Simulink交互式仿真
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simulink仿真流程标题,深入了解Simulink仿真流程。
Simulink是一种用于建模、仿真和分析动态系统的工具,它可以帮助工程师们更好地理解和设计复杂的控制系统。
在本文中,我们将深入探讨Simulink的仿真流程,以帮助读者更好地了解如何使用Simulink进行系统仿真。
Simulink仿真流程可以分为以下几个步骤:1. 模型建立,首先,我们需要在Simulink中建立系统的模型。
这可以通过拖放各种组件来实现,包括传感器、执行器、控制器等。
这些组件可以通过连接线连接起来,以构建系统的整体模型。
2. 参数设置,在建立模型后,我们需要设置各个组件的参数,包括传感器的灵敏度、执行器的动态响应等。
这些参数设置将直接影响系统的仿真结果。
3. 信号输入,接下来,我们需要确定系统的输入信号,这可以是一个预先定义的信号,也可以是一个外部输入。
这些输入信号将作为系统的激励,驱动系统进行仿真。
4. 仿真运行,一切就绪后,我们可以开始运行仿真。
Simulink将根据模型和参数设置,以及输入信号,模拟系统的动态行为,并输出相应的仿真结果。
5. 结果分析,最后,我们需要对仿真结果进行分析。
这包括系统的响应曲线、稳定性分析、频域特性等。
通过对仿真结果的分析,我们可以评估系统的性能,并进行必要的调整和优化。
总的来说,Simulink的仿真流程涉及模型建立、参数设置、信号输入、仿真运行和结果分析等多个环节。
通过深入了解Simulink的仿真流程,我们可以更好地利用这一工具来进行系统建模和分析,从而更好地理解和设计复杂的控制系统。
如何使用MATLABSimulink进行动态系统建模与仿真如何使用MATLAB Simulink进行动态系统建模与仿真一、引言MATLAB Simulink是一款强大的动态系统建模和仿真工具,广泛应用于各个领域的工程设计和研究中。
本文将介绍如何使用MATLAB Simulink进行动态系统建模与仿真的方法和步骤。
二、系统建模1. 模型构建在MATLAB Simulink中,可以通过拖拽模块的方式来构建系统模型。
首先,将系统的元件和子系统模块从库中拖拽到模型窗口中,然后连接这些模块,形成一个完整的系统模型。
2. 参数设置对于系统模型的各个组件,可以设置对应的参数和初始条件。
通过双击模块可以打开参数设置对话框,可以设置参数的数值、初始条件以及其他相关属性。
3. 信号连接在模型中,各个模块之间可以通过信号连接来传递信息。
在拖拽模块连接的同时,可以进行信号的名称设置,以便于后续仿真结果的分析和显示。
三、系统仿真1. 仿真参数设置在进行系统仿真之前,需要设置仿真的起止时间、步长等参数。
通过点击仿真器界面上的参数设置按钮,可以进行相关参数的设置。
2. 仿真运行在设置好仿真参数后,可以点击仿真器界面上的运行按钮来开始仿真过程。
仿真器将根据设置的参数对系统模型进行仿真计算,并输出仿真结果。
3. 仿真结果分析仿真结束后,可以通过查看仿真器界面上的仿真结果来分析系统的动态特性。
Simulink提供了丰富的结果显示和分析工具,可以对仿真结果进行绘图、数据处理等操作,以便于对系统模型的性能进行评估。
四、参数优化与系统设计1. 参数优化方法MATLAB Simulink还提供了多种参数优化算法,可以通过这些算法对系统模型进行优化。
可以通过设置优化目标和参数范围,以及定义参数约束条件等,来进行参数优化计算。
2. 系统设计方法Simulink还支持用于控制系统、信号处理系统和通信系统等领域的特定设计工具。
通过这些工具,可以对系统模型进行控制器设计、滤波器设计等操作,以满足系统性能要求。
第八第八章章 SIMULINK SIMULINK 交互式仿真集成环境交互式仿真集成环境8.1 引导SIMULINK 是一个进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。
它可以处理的系统包括:线性、非线性系统;离散、连续及混合系统;单任务、多任务离散事件系统。
在SIMULINK 提供的图形用户界面GUI 上,只要进行鼠标的简单拖拉操作就可构造出复杂的仿真模型。
它外表以方块图形式呈现,且采用分层结构。
从建模角度讲,这既适于自上而下(Top-down )的设计流程(概念、功能、系统、子系统、直至器件),又适于自下而上(Bottum-up ) 逆程设计。
从分析研究角度讲,这种SIMULINK 模型不仅能让用户知道具体环节的动态细节,而且能让用户清晰地了解各器件、各子系统、各系统间的信息交换,掌握各部分之间的交互影响。
