過程控制系統(tǒng)仿真的課件第2章Simulink仿真基礎(chǔ)課件

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1、聯(lián)系郵箱：l2.1 Simulink仿真概述l2.2 Simulink仿真模型及仿真過程l2.3 Simulink模塊的處理l2.4 Simulink仿真設(shè)置l2.5 Simulink仿真舉例l2.6 本章小結(jié)l習題與思考lSimulink的出現(xiàn)給控制系統(tǒng)分析與設(shè)計帶來了福音。它有兩個主要功能：Simu（仿真）和Link（連接），即該軟件可以利用鼠標在模型窗口上搭建出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后對系統(tǒng)進行仿真和分析。l在實際工程中，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)往往很復雜，如果不借助專用的系統(tǒng)建模軟件，很難準確地把一個控制系統(tǒng)的復雜模型輸入計算機，對其進行進一步的分析與仿真，可見，熟練掌握Simulink是從事

2、過程控制方面的工作所必須的。l通過本章，讀者能對Simulink的基本模塊和功能有一個全面了解，并能熟悉Simulink的基本操作，為使用Simulink進行過程控制系統(tǒng)仿真打下基礎(chǔ)。2.1.1 Simulink的啟動與退出l，一種是啟動MATLAB后，單擊MATLAB主窗口的快捷按鈕 來打開“Simulink Library Browser”窗口l另一種是在MATLAB命令窗口中輸入“Simulink”，在桌面上會出現(xiàn)一個名為“Simulink Library Browser”的窗口，在這個窗口中列出了按功能分類的各種模塊的名稱。然后在MATLAB命令窗口中輸入“simulink3”，將在桌

3、面上出現(xiàn)一個用圖標形式顯示的“Library:simulink3”的Simulink模塊庫窗口。Simulink模塊庫按功能分為以下16類子模塊庫：l（1）Commonly Used Blocks：仿真常用模塊庫l（2）Continuous：連續(xù)系統(tǒng)模塊庫l（3）Discontinuities：非線性系統(tǒng)模塊庫l（4）Discrete：離散系統(tǒng)模塊庫l（5）Logic and Bit Operations：邏輯運算和位運算模塊庫l（6）Lookup Tables：查找表模塊庫l（7）Math Operations：數(shù)學運算模塊庫l（8）Model Verification：模型驗證模塊庫l（9

4、）Model-Wide Utilities：進行模型擴充的實用模塊庫l（10）Ports&Subsystems：端口和子系統(tǒng)模塊庫l（11）Signals Attributes：信號屬性模塊庫l（12）Signals Routing：提供用于輸入、輸出和控制的相關(guān)信號及相關(guān)處理的模塊庫l（13）Sinks：仿真接收模塊庫l（14）Sources：仿真輸入源模塊庫l（15）User-defined Functions：用戶自定義函數(shù)模塊庫l（16）Additional Math&Discrete：附加的數(shù)學和離散模塊庫l（1）信號源部分模塊l（2）連續(xù)系統(tǒng)模塊l（3）數(shù)學運算模塊l（4）非線性系

5、統(tǒng)模塊l（5）離散系統(tǒng)模塊l（6）輸出顯示部分模塊一個典型的Simulink仿真模型由以下三種類型的模塊構(gòu)成：l1信號源模塊：信號源為系統(tǒng)的輸入，它包括常數(shù)信號源、函數(shù)信號發(fā)生器（如正弦波和階躍函數(shù)等）和用戶自己在MATLAB中創(chuàng)建的自定義信號。l2被模擬的系統(tǒng)模塊：系統(tǒng)模塊作為仿真的中心模塊，它是Simulink仿真建模所要解決的主要問題。l3輸出顯示模塊：系統(tǒng)的輸出由顯示模塊接收。輸出顯示的形式包括圖形顯示、示波器顯示和輸出到文件或MATLAB工作空間中三種，輸出模塊主要在Sinks 庫中。Simulink仿真模型的基本特點可歸納如下：lSimulink里提供了許多如Scope（示波器）的

6、接收模塊，這使得用Simulink進行仿真具有像做實驗一般的圖形化顯示效果。lSimulink的模型具有層次性，通過底層子系統(tǒng)可以構(gòu)建上層母系統(tǒng)。lSimulink提供了對子系統(tǒng)進行封裝的功能，用戶可以自定義子系統(tǒng)的圖標和設(shè)置參數(shù)對話框。l1打開一個空白的Simulink模型窗口。l2進入Simulink模塊庫瀏覽界面，將相應模塊庫中所需的模塊拖到編輯窗口里。l3按照給定的框圖修改編輯窗口中模塊的參數(shù)。l4將各個模塊按給定的框圖連接起來，搭建所需要的系統(tǒng)模型。l5用菜單或在命令窗口鍵入命令進行仿真分析，在仿真的同時，可以觀察仿真結(jié)果，如果發(fā)現(xiàn)有不正確的地方，可以停止仿真，對參數(shù)進行修正。l6如

