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Simulink 建模与仿真

Simulink 建模与仿真. 第 7 讲： Simulink 仿真基础. Simulink 能做什么？ Simulink 介绍 简单例子 demo. 1 、 Simulink 是什么？. Simulink 是基于 MATLAB 环境之上的高性能的系统级仿真设计平台。 是实现动态系统建模和仿真的一个集成环境。 它可以非常容易的实现 可视化建模 ， 使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。从而 把理论研究和工程实践有机的结合在一起。. simulink 模型 ： simulink 模型在视觉上表现为方框图，在

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Presentation Transcript

  1. Simulink建模与仿真

  2. 第7讲：Simulink仿真基础 • Simulink能做什么？ • Simulink介绍 • 简单例子 • demo

  3. 1、Simulink是什么？ • Simulink是基于MATLAB环境之上的高性能的系统级仿真设计平台。是实现动态系统建模和仿真的一个集成环境。 • 它可以非常容易的实现可视化建模，使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。从而把理论研究和工程实践有机的结合在一起。

  4. simulink 模型： simulink模型在视觉上表现为方框图，在 文件上则是扩展名为mdl的ASCII代码；在数学 上体现为一组微分方程或差分方程；在行为上 模拟了物理器件构成的实际系统的动态特性。 • simulink 的一般结构：

  5. 在学术界和工业领域，Simulink已经成为动态系统建模和仿真领域中应用最为广泛的软件之一。由于Simulink是采用模块组合方式来建模，从而可以使得用户能够快速、准确地创建动态系统的计算机仿真模型，评估不同地算法和结构，并验证系统的性能。在学术界和工业领域，Simulink已经成为动态系统建模和仿真领域中应用最为广泛的软件之一。由于Simulink是采用模块组合方式来建模，从而可以使得用户能够快速、准确地创建动态系统的计算机仿真模型，评估不同地算法和结构，并验证系统的性能。 • Simulink模型可以用来模拟线性和非线性、连续和离散或者两者的混合系统，也就是说它可以用来模拟几乎所有可能遇到动态系统。另外Simulink还提供一套图形动画的处理方法，使用户可以方便的观察到仿真的整个过程。 • Simulink没有单独的语言，但是它提供了S函数规则。所谓的S函数可以是一个M函数文件、FORTRAN程序、C或C++语言程序等,通过特殊的语法规则使之能够被Simulink模型或模块调用。S函数使Simulink更加充实、完备，具有更强的处理能力。

  6. 同Matlab一样，Simulink也不是封闭的,他允许用户可以很方便的定制自己的模块和模块库。同时Simulink也同样有比较完整的帮助系统，使用户可以随时找到对应模块的说明，便于应用。同Matlab一样，Simulink也不是封闭的,他允许用户可以很方便的定制自己的模块和模块库。同时Simulink也同样有比较完整的帮助系统，使用户可以随时找到对应模块的说明，便于应用。 • 目前，随着软件的升级换代，在软硬件的接口方面有了长足的进步，使用Simulink可以很方便地进行实时的信号控制和处理、信息通信以及DSP的处理。

  7. 2、Simulink介绍 • 如何进入 新建一个.mdl文件 • 模块库 公共模块库：最基础、最通用的模块库， 它可以被应用到不同的专业领域中。 专业模块库

  8. SIMULINK的模块库介绍 • SIMILINK模块库按功能进行分为以下9类子库： • Continuous（连续模块库） • Discrete（离散模块库） • Function&Tables（通用函数及列表库） • Math（数学函数库） • Nonlinear（非线性模块库） • Signals&Systems（信号处理及系统类模块库） • Sinks（输出显示模块库） • Sources（输入源模块库） • Subsystems (子系统模块库)

  9. 库的类型 Sources库

  10. Sinks库 Discrete库 Continuous库

  11. Math库 Nonlinear库

  12. Signal & Systems库

  13. Subsystems库

  14. Functions & Tables库

  15. Source库

  16. Sinks库

  17. Discrete库

  18. Continuous库

  19. Math库

  20. Function and Tables函数

  21. Nonlinear 库

  22. Signal and Systems库

  23. 3、几个简单例子 • 1、输入为一个正弦波信号，输出为此正弦波信号与一个常数的乘积。 系统输入： ,t≥0 系统输出：

  24. 图 选择系统所需模块

  25. 图系统模块之间的连线

  26. 图 子系统建立：选择模块生成子系统

  27. 假设从实际自然界（力学、电学、生态等）或 社会中，抽象出有初始状态为0的二阶微分方程 1）改写微分方程 2）利用SIMULINK库中的标准模块构作模型 3）仿真操作

  28. 2、系统 Bouncing Ball Model： A rubber ball is thrown into the air with a velocity of 15 meters per second from a height of 10 m. position ~ h (t) velocity ~ v (t)

  29. 数学模型：

  30. 3、典型PID控制系统 R(s) Y(t)

  31. 设置系统模块参数与仿真参数 在建立比例微分控制系统模型之后，需要设置 各模块参数与系统仿真参数。系统模型中模块参数 设置如下： （1）Transfer Fcn模块设置： 设置分子num [1 7 24 24]， 设置分母den为[1 10 35 50 24] （2）Step信号模块设置：使用系统的默认取值，即单位阶跃信号。 （3）其它各模块的参数设置

  32. 在设置系统模块参数之后，接下来使用 Simulation Parameters仿真参数对话框中的Solver 选项卡设置系统仿真参数，如下所述： （1）仿真时间范围为0至20s。 （2）使用变步长连续求解器（variable-step），仿真算法为ode45。 （3）最大仿真步长（Max step size）为0.01。 （4）绝对误差（Absolute tolerance）为1e-6。 （5）其余仿真参数使用默认取值。

  33. 模块修改参数 • 子系统 封装 • S函数 • 线性离散系统 z变换 • 线性连续系统 拉氏变换s • 混合系统 • 非线性环节

  34. 电机模型（控制） • Tank • Inverted pendulum

  35. Simulink优点 • 适应面广：包括线性、非线性系统；离 散、连续系统 • 结构和流程清晰：以方块图形式呈现， 仿真精细、贴近实际

  36. thank you！

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