机电系统动态仿真matlab电子教案课件-第七章-SIMULINK仿真

第七章第七章 SIMULINKSIMULINK仿真仿真2024/6/291教学内容7.1 7.1 认识认识SimulinkSimulink7.2 Simulink7.2 Simulink的基本模块的基本模块7.3 Simulink7.3 Simulink的模块操作的模块操作7.4 7.4 仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置2教学内容7.1 7.1 认识认识SimulinkSimulink7.2 Simulink7.2 Simulink的基本模块的基本模块7.3 Simulink7.3 Simulink的模块操作的模块操作7.4 7.4 仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置3认识认识SimulinkSimulink7.1.1 Simulink7.1.1 Simulink简介简介 Simulink Simulink是是MATLABMATLAB的重要组成部分，提供建立的重要组成部分，提供建立系统模型、选择仿真参数和数值算法、启动仿真程系统模型、选择仿真参数和数值算法、启动仿真程序对该系统进行仿真、设置不同的输出方式来观察序对该系统进行仿真、设置不同的输出方式来观察仿真结果等功能。仿真结果等功能。4仿真过程如下：仿真过程如下：(1)(1)启动启动SimulinkSimulink并打开模型编辑窗口。并打开模型编辑窗口。(2)(2)将所需模块添加到模型中。将所需模块添加到模型中。(3)(3)设置模块参数并连接各个模块组成仿真模型。设置模块参数并连接各个模块组成仿真模型。(4)(4)设置系统仿真参数。设置系统仿真参数。(5)(5)开始系统仿真。开始系统仿真。(6)(6)观察仿真结果。观察仿真结果。仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置57.1.2 Simulink7.1.2 Simulink的启动与退出的启动与退出 1Simulink的启动 认识认识SimulinkSimulinku在在MATLAB窗口的工具栏中单击窗口的工具栏中单击 图标图标u在命令窗口中输入命令：在命令窗口中输入命令：simulink67.1.2 Simulink7.1.2 Simulink的启动与退出的启动与退出 1Simulink的启动 认识认识SimulinkSimulink77.1.2 Simulink7.1.2 Simulink的启动与退出的启动与退出 1Simulink的启动认识认识SimulinkSimulink8SimulinkSimulink模块库浏览器模块库浏览器菜单栏菜单栏工具栏工具栏模模块块说说明明框框基基本本模模块块库库已已安安装装专专用用模块库模块库模模 块块 查查 找找框框模模 块块 显显 示示框框标题标题9如何打开模型编辑窗口？如何打开模型编辑窗口？认识认识SimulinkSimulink启动方式：启动方式：(1)模块库浏览器的菜单模块库浏览器的菜单“File”/“New”/“Model”命令命令(2)单击工具栏上的单击工具栏上的 图标图标10方法一：方法一：认识认识SimulinkSimulink11方法二：方法二：认识认识SimulinkSimulink12SimulinkSimulink模块编辑窗口模块编辑窗口 菜单栏菜单栏工具栏工具栏模块编辑框模块编辑框当前状态当前状态仿真进程仿真进程仿真解法仿真解法13如何存盘？如何存盘？认识认识SimulinkSimulink14如何对一个已经存在的模型文件进行编辑修改？认识认识SimulinkSimulink在MATLAB命令窗口直接输入模型文件名(不要加扩展名.mdl)。152Simulink的退出的退出 为了退出为了退出Simulink，只要关闭所有模型编辑窗口和，只要关闭所有模型编辑窗口和Simulink模块库浏览器窗口即可。模块库浏览器窗口即可。认识认识SimulinkSimulink16教学内容7.1 7.1 认识认识SimulinkSimulink7.2 Simulink7.2 Simulink的基本模块的基本模块7.3 Simulink7.3 Simulink的模块操作的模块操作7.4 7.4 仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置177.2 Simulink7.2 Simulink的基本模块的基本模块 SimulinkSimulink的基本模块的基本模块187.2 Simulink7.2 Simulink的基本模块的基本模块 SimulinkSimulink的基本模块的基本模块197.2 Simulink7.2 Simulink的基本模块的基本模块 SimulinkSimulink的基本模块的基本模块输入源模块库接收模块库连续系统模块库离散系统模块库数学运算模块库函数与表模块库信号与系统模块库20SimulinkSimulink的基本模块的基本模块1.1.输入源模块库输入源模块库 模块功能In1创建输入端Ground接地From File从文件读数据From Workspace从工作空间读数据Constant常数Signal Generator信号发生器Pulse Generator脉冲发生器Ramp斜波Sine Wave正弦波Step阶跃信号Repeating S重复序列Chirp Signal快速正弦扫描Random Number随机信号Uniform R N均匀随机信号Band-limited N带限白噪声Clock当时时间Digital Clock数字时钟21SimulinkSimulink的基本模块的基本模块2.2.