在SIMULINK 环境中,用户将摆脱理论演绎时需做理想化假设的无奈,观察到现实世界中摩擦、风阻、齿隙、饱和、死区等非线性因素和各种随机因素对系统行为的影响。
在SIMULINK 环境中,用户可以在仿真进程中改变感兴趣的参数,实时地观察系统行为的变化。
由于SIMULINK 环境使用户摆脱了深奥数学推演的压力和烦琐编程的困扰,因此用户在此环境中会产生浓厚的探索兴趣,引发活跃的思维,感悟出新的真谛。
在MATLAB6.x 版中,可直接在SIMULINK 环境中运作的工具包很多,已覆盖通信、控制、信号处理、DSP 、电力系统等诸多领域,所涉内容专业性极强。
本书无意论述涉及工具包的专业内容,而只是集中阐述:SIMULINK 的基本使用技法和相关的数值考虑。
节8.1虽是专为SIMULINK 初学者写的,但即便是熟悉SIMULINK 以前版本的读者也值得快速浏览这部分内容,因为新版的界面、菜单、工具条、模块库都有较大的变化。
第8.2节比较详细地阐述建模的基本操作:通用模块的具体化设置、信号线勾画、标识、模型窗参数设置。
simulink 仿真原理Simulink是一种用于建立、仿真和分析动态系统的工具,它基于块图的图形化建模和仿真环境。
Simulink中的模型由各种块组成,每个块代表系统中的一个组件或子系统。
通过连接块之间的信号流,可以建立系统的完整模型。
在Simulink中,系统的行为可以用已知的数学和物理原理描述。
通过在块间定义输入和输出之间的关系,可以建立数值模型。
仿真过程可以提供系统的响应和行为,并用于验证模型的正确性。
Simulink提供了多种模型库,包括数学操作、信号处理、控制系统、电力系统等领域。
用户可以根据需要选择适当的块来构建他们的模型。
此外,Simulink还提供了丰富的仿真参数和分析工具,使用户可以对系统进行深入的研究和优化。
使用Simulink进行仿真的过程通常包括以下步骤:1. 建立模型:选择适当的块,并将它们连接在一起,以形成系统模型。
2. 定义输入信号:指定模型的输入信号,可以是常数、波形或来自外部数据源。
3. 配置模型参数:设置块和模型的参数,例如采样时间、模拟时间、仿真器选项等。
4. 运行仿真:开始仿真过程,并观察系统的响应和行为。
5. 分析和优化:使用Simulink提供的工具进行结果分析和系统优化。
6. 生成代码:将模型生成可嵌入系统或实时硬件的代码。
7. 验证和验证:使用实际数据对生成的代码进行验证,并验证系统的正确性。
Simulink的应用广泛,可以用于开发控制系统、信号处理算法、通信系统等各种领域。
通过图形化建模和仿真环境,Simulink大大简化了系统开发和测试的过程,提高了开发效率和质量。
同时,Simulink也与MATLAB密切集成,可以轻松地进行数据分析和可视化。
simulink建模及动态仿真的一些实验步骤Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具,可以用于动态系统建模、仿真和分析。
以下是一些Simulink建模及动态仿真的实验步骤:启动Simulink:首先,需要打开MATLAB,然后在MATLAB 的命令窗口中输入“simulink”命令,或者点击工具栏中的Simulink 图标来启动Simulink。
新建模型:在Simulink的启动界面中,可以选择“Blank Model”来新建一个空白的模型。
也可以选择其他预设的模型模板来开始建模。
构建系统模型:在新建的模型窗口中,可以通过从Simulink 的模块库中拖拽模块到模型窗口中来构建系统模型。
模块库中包含了各种类型的模块,如源模块、接收模块、处理模块等。
将这些模块按照系统的结构和功能连接起来,形成一个完整的系统模型。
设置模块参数:对于模型中的每个模块,都可以双击打开其参数设置对话框,设置其参数和初始条件。
这些参数和初始条件将决定模块在仿真中的行为。
设置仿真参数:在模型窗口的工具栏中,可以点击“Simulation”->“Model Configuration Parameters”来打开仿真参数设置对话框。
在这个对话框中,可以设置仿真的起始和结束时间、仿真步长、求解器类型等参数。
开始仿真:完成以上步骤后,可以点击模型窗口工具栏中的“Run”按钮来开始仿真。
在仿真过程中,可以实时观察模型中各个模块的状态和输出。
分析结果:仿真结束后,可以使用Simulink提供的各种分析工具来分析仿真结果。
例如,可以使用示波器模块来显示仿真过程中某个模块的输出波形,也可以使用MATLAB的工作空间来查看和处理仿真数据。
以上步骤是一个基本的Simulink建模和动态仿真的过程。
