simulink仿真环境.

2020/1/10Simulink仿真环境16.1Simulink启动与界面说明6.2Simulink结构图程序设计6.3Simulink仿真参数设置6.4结构图控制系统仿真6.5系统函数（S函数）的设计第六章simulink仿真环境2020/1/10Simulink仿真环境26.2simulink结构图程序设计•命令行控制系统仿真时，是由控制系统的参数构成控制系统的数学模型，以命令行程序的方式来进行仿真的。•与命令行仿真方式不同，在simulink环境下，控制系统的数学模型是图形化的系统结构图，仿真程序是结构图程序的图形界面。2020/1/10Simulink仿真环境36.2.1创建结构图文件•创建结构图文件通常有以下两种方法：•1.方法一•可以在Simulink界面上打开File菜单，选择NewModel，打开一个名为untiled的结构图程序文件窗口，2020/1/10Simulink仿真环境42020/1/10Simulink仿真环境5•2.方法二•在Matlab命令平台打开File，选择New来建立新文件。这时出现新建文件类型选项：•选项一用于建立M文件，选项2用于建立图形文件，选项3用于加你了结构图文件。选中第3向后，即出现一个与方法一相同的名称为untiled的新建结构图文件的窗口。2020/1/10Simulink仿真环境6•用上述任何一种方法创建新文件后，即可作新文件存储操作，即选择File中的Saveas（另存为），将文件命名为myblock.mdl存入用于程序存储区。2020/1/10Simulink仿真环境76.2.2结构图程序设计•按照系统结构所需要的模块单元，构成系统结构图。具体操作如下：1）激活Simulink2)激活信号源模块组Source，单击需要的信号单元图标，将选中的信号单元图标拖入刚才我们新打开的用户文件myblock.mdl窗口的空白处释放。3）激活线性单元模块组Linear，单击需要的线性单元图标，如传递函数等，将其拖入用户文件myblock.mdl窗口的空白处释放。2020/1/10Simulink仿真环境84）激活输出显示模块组sinks，拖动显示输出单元。5）在用户文件窗口上，用鼠标在各拖入的单元之间作连线。方法是：将鼠标移至前级单元的输出口上，按住鼠标，再将鼠标箭头拖至后级单元的输入端，释放鼠标，就完成了模块之间的连接。连线完成后的一个控制系统的结构图程序如图所示。2020/1/10Simulink仿真环境92020/1/10Simulink仿真环境106）在结构图上激活响应的单元，可以完成对各单元的参数设置和修改。如输入阶跃信号的幅值大小；求和器的反馈极性；对象传递函数的各个参数（TF模型或者ZPK模型）等。详细情况见下一节。完成参数设置后的结构图如下页图示。2020/1/10Simulink仿真环境112020/1/10Simulink仿真环境126.3Simulink仿真参数设置•结构图设计完成以后，还不能马上作系统仿真，需要设置相应的仿真参数。参数设置的内容和步骤如下所述。2020/1/10Simulink仿真环境136.3.1输入信号的参数设置•双击信号源图标，出现信号参数设置窗口，如图（下页）所示。2020/1/10Simulink仿真环境14•上部为模块功能说明，图例为“step”、“outputastep”，说明该模块名称为Step;模块功能为输出阶跃信号。下面4行为参数设置行，分别为：•Steptime阶跃信号开始时间•Initialvalue初始幅值大小•Finalvalue终止幅值大小•Sampletime采样间隔时间•由键盘输入设定值后，单击OK键确认，窗口即关闭。•其它信号输入单元如正弦信号单元等，其参数设置窗口类似。2020/1/10Simulink仿真环境156.3.2示波器的参数设置•双击示波器图标，即出现示波器窗口，如图所示。该窗口用于显示系统的时间响应曲线。2020/1/10Simulink仿真环境16•单击工具栏按钮Parameter弹出参数设置窗口，如图示。需要设置的参数为显示曲线数、观察的时间段与是否设置为浮动工作状态等。2020/1/10Simulink仿真环境176.3.3仿真参数设置•用鼠标选择主菜单的Simulation选项，出现下拉菜单如图示。2020/1/10Simulink仿真环境18•选择SimulationParameters选项，打开仿真参数设置窗口，如图示。2020/1/10Simulink仿真环境19•该窗口为多页窗口，各页内容为：•Solver解算器•WorkspaceI/OMatlab命令平台I/O•Diagnostics诊断•Advanced高级•Real-TimeWorkshop实时平台•以下就解算器页面的仿真参数设置作简要说明，其他页面的使用方法，可以查阅Matlab语言的帮助系统。2020/1/10Simulink仿真环境201.仿真算法的选择•Simulink为用户提供了多种仿真算法。解算器Sovleroptions部分的下拉列表（图示），可以选择步长，变步长或者定步长。•由算法选择下拉列表可以选择各种仿真算法。默认算法是ode45（4阶Runge-Kutta法），关于其它算法的说明可以查阅Matlab语言的PDF文件）；2020/1/10Simulink仿真环境212020/1/10Simulink仿真环境222020/1/10Simulink仿真环境232.仿真时间的设置•在解算器中的SimulationTime选项组中，可以设置仿真的起始时间和终止时间。Simulink启动后的默认值分别为：•StartTime0.0•StopTime10.03.其它参数设置•其它参数设置项还有仿真步长选择、输出选择、允许误差设置等。其中，相对误差（RelativeTolerance)设置的默认值为：•RelativeTolerance1e-3计算精度为0.0012020/1/10Simulink仿真环境24•用鼠标选择主菜单的Simulation选项，出现下拉子菜单，如图。