接收模块库接收模块库 模块功能Out1创建输出端Terminator通用终端To File输出数据到文件To Workspace输出数据到工作空间Scope示波器Floating Scope可选示波器XY GraphXY关系图Display实时数值显示Stop Simulation输出不为0时停止仿真22SimulinkSimulink的基本模块的基本模块3.3.连续系统模块库连续系统模块库 模块功能Integrator积分Derivative微分State-Space状态方程Transfer Fcn传递函数Zero-Pole零极点Transport Delay传输延时Variable T D可变传输延时23SimulinkSimulink的基本模块的基本模块4.4.离散系统模块库离散系统模块库 模块功能Unit Delay单位延时采样保持Discrete-Time I离散时间积分Discrete Transf F离散传递函数Discrete Filter离散滤波器Discrete Zero-Pole离散零极点Discrete State-Space离散状态方程Zero-order Hold零阶保持器First-order Hold一阶保持器24SimulinkSimulink的基本模块的基本模块5.5.函数与表模块库函数与表模块库 模块功能Lookup Table线性插值查表Lookup Table（2-D）二维线性插值Lookup Table（n-D）N维线性插值PrelookUp Index S预查下标Interpolation（n-D）N维插值Direct Lookup T直接查表FcnC语言形式的表达式MATLAB FunM形式的表达式S-Function调用S函数Polynomial多项式25SimulinkSimulink的基本模块的基本模块6.6.信号与系统模块库信号与系统模块库 模块功能Bus Creator创建信号总线Bus Selector从信号总线中选择信号Mux多路传输器Demux多路分离器Selector选择输入信号Merge信号合并From从GOTO模块接收信号Goto Tag V定义GOTO模块的范围Goto把信号送到FORM模块Data Store Read从存储器读数据Data Store Memory为存储器定义尺寸Data StoreWrite向存储器写数据26SimulinkSimulink的基本模块的基本模块7.7.数学模块库数学模块库 模块功能Sum求和Product积或商Gain常数增益Slider Gain可变增益MinMax求最大值Abs求绝对值Sign符号函数Math Function数学运算函数Trigonometric F三角函数278.Simulink8.Simulink的基本模块功能演示的基本模块功能演示【例1】演示“示波”模块的向量显示能力。SimulinkSimulink的基本模块的基本模块288.Simulink8.Simulink的基本模块功能演示的基本模块功能演示【例2】演示“求和”模块的处理能力：输入扩展。SimulinkSimulink的基本模块的基本模块29教学内容7.1 7.1 认识认识SimulinkSimulink7.2 Simulink7.2 Simulink的基本模块的基本模块7.3 Simulink7.3 Simulink的模块操作的模块操作7.4 7.4 仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置307.3.1 7.3.1 模块的编辑模块的编辑1添加模块 单击不放开鼠标拖到模型窗口2选取模块 单击模块出现四个黑色小方块3模块外形的调整 位置调整、大小调整、方向调整、颜色调整 4复制与删除模块 按ctrl不放拖动模块放置好后松开5模块名的处理 改名：单击模块名区域 隐藏名：HIDE NAME 改变位置：FliP NAME SimulinkSimulink的模块操作的模块操作317.3.2 7.3.2 模块的连接模块的连接1连接两个模块 移动鼠标到输出端,鼠标箭头会变成十字形光标,按住鼠标左键,拖动到另一个模块的输入端,完成连接。2模块间连线的调整 单击选中连线,线上会出现黑色小方块,拖动即可改变连线方向。3连线的分支连好第一条线选择支线的起点位置,先按下ctrl键,然后按鼠标,将连线拖到目标模块,释放鼠标和ctrl键。4标注连线 双击连线,出现文本框,在里面输入标注文字。5删除连线 SimulinkSimulink的模块操作的模块操作32教学内容7.1 7.1 认识认识SimulinkSimulink7.2 Simulink7.2 Simulink的基本模块的基本模块7.3 Simulink7.3 Simulink的模块操作的模块操作7.4 7.4 仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置337.4.1 7.4.1 模块的参数和属性设置模块的参数和属性设置1模块的参数设置只要双击要设置的模块在模块上按鼠标右键并在弹出的快捷菜单中选择相应模块的参数设置命令就会弹出模块参数对话框。仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置341模块的参数设置 仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置352 2模块的属性设置模块的属性设置模块上按鼠标右键并在弹出的快捷菜单中选择Block properties在模型编辑窗口的Edit菜单下选择Block properties命令，将打开模块属性对话框。仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置362 2模块的属性设置模块的属性设置仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置372 2模块的属性设置模块的属性设置仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置382 2模块的属性设置模块的属性设置 该对话框包括General、Block annotation和Callbacks 3个可以相互切换的选项卡。其中General选项卡中可以设置3个基本属性：Description(说明)、Priority(优先级)、Tag(标记)。仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置39仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置对该模块在模型中的用法进行说明。规定该模块在模型中相对其他模块的忧先顺序。用户为模块添加的文本格式的标记。407.4.2 7.4.2 系统的仿真系统的仿真1 设置仿真参数 打开系统仿真模型，从模型编辑窗口的Simulation菜单中选择Configuration parameters命令，打开一个仿真参数对话框，在其中可以设置仿真参数。仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置41仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置42仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置算法选项卡数据输入输出选项卡诊断选项卡实时工作空间选项卡43仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置 仿真起始和停止时间仿真算法的选择44仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置 从工作空间中载入数据将输出保存到工作空间保存选项457.4.3 7.4.3 启动系统仿真与仿真结果分析启动系统仿真与仿真结果分析 设置完仿真参数之后，从Simulation中选择Start菜单项或单击模型编辑窗口中的Start Simulation命令按钮，便可启动对当前模型的仿真。为了观察仿真结果的变化轨迹可以采用3种方法：(1)把输出结果送给Scope模块或者XY Graph模块。(2)把仿真结果送到输出端口并作为返回变量，然后使 用MATLAB命令画出该变量的变化曲线。(3)把输出结果送到To Workspace模块，从而将结果直 接存入工作空间，然后用MATLAB命令画出该变量的 变化曲线。仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置467.4.3 7.4.3 系统仿真实例系统仿真实例例：用例：用SIMULINKSIMULINK仿真两个正弦信号相乘，即计算仿真两个正弦信号相乘，即计算 x(t)=sin(t)sin(10t)x(t)=sin(t)sin(10t)。操作过程如下：(1)创建新模型。(2)将所需模块添加到模型中。(3)设置模块参数。(4)连接各个模块组成仿真模型。(5)设置仿真参数。(6)仿真并观察仿真结果。仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置47(1)(1)创建新模型创建新模型运行运行simulinksimulink创建新模型创建新模型48(2)(2)将所需模块添加到模型中将所需模块添加到模型中寻找正确寻找正确的功能模块的功能模块 x(t)=sin(t)*sin(10t)。正弦源示波器乘法器 正弦源49(3)(3)设置模块参数设置模块参数 x(t)=sin(t)*sin(10t)。根据题意根据题意设置模块参数设置模块参数正弦源示波器乘法器 正弦源50(3)(3)设置模块参数设置模块参数 x(t)=sin(t)*sin(10t)。根据题意根据题意设置模块参数设置模块参数正弦源示波器乘法器 正弦源51(3)(3)设置模块参数设置模块参数 x(t)=sin(t)*sin(10t)。根据题意根据题意设置模块参数设置模块参数正弦源示波器乘法器 正弦源52连接模块连接模块(4)(4)连接各个模块组成仿真模型连接各个模块组成仿真模型53(5)(5)进行系统仿真参数设置进行系统仿真参数设置设置系统设置系统仿真参数仿真参数54(6)(6)仿真并观察仿真结果仿真并观察仿真结果557.4.4 7.4.4 系统仿真实例系统仿真实例v例：通过创建简单Simulink模型来求解以下微分方程的数值解并分析波形。x=sin(t)x(0)=0仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置567.4.4 7.4.4 系统仿真实例系统仿真实例 例：考虑如下所示的简单小车系统运动。仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置57587.4.4 7.4.4 系统仿真实例系统仿真实例例：有初始状态为0的二阶微分方程x+0.2x+0.4x=0.2u(t),其中u(t)是单位阶跃函数，试建立系统模型并仿真。用积分器直接构造求解微分方程的模型。仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置59例：有初始状态为0的二阶微分方程x+0.2x+0.4x=0.2u(t),其中u(t)是单位阶跃函数，试建立系统模型并仿真。方法1：用积分器直接构造求解微分方程的模型。仿真模型的参数设置仿真模型的参数设置60