计算机仿真技术-Chapter3

计算机仿真技术ComputerSimulation1系统、模型与仿真分析实际系统建立系统模型仿真建模程序设计仿真运行仿真结果分析反馈校验结束计算机仿真的一般步骤23第三章Simulink的基本使用一、Simulink简介二、“Simulink”模块库三、Simulink中的建模四、Simulink中的仿真一、Simulink简介4SIMULINK是MATLAB软件的扩展是实现动态系统建模和仿真的一个软件包它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入其优点是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SIMULINK简介什么是SIMULINK5所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统模块用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进行存取），进而进行仿真与分析SIMULINK简介什么是SIMULINK6通常包括三种组件：SIMULINK简介SIMULINK下的系统模型信号源（Source）系统（System）输出（Sink）7信号源与输出SIMULINK简介SIMULINK下的系统模型信号源（Source）常数、正弦波、阶梯波、……8输出（Sink）示波器、图形记录仪、数组、……仿真步骤SIMULINK简介SIMULINK下的仿真建立系统模型建立仿真模型（利用模块库中的模块）设置仿真环境（选择算法、设定步长等）运行仿真9仿真示例power_HEV_powertrain.mdl混合仿真：机械、电气、控制SIMULINK简介SIMULINK下的仿真101、启动simulink：在MATLAB命令窗口中输入simulink/点击simulink图标2、模型库浏览窗口3、新建、保存模型文件4、模块的操作：拖拽、移动、复制、删除、改变大小、旋转、阴影效果、连接、参数设置、查看帮助、修改模块名、移动模块名SIMULINK简介SIMULINK的基本操作11二、“Simulink”模块库121、常数信号：Constant2、阶跃信号：Step3、斜坡信号：Ramp4、正弦波信号：SineWave5、脉冲发生器：PulseGenerator6、周期信号：RepeatingSequence7、信号发生器：SignalGeneratorSIMULINK模块库Sources模块138、信号创建器：SignalBuilder9、时钟信号：Clock10、数字时钟信号：DigitalClockSIMULINK模块库Sources模块141、示波器：Scope2、浮动示波器：FloatingScope3、数字显示：Display4、XY图：XYGraph5、存至工作空间：ToWorkspace6、存至文件：ToFileSIMULINK模块库Sinks模块151、向量组合器：Mux2、向量分解器：DemuxSIMULINK模块库SignalRouting模块161、绝对值：Abs2、加法：Add3、累加：Sum4、减法：Subtract5、偏移：Bias6、乘法：Product7、除法：DivideSIMULINK模块库MathOperations模块178、开平方：Sqrt9、增益：Gain10、数学函数：MathFunctionSIMULINK模块库MathOperations模块181、与零比较：CompareToZero2、关系运算：RelationalOperator3、逻辑运算：LogicalOperatorSIMULINK模块库LogicandBitOperations模块191、微分：Derivative2、积分：Integrator3、传递函数：TransferFcn4、状态方程：State-Space5、PID控制器：PIDControllerSIMULINK模块库Continuous模块20三、Simulink中的建模21RLudcCiu+-R0用途：滤波器等边界条件：输入：电源电压udc，负载R0状态(输出)：电容电压u，电感电流iSIMULINK中的建模示例电路22SIMULINK中的建模微分方程模型2200()(1)dcduLduRLCRCuudtRdtR2322001(()(1))dcduLduRuRCudtLCRdtR21232()dcduduKuKKudtdtSIMULINK中的建模微分方程模型2421232()dcduduKuKKudtdt∫uudc∫K2dudt22dudtK3K1+--SIMULINK中的建模微分方程模型在Simulink中建立该模型：ch31.mdl250duuiCdtRSIMULINK中的建模传递函数模型在Simulink中建立该模型：ch32.mdl200()1()()(1)dcUsLRUsLCsRCsRR26SIMULINK中的建模状态方程模型0,,,11,,,[01],0110dcdiidtXXXAXBUyCXDUududtRLLABUuCDLCCRyuCX27在Simulink中建立该模型：ch33.mdlSIMULINK中的建模子系统的建立（CreateSubsystem）281、利用Subsystem建立子系统2、利用功能模块建立子系统ch34.mdl四、Simulink中的仿真29三个步骤SIMULINK中的仿真仿真步骤设置仿真参数运行仿真分析仿真结果30SIMULINK中的仿真设置仿真参数31Simulation菜单下的ConfigurationParameters命令参数设置类别：Solver：设置仿真解算器的参数DataImport/Export：设置与工作空间交换数值的选项其他SIMULINK中的仿真设置仿真参数32Solver设置仿真时间（Simulationtime）：Starttime，Stoptime解算器选项（Solveroptions）：步长模式（Type）：变步长模式可以在仿真的过程中改变步长，提供误差控制和过零检测。固定步长模式在仿真过程中提供固定的步长，不提供误差控制和过零检测。SIMULINK中的仿真设置仿真参数33解算器（Solver）——变步长时•Discrete：处理离散系统（非连续系统）的算法•ode45：四/五阶龙格－库塔法•ode23：二/三阶龙格－库塔法•ode113：阶数可变的解法ode15s：多步解法，适用于刚性系统ode23s：半隐式龙格－库塔法ode23t：梯形积分法的一种自由插值实现ode23tb：梯形法与Gear法的结合SIMULINK中的仿真设置仿真参数34解算器（Solver）——固定步长时•Discrete：适合离散无连续状态的系统•ode5：ode45的固定步长版本•ode4：四阶龙格－库塔法•ode3：ode23的固定步长版本ode2：改进的欧拉法ode1：欧拉法SIMULINK中的仿真设置仿真参数35步长选项——变步长时•最大步长参数：Maxstepsize，缺省值为“仿真时间/50”•最小步长参数：Minstepsize•初始步长参数：Initialstepsize步长选项——固定步长时•固定步长参数：Fixed-stepsizeSIMULINK中的仿真设置仿真参数36仿真精度——变步长时•相对误差：Relativetolerance，误差相对于状态的值，是一个百分比，缺省值为1e-3，表示状态的计算值要精确到0.1%。•绝对误差：Absolutetolerance，如果它被设成了auto，那么simulink为每一个状态设置初始绝对误差为1e-6。SIMULINK中的仿真设置仿真参数37DataImport/Export设置从工作空间输入（Loadfromworkspace）：Input，Initialstate向工作空间存储（Savetoworkspace）：Time，States，Output，FinalstatesFormat，Limitdatapointstolast，DecimationSIMULINK中的仿真运行仿真38运行示例：ch31.mdlSIMULINK中的仿真分析仿真结果39分析示例：ch31.mdl