7、果對結(jié)果滿意，可以保存模型。2.3.1 Simulink模塊參數(shù)設(shè)置圖2.8 功能模塊參數(shù)設(shè)置對話框圖2.10 示波器屬性對話框1模塊選取l（1）選取單個模塊；l（2）選取多個模塊；2模塊復制l（1）在同一窗口內(nèi)復制l（2）在不同的窗口之間復制3模塊刪除l選中模塊，按Delete鍵即可。l刪除多個模塊，可以同時按住Shift鍵，再用鼠標選中多個模塊，再按Delete鍵；4模塊外形的調(diào)整l（1）改變大小l（2）轉(zhuǎn)向l（3）給模塊加陰影5模塊名的處理l（1）是否顯示模塊名l（2）修改模塊名l（3）改變模塊名的位置6模塊顏色設(shè)定l【Format】菜單中的【Foreground Color】可以改變模

8、塊的前景顏色，【Background Color】可以改變模塊的背景顏色，而模型窗口的顏色可以通過【Screen Color】來改變。7模塊屬性設(shè)定l選中模塊，打開【Edit】【Block Properties】可以對模塊進行屬性設(shè)定，包括對Description、Priority、Tag、Open function、Attributes format string等屬性的設(shè)定。1模塊間連線l在模塊間連線，有以下幾種情況：l（1）連接兩個模塊l（2）模塊間連線的調(diào)整l（3）在連線之間插入模塊l（4）連線的分支2在連線上標示信息l在連線上標示的信息包括表示向量、顯示數(shù)據(jù)類型和標記等。l（1）標示

9、向量l（2）顯示數(shù)據(jù)類型l（3）信號標記l單擊【Simulation】菜單下面的【Configuration Parameters】項或者直接按快捷鍵“Ctrl+E”，便彈出設(shè)置界面l包括仿真器參數(shù)設(shè)置、工作空間數(shù)據(jù)導入/導出（Data Import/Export）設(shè)置等。下面對控制系統(tǒng)仿真中常用的仿真設(shè)置進行介紹。圖2.11 Simulink設(shè)置窗口仿真器參數(shù)設(shè)置可用于選擇仿真開始時間、仿真結(jié)束時間、解法器及輸出項等。對于一般的仿真，使用默認設(shè)置即可。l1仿真時間（Simulation time）設(shè)置l需要設(shè)置的有仿真開始時間（Start time）和仿真結(jié)束時間（Stop time）。l2

10、仿真步長模式設(shè)置l可供選擇的有“Variable-step”（變步長）和“Fixed-step”（固定步長）方式。l3解法器設(shè)置l用戶在“Solver”后面的下拉選項中可以選擇變步長模式解法器或固定步長模式解法器。變步長模式解法器有：discrete、ode45、ode23、ode113、ode15s、ode23s、ode23t和ode23tb。l4變步長的參數(shù)設(shè)置l對于變步長模式，用戶常用的設(shè)置有：最大和最小步長參數(shù)、相對誤差和絕對誤差、初始步長以及過零控制。默認情況下，步長自動確定，用auto值表示。l5固定步長的參數(shù)設(shè)置l對于固定步長模式，用戶常用的設(shè)置有：（1）Multitasking

11、模式；（2）Singletasking模式；（3）Auto模式工作空間數(shù)據(jù)導入/導出（Data Import/Export）設(shè)置主要在Simulink與MATLAB工作空間交換數(shù)值時進行有關(guān)選項設(shè)置，可以設(shè)置以下三個選擇項。l（1）Load from workspace：選中前面的復選框即可從MATLAB工作空間獲取時間和輸入變量，一般時間變量定義為t，輸入變量定義為u。l（2）Save to workspace：用來設(shè)置保存在MATLAB工作空間的變量類型和變量名。l（3）Save options：用來設(shè)置存往工作空間的有關(guān)選項。使用Simulink仿真的基本過程如下：l（1）啟動Simulink并打開模型編輯窗口；l（2）將所需模塊添加到模型中；l（3）設(shè)置模塊參數(shù)，并連接各個模塊組成仿真模型；l（4）設(shè)置系統(tǒng)仿真參數(shù)；l（5）開始系統(tǒng)仿真；l（6）觀察仿真結(jié)果。lSimulink是一個非常友好的仿真工具，入門簡單、使用方便。了解Simulink的構(gòu)成，掌握Simulink的基本操作，是使用Simulink進行過程控制系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)。l本章只介紹了Simulink最常用、最具有代表性基本內(nèi)容，對于其他內(nèi)容，讀者可在掌握這些基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上，通過Help文檔和反復練習，觸類旁通，達到熟練掌握、運用自如的境界。