在实际使用中,可能还需要根据具体的需求和系统特点进行一些额外的设置和调整。
simulink仿真原理Simulink仿真原理Simulink是一种基于模块化的多域仿真环境,它使用图形化界面和模块化建模方法,可以对各种系统进行仿真和建模。
Simulink的仿真原理是通过将系统建模为一个或多个模块,并通过连接这些模块来描述系统的行为和交互。
Simulink仿真原理的基础是信号流图。
在信号流图中,模块代表系统的组成部分,信号则代表模块之间的相互作用。
通过连接模块和传递信号,可以模拟系统的运行过程,并观察系统的行为和性能。
Simulink中的模块被称为块,每个块代表一个特定的功能或算法。
这些块可以是基本的数学运算、逻辑运算,也可以是复杂的控制算法或物理模型。
通过选择合适的块,并将它们连接在一起,可以构建出完整的系统模型。
Simulink中的信号可以是连续的,也可以是离散的。
连续信号可以表示系统的物理量,如电压、速度等;离散信号则表示系统的状态或事件,如开关状态、传感器触发等。
通过将连续信号和离散信号连接在一起,可以模拟出系统的实时行为。
Simulink仿真原理的关键之一是求解器。
求解器是Simulink用于计算模型输出的数值方法。
Simulink提供了多种求解器,可以根据系统的特点和仿真需求选择合适的求解器。
常用的求解器有Euler法、隐式法、变步长法等。
通过选择合适的求解器,可以保证系统模型的精度和稳定性。
Simulink仿真原理的另一个关键是仿真参数。
仿真参数是指控制仿真过程的各种设置,如仿真时间、步长、停止条件等。
通过调整这些参数,可以控制仿真的速度和精度,并满足不同仿真需求。
Simulink仿真原理的优势在于其图形化建模和直观的界面。
相比于传统的编程方法,Simulink可以更快速地建立系统模型,并对模型进行可视化调试和验证。
Simulink还支持多领域仿真,可以对多种物理系统、控制系统、通信系统等进行建模和仿真。
Simulink仿真原理是通过图形化建模和模块化设计,通过连接模块和传递信号来描述系统的行为和交互。
第 8 章S imulink交互式仿真
Simulink是一个进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。
它可以处理的系统包括:线性、非线性系统;离散、连续及混合系统;单任务、多任务离散事件系统。
Simulink有两大特征:一,建模借助鼠标交互实现;二,模型运作以时间流方式进行。
所以即使比较熟悉MATLAB工作环境和编程模式的读者,在初入Simulink领地时,也不免感到生疏。
为帮助读者亲身跨过Simulink门槛,本章第2节以算例形式对建模的数学基础、基本器件、操作手法、工作平台进行了细节性的描述。
就详细程度而言,尤以本章第一个算例为最,初学者切莫跳过。
像MATLAB编程需要函数、子函数、条件分支、循环控制一样,Simulink建模,尤其是创建较复杂的模型,就必须有简装子系统、精装子系统、使能子系统、触发子系统、循环子系统。
本章的第3、4、5节就专门阐述这些子系统创建、工作机理、以及应用示例。
从时间角度分,Simulink模型有连续和离散之分。
本章除第6节用于专述纯离散系统和采样离散系统建模外,其余章节所涉的内容对连续、离散两种系统都适用。
已建Simulink模型的运行、仿真分析,即可以通过鼠标手工操纵,也可以借助一组指令自动操控。
鼠标操纵法的特点是:该法只能在Simulink模型窗中实施,参数的设置必须由“人”通过对话窗进行。
而指令自动操控法可以摆脱Simulink模型窗,在执行过程中无须人工参与。
本章第7节的内容就是为Simulink模型的指令自动操控而设计的。
本章第8节是出于Simulink模型解算的数值问题而编写的。
该节还给出了消减仿真模型中“代数环困扰”的具体方法。
就像MATLAB编程中用户常常需要编写“供自己专用的模块化函数”那样,在Simulink 建模中,用户也会需要创建一些“供自己专用的模块”,即S函数模块。
有关S函数模块的创建在本章的最后一节介绍。
在这引言结束之前,本书读者再次诚恳地建议读者:对待本章的算例,一定要“眼、脑、手”并用,一定要在机器具体运作,切忌停留于“翻阅”。
为读者参照需要,本章所有算例中带exm前缀的MDL模型文件和相关的M文件都存放在随书光盘的mfile目录上。
8.1引导
8.1.1Simulink模型本质和一般结构
(1)Simulink块图模型的本质
(2)Simulink模型的一般结构
8.1.2创建块图模型的方法和基本环境
(1)
(2)
(3)
图 8.1-2 Simulink 库浏览器的组成
(4)
