(biāo)直到分支，光標(biāo)變?yōu)槭?，拖?dòng)鼠標(biāo)直到分支線的終點(diǎn)，釋放鼠標(biāo)。線的終點(diǎn)，釋放鼠標(biāo)。 信號(hào)線信號(hào)線文本注釋文本注釋，在信號(hào)線中插入模塊，在信號(hào)線中插入模塊，略略虛線虛線，因?yàn)榻K端，因?yàn)榻K端沒有連接到模塊沒有連接到模塊Simulink基本模塊基本模塊 1、基本模塊、基本模塊Simulink模塊庫模塊庫包含各種功能模塊，如：放大器、包含各種功能模塊，如：放大器、微分器、積分器、各種信號(hào)源等。

7、微分器、積分器、各種信號(hào)源等。Simulink基本模塊基本模塊Simulink基本模塊庫主要有：基本模塊庫主要有：連續(xù)模塊庫連續(xù)模塊庫離散模塊庫離散模塊庫函數(shù)與表格模塊庫函數(shù)與表格模塊庫數(shù)學(xué)模塊庫數(shù)學(xué)模塊庫信號(hào)輸出模塊信號(hào)輸出模塊信號(hào)源模塊庫信號(hào)源模塊庫等等簡(jiǎn)要介紹以下三個(gè)：簡(jiǎn)要介紹以下三個(gè)：（1）輸入信號(hào)源（）輸入信號(hào)源（Sources）信號(hào)源模塊庫用來為模型提供輸入信號(hào)，沒信號(hào)源模塊庫用來為模型提供輸入信號(hào)，沒有輸入口，至少有一個(gè)輸出口，如：有輸入口，至少有一個(gè)輸出口，如：LFM信號(hào)信號(hào)直流信號(hào)直流信號(hào)帶限白噪聲帶限白噪聲時(shí)鐘信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)（2）接收模塊（）接收模塊（Sinks）接收端模塊用

8、來接收信號(hào)，如：接收端模塊用來接收信號(hào)，如：示波器示波器終結(jié)器終結(jié)器輸出模塊輸出模塊輸入不為輸入不為0時(shí)終止仿真時(shí)終止仿真（3）連續(xù)系統(tǒng)模塊（）連續(xù)系統(tǒng)模塊（continuous）連續(xù)系統(tǒng)模塊用來構(gòu)成連續(xù)系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，如：連續(xù)系統(tǒng)模塊用來構(gòu)成連續(xù)系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，如：積分器積分器二階積分器二階積分器微分器微分器定積分器定積分器2 2、模塊參數(shù)設(shè)置、模塊參數(shù)設(shè)置打開參數(shù)設(shè)置對(duì)話框：打開參數(shù)設(shè)置對(duì)話框：雙擊模塊雙擊模塊或者右鍵選或者右鍵選擇擇“Block ParametersBlock Parameters”，比如，比如正弦信號(hào)源正弦信號(hào)源，可以，可以設(shè)置幅度、頻率、初相等。設(shè)置幅度、頻率、初相等。3 3

9、、模塊屬性設(shè)置、模塊屬性設(shè)置打開屬性設(shè)置對(duì)話框：打開屬性設(shè)置對(duì)話框：右鍵選擇右鍵選擇“Block Block PropertiesProperties”，可以設(shè)置模塊的優(yōu)先級(jí)、標(biāo)記、調(diào)，可以設(shè)置模塊的優(yōu)先級(jí)、標(biāo)記、調(diào)用函數(shù)等。用函數(shù)等。系統(tǒng)仿真與分析系統(tǒng)仿真與分析1、仿真設(shè)置、仿真設(shè)置SimulinkSimulink的模型實(shí)際上是定義了仿真系統(tǒng)的的模型實(shí)際上是定義了仿真系統(tǒng)的微分或微分或差分方程組差分方程組，而仿真則是，而仿真則是用數(shù)值解算法來求解方程用數(shù)值解算法來求解方程。仿真設(shè)置包括對(duì)仿真的起始和結(jié)束時(shí)間、仿真步長(zhǎng)、仿真設(shè)置包括對(duì)仿真的起始和結(jié)束時(shí)間、仿真步長(zhǎng)、仿真解法、輸出模式，以及是否

10、從工作空間裝載數(shù)據(jù)或保仿真解法、輸出模式，以及是否從工作空間裝載數(shù)據(jù)或保存數(shù)據(jù)到工作空間等進(jìn)行設(shè)置。存數(shù)據(jù)到工作空間等進(jìn)行設(shè)置。打開仿真設(shè)置對(duì)話框：在模型窗口選擇打開仿真設(shè)置對(duì)話框：在模型窗口選擇“Simulation”“Configuration Parameters”仿真設(shè)置對(duì)話框如下：仿真設(shè)置對(duì)話框如下：起始和結(jié)束時(shí)間起始和結(jié)束時(shí)間起始和結(jié)束時(shí)間起始和結(jié)束時(shí)間數(shù)據(jù)裝載或保存數(shù)據(jù)裝載或保存2、連續(xù)系統(tǒng)仿真、連續(xù)系統(tǒng)仿真例例1：建立二階系統(tǒng)的仿真模型，傳遞：建立二階系統(tǒng)的仿真模型，傳遞函數(shù)為函數(shù)為 。方法：方法：輸入信號(hào)源使用輸入信號(hào)源使用階躍信號(hào)階躍信號(hào)，系統(tǒng)使用，系統(tǒng)使用開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)