6.4结构图控制系统仿真6.4.1仿真的启动与停止2020/1/10Simulink仿真环境25•选中Start仿真即开始，至设定的仿真时间长度即停止。在长时间的仿真过程中，该选项变为Pause/Continue，用于暂停或继续。选项Stop可以用于长时间仿真的停止执行。2020/1/10Simulink仿真环境26•仿真程序的启动也可以使用工具栏上的启动按钮。如图示。2020/1/10Simulink仿真环境276.4.2结构图系统仿真•下面以例题说明结构图系统仿真工作的步骤。•例6.1控制系统结构图如图所示•用结构图仿真方法求系统的阶跃响应。2020/1/10Simulink仿真环境28•（1）按照机构图程序设计步骤完成以下结构图。2020/1/10Simulink仿真环境29•(2)结构图完成后，设置仿真参数，步骤如下：•1）双击阶跃信号图标，起始时间设为0s，（默认值为1s）；•2）初始可以默认示波器的参数设置。•3）在模型myblock窗口上，选择Simulation下拉菜单中的SimulationParemeters，设置仿真参数。①选择仿真算法。初始可以用默认算法（ode45）2020/1/10Simulink仿真环境30②确定仿真开始时间，如0s（默认值）；③确定仿真结束时间，如10s（默认值）；④最大仿真步长和最小仿真步长。可以由仿真要求确定。默认值为自动，即MinStepSize（默认值为0.0001）MaxStepSize（默认值为10）⑤设定仿真精度Tolerance（默认值为1e-3)完成上述仿真参数设定后，即可进行控制系统的仿真了。2020/1/10Simulink仿真环境31•（3）启动仿真，双击示波器图标，即可观察到仿真结果，如图示。2020/1/10Simulink仿真环境32•例6.2浮空示波器观察系统的各种信号的值。•1）打开示波器窗口。•2）示波器浮空设置。单击工具栏的浮空示波器按钮（Flotingscope）将示波器设置为浮空工作状态。2020/1/10Simulink仿真环境33•3）设置观测状态。•单击工具栏的信号选择按钮（Signalselection)，可选的四种浮空观测方式为：•Allsignals所有信号（所有模块输出）•Namedsignalsonly指定信号（由allsignals列表指定，多个信号）•Testpointsignalsonly测试点信号（由结构图激活句柄设定，单个信号）•Selectedsignalsonly设定信号（由allsignals列表选项，多个信号）•（图略）2020/1/10Simulink仿真环境34•例6.3将仿真结果返回到Matlab命令平台。•通过结构图的仿真参数设置，可以将结构图仿真结果返回到Matlab命令平台，用于作图与其它分析处理。具体步骤如下：•1）单击仿真结构图Simulation菜单的SimulationParameters，打开仿真参数设置窗口，选择并打开WorkspaceI/O选项卡。如图示（下页）•2）选择SavetoWorkspace的选项，并指定变量名称，tout和xout分别为返回的时间变量名称是输出变量名称。•3）执行仿真，的到返回平台的变量值。2020/1/10Simulink仿真环境352020/1/10Simulink仿真环境365.4子系统与模块封装技术子系统概念及构成方法模块封装方法模块集构造2020/1/10Simulink仿真环境37•在系统建模与仿真中，经常遇到很复杂的系统的结构，难以用一个单一的模型框图进行描述。通常需要将这些框图分解成多个具有独立功能的子系统。另外，用户也可以将一些常用的子系统封装成一些模块，这些模块的使用方法类似于标准的Simulink模块，当然，用户也可自己开发一些模块做成自己的模块组或模块集。2020/1/10Simulink仿真环境385.4.1子系统概念及构成方法•要建立子系统，首先要给子系统设置输入和输出端子。子系统的输入端由Sources模块组中的In来表示，输出端由Sinks模块组中的Out来表示。•当然，如果已经建立起一个框图，则可以将想建立子系统的部分选中（鼠标左键单击要选中区域的左下角，拖动鼠标在想选中区域的右上角处释放，则选中该区域的所有模块和其连接关系）。2020/1/10Simulink仿真环境39•用鼠标选择了预期的子系统构成模块和机构之后，就可用Edit-CreateSubsystem菜单项来建立子系统。若没有指定输入和输出端口，则Simulink会自动将流入选择区域的信号依次设置为输入信号，将流出的信号设置成输出信号，从而自动建立起输入和输出端口。2020/1/10Simulink仿真环境402020/1/10Simulink仿真环境412020/1/10Simulink仿真环境422020/1/10Simulink仿真环境43•注意：这里的模型含有四个变量，Kp，Ti，Td和N，这些变量应该在Matlab工作空间中赋值。2020/1/10Simulink仿真环境445.4.2模块封装方法•前面我们给出的PID控制器子系统，需要修改参数时，须在Workspace中修改内部参数。•在Simulink环境中，所谓封装（Masking）就是将其对应的子系统的内部结构隐含起来，以便访问该模块时只出现一个参数设置对话框，将模块中所需要的参数用这个对话框来输入。•在前面介绍的PID控制器中，也可以给它封装起来只留下一个对话框来接受该模型的4个参数。2020/1/10Simulink仿真环境452020/1/10Simulink仿真环境462020/1/10Simulink仿真环境472020/1/10Simulink仿真环境482020/1/10Simulink仿真环境492020/1/10Simulink仿真环境502020/1/10S