(5)
8.2
连续系统建模
8.2.1 微分方程建模和积分模块 1
微分方程块图模型的创建和操作细节
【例8.2-1】在图8.2-1所示的系统中,已知质量1=m kg ,阻尼2=b N.sec/m ,弹簧系数
100=k N/m ,且质量块的初始位移05.0)0(=x m ,其初始速度0)0(=x
m/sec ,要求创建该系统的Simulink 模型,并进行仿真运行。
图8.2-1 弹簧—质量—阻尼系统
(1)
(2)
(3)
图8.2-2 复制进建模所需的各种库模块后的模型编辑器
图8.2-3 常用模块子库的库藏
(4)
(5)
图8.2-4 经模型窗内模块再复制后的模型编辑器(6)
(7)
图8.2-5 经布局和增益模块方向反转的模型草图(8)
图8.2-6 完成前馈通路连接的模型草图
图8.2-7 完成<Gian>模块的输入输出口信号线的连接(9)
图8.2-8 改变<Gain>模块的增益
图8.2-9 完成连线和增益设置后的模型窗(10)
图8.2-10 实现初始位移0.05设置的<Integrator1>设置窗(11)
(12)
图8.2-11 完全符合题给要求的系统仿真模型
图8.2-12 默认设置下示波器显示的信号曲线(13)
图8.2-13 经纵轴范围自动调整后显示的信号曲线
2创建微分方程的向量化块图模型
【例8.2-2】利用模块的向量处理能力,建立例8.2-1系统的Simulink仿真模型。
(1)
(2)
图8.2-13 示波器参数设置对话框
图8.2-14 上显示窗的纵坐标范围设置
(3)
(4)
图8.2-15 利用库模块处理向量信号的能力构件的仿真模型
图8.2-16 exm080202.mdl运行后显示的曲线(5)
(6)
图8.2-17 在仿真参数配置窗中把最大步长修改为0.14
3 积分模块
(a)
(b)
图8.2-18 积分模块的默认外形和最多端口外形
(1)
(2)
8.2.2 状态空间建模
1
状态空间模块及其建模应用
图8.2-19 状态空间库模块的图标
【例8.2-3】在图8.2-20所示的倒立摆(Inverted Pendulum )系统中,定义状态变量
x x x x x x ====4
321 , , ,θθ,输出量x y ==21y ,θ。
输入量由Kx -=u 全状态反馈产生,倒立摆系统的动态由式(8.2-9)的状态方程(State Equation )描述。
试用Simulnk 块图模型研究该系统在[]T
000
1.0)0(=x 初始条件下的动态响应。
图 8.2-20 倒立摆示意图
⎪⎩
⎪
⎨⎧-==+=Kx Cx
y B Ax x u u (8.2-9)
其中,
⎥⎥⎥⎥⎦
⎤⎢
⎢⎢
⎢⎣⎡
-=00
4905.010********.200010A ,⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=5.0010B ,⎥⎦
⎤⎢⎣⎡=01000001C ,[]3945.730989
.1636972
.601504
.298----=K 。
(1)
图8.2-21 用状态空间模块构建的解题模型
(2)
图8.2-22 状态空间模块参数设置对话窗(3)
图8.2-23 倒立摆的摆角和小车位移的动态曲线
2模型内存和模型浏览器
(1)
图8.2-24 模型浏览器和模型内存
(2)
【例8.2-4】基于式(8.2-14),借助状态空间<State-Space>模块构建例8.2-3倒立摆系统的解题模型(参见图8.2-21)。
(1)
图8.2-25 据式(8.2-14)构造的解题模型
(2)
(3)
图 8.2-26 选中“模型内存”节点形成的操控区
(4)
8.2.3 传递函数建模及模型内存的操控 1
单位脉冲信号的近似实现
(1)近似单位脉冲的设计准则
(2)借助阶跃函数合成近似单位脉冲 (3)借助脉冲发生器生成近似单位脉冲
2 传递函数模块和非零初始系统建模
图8.2-27 传递函数库模块的图标
【例8.2-5】已知图8.2-1所示弹簧—质量—阻尼系统中,质量1=m kg ,阻尼2=b N.sec/m ,
弹簧系数100=k N/m ,质量块的初始位移05.0)0(=x m ,初始速度5.0)0(=x
m/sec ,方向与位移一致的外力)(10)()(t u t u f t f a ==,)(t u 是单位阶跃函数。
要求创建该系统的Simulink 模型,并进行仿真运行。
图8.2-28 借助传递函数模块构建的模型
(1)根据物理规律建立理论传递函数模型
(2)构建图8.2-28所示Simulink 传递函数模型的关键步骤
(3)仿真运行
图8.2-29 在外力作用下质量块的位移曲线。