11、傳遞函數(shù) ，接收模塊使用，接收模塊使用示波器示波器來構(gòu)成來構(gòu)成模型。模型。21+0.6ss21+0.6ss步驟：步驟：（1）先將需要的模塊放入模型窗口，如：）先將需要的模塊放入模型窗口，如：在在“Sources”庫中選庫中選“step”模塊，模塊，在在“Continuous”庫中選庫中選“Transfer Fcn”模塊，模塊，在在“Math Operations”庫中選庫中選“Sum”模塊，模塊，在在“Sinks”庫選擇庫選擇“Scope”模塊。模塊。步驟：步驟： （2）連接各模塊，從信號(hào)線引出分支點(diǎn)，構(gòu)成）連接各模塊，從信號(hào)線引出分支點(diǎn)，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)。信號(hào)線信號(hào)線步驟：步驟：（3）

12、設(shè)置模塊參數(shù)設(shè)置模塊參數(shù)：通過雙擊模塊或彈出菜單，可打開該通過雙擊模塊或彈出菜單，可打開該模塊的屬性對(duì)話框，可設(shè)置參數(shù)。模塊的屬性對(duì)話框，可設(shè)置參數(shù)。如：如：Sum：“Icon shape” 設(shè)置為設(shè)置為“rectangular”， “List of signs”設(shè)置為設(shè)置為“|+-”。Transfer Fcn：分母多項(xiàng)式：分母多項(xiàng)式“Denominator” 設(shè)置為設(shè)置為 “1 0.6 0”。Step：“Step time”設(shè)置為設(shè)置為0。設(shè)置傳遞函數(shù)設(shè)置傳遞函數(shù)步驟：步驟：（4）添加信號(hào)線文本注釋）添加信號(hào)線文本注釋雙擊信號(hào)線，出現(xiàn)編輯框，在編輯框內(nèi)輸入雙擊信號(hào)線，出現(xiàn)編輯框，在編輯框內(nèi)輸

13、入文本。文本。文本注釋文本注釋步驟：步驟：（5）仿真并分析）仿真并分析l仿真運(yùn)行：?jiǎn)螕艄ぞ邫诘姆抡孢\(yùn)行：?jiǎn)螕艄ぞ邫诘摹癝tart simulation”按按鈕鈕，開始仿真，在示波器上顯示出階躍響應(yīng)。，開始仿真，在示波器上顯示出階躍響應(yīng)。l 縱坐標(biāo)及標(biāo)題修改：縱坐標(biāo)及標(biāo)題修改： 右擊示波器的坐標(biāo)框，選右擊示波器的坐標(biāo)框，選擇擇“Axes properties”，將，將y坐標(biāo)的坐標(biāo)的“Y-min”改為改為0，“Y-max”改為改為2，“Title”改為改為“二階系統(tǒng)時(shí)二階系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)域響應(yīng)”。Y軸變化軸變化更改標(biāo)題更改標(biāo)題步驟：步驟：l在模型窗口，選擇在模型窗口，選擇“Simulation” “C

14、onfiguration parameters”，在，在“Solver”頁將頁將“Stop time”設(shè)置為設(shè)置為20，然后單擊，然后單擊“Start simulation”按鈕。按鈕。時(shí)間增加到時(shí)間增加到20s打印輸出 參數(shù)設(shè)置 視圖整體縮放 Y 軸縮放 視圖自動(dòng)縮放 X 軸縮放 保存當(dāng)前坐標(biāo)軸設(shè)置 恢復(fù)坐標(biāo)軸設(shè)置 懸浮 Scope 開關(guān) 懸浮時(shí)信號(hào)選擇 去除坐標(biāo)軸選擇 3、離散系統(tǒng)仿真、離散系統(tǒng)仿真離散系統(tǒng)的仿真過程與連續(xù)系統(tǒng)的仿真過程離散系統(tǒng)的仿真過程與連續(xù)系統(tǒng)的仿真過程基本一樣，只是選擇的模塊為離散系統(tǒng)模塊，設(shè)置基本一樣，只是選擇的模塊為離散系統(tǒng)模塊，設(shè)置的參數(shù)也需根據(jù)離散系統(tǒng)設(shè)置。的

15、參數(shù)也需根據(jù)離散系統(tǒng)設(shè)置。例例2:設(shè)某一年的人口數(shù)目為設(shè)某一年的人口數(shù)目為p(n)，其中其中n表示年份，它與上一年的人表示年份，它與上一年的人口口p(n-1)、人口繁殖速率人口繁殖速率r以及新增資源所能滿足的個(gè)體數(shù)目以及新增資源所能滿足的個(gè)體數(shù)目k之間之間的動(dòng)力學(xué)方程由如下的差分方程所描述：的動(dòng)力學(xué)方程由如下的差分方程所描述： Knpnrpnp) 1(1) 1()(如果設(shè)人口初始值如果設(shè)人口初始值p(0)=100000、人口繁殖速率人口繁殖速率r=1.05、新增資源所新增資源所能滿足的個(gè)體數(shù)目能滿足的個(gè)體數(shù)目k=1000000，要求建立此人口動(dòng)態(tài)變化系統(tǒng)的系要求建立此人口動(dòng)態(tài)變化系統(tǒng)的系統(tǒng)模型，并分析人口數(shù)目在統(tǒng)模型，并分析人口數(shù)目在0至至100年之間的變化趨勢(shì)。年之間的變化趨勢(shì)。 1 建立模型建立模型2 模塊參數(shù)設(shè)置