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过程控制系统仿真 的课件第2章Simulink仿真基础

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控制系统的Simulink仿真

控制系统的Simulink仿真
可以观察到非线性系统的动态行为，从而更好地理解其性能和行为特性。
06 结论与展望
结论
控制系统Simulink仿真是一种有 效的工具，可用于模拟和分析各 种控制系统的性能。通过使用 Simulink，研究人员和工程师可 以轻松地构建和修改控制系统模 型，并使用各种仿真工具进行系 统分析和优化。
Simulink提供了广泛的模块库和 工具，可用于构建各种类型的控 制系统模型，包括线性、非线性、 离散和连续系统。这些模块可以 方便地组合和修改，以适应特定 的控制系统需求。
非线性系统仿真
总结词
对非线性系统的动态行为进行模拟的过程。
详细描述
非线性系统在Simulink中可以通过使用非线性模块进行模拟。非线性系统是指系统的 输出与输入不成比例的系统，例如某些电子设备或机械系统。在Simulink中，可以使 用非线性模块来模拟这些系统的行为，例如非线性增益、饱和等。通过调整模块参数，
• 未来，Simulink可能会引入更多先进的仿真技术和算法，以提高仿真精度和 效率。例如，基于模型的控制设计、自适应控制、预测控制等先进控制算法可 能会被集成到Simulink中，以提供更强大的分析和优化工具。
• 此外，随着物联网和智能制造等领域的快速发展，Simulink可能会扩展其模 块库和工具箱，以支持这些领域的控制系统建模和仿真。例如，增加与传感器 、执行器和其他智能设备的接口模块，以及支持实时仿真和嵌入式系统开发的 工具箱。
保障生产安全
控制系统能够及时检测和预防潜在的安全隐患， 降低事故发生的可能性。
3
节能减排
优化控制参数，降低能耗和排放，符合绿色环保 要求。
控制系统的发展历程
01
02
03
模拟控制系统

《SIMULINK仿真基础》课件

《SIMULINK仿真基础》课件
《SIMULINK仿真基础》 PPT课件
SIMULINK仿真基础课程介绍，通过深入浅出的方式帮助学员掌握SIMULINK 的基本知识和仿真实践技巧。
课程大纲
SIMULINK基础知识
SIMULINK简介、软件界面介绍、模型的创 建方式、模型的保存和加载。
仿真方法与技巧
仿真参数设置、仿真停止方式、数据可视化 方法。
并实现控制和优化
项目仿真分析
学习仿真技巧，掌握仿真参数设置，能够 运用仿真进行系统分析、控制和优化。
通过实际案例学习，能够应用SIMULINK 进行电路、控制系统、机械系统和通信系 统的仿真分析。
模型建立流程
模型建立步骤、系统建模方法、模型参数设 置。
仿真应用案例
电路仿真实例、控制系统仿真实例、机械系 统仿真实例、通信系统仿真实例。
目标学员
1 工程师
具备一定仿真基础，希望深入学习SIMULINK并应用于实际工程项目的工程师。
2 科研人员
希望运用仿真技术进行科研工作的科研人员。
3 学生
对仿真技术和工程应用感兴趣的学生，尤其是自动化握SIMULINK的基础知识
2 熟练掌握SIMULINK模型建立流程
了解SIMULINK的特点、功能和基本操作， 掌握基本的建模方法。
学习模型建立的基本步骤，了解不同系统 的建模方法，并掌握模型参数设置。
3 能够运用SIMULINK进行仿真分析， 4 能够应用SIMULINK完成实际工程

《MATLAB Simulink与控制系统仿真(第3版)》的课件 第2章 MATLAB计算基础

《MATLAB Simulink与控制系统仿真(第3版)》的课件 第2章 MATLAB计算基础
1．基本的绘图命令 2．图形窗口处理命令 3．坐标轴相关的命令 4．文字标示命令 5．在图形上添加或删除栅格命令 6．图形保持或覆盖命令 7．应用型绘图命令
2.9 MATLAB程序设计
MATLAB程序类型包括三种：一种是在命令窗口下执行的脚本 M文件；另外一种是可以存取的M文件，即程序文件；最后一 种是函数（function）文件。脚本M文件和程序文件中的变量都 将保存在工作区中，这一点与函数文件是截然不同的。
laplace变换函数的格式为：
L=laplace(F) ilaplace拉氏反变换函数的常用格式为：
F=ilaplace(L) MATLAB提供了符号运算工具箱（Symbolic Math Toolbox），
可方便地进行Z变换和Z反变换，进行Z变换的函数是ztrans，进 行Z反变换的函数是iztrans。
2.3.3 MATLAB命令窗口
2.3.4 MATLAB工作空间
2.3.5 MATLAB文件管理
2.3.6 MATLAB帮助使用
2.4 MATLAB数值计算
控制系统仿真是系统仿真的一个重要分支，它是一门涉及自 动控制理论、计算数学、计算机技术、系统辨识、控制工程 以及系统科学的综合性新型学科。它为控制系统的分析、计 算、研究、综合设计以及控制系统的计算机辅助教学等提供 了快速、经济、科学及有效的手段。
控制系统仿真就是以控制系统模型为基础，采用数学模型替 代实际控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验、 分析、评估及预测研究的一种技术与方法。
控制系统仿真通过控制系统的数学模型和计算方法，编写程 序运算语句，使之能自动求解各环节变量的动态变化情况， 从而得到关于系统输出和所需要的中间各变量的有关数据、 曲线等，以实现对控制系统性能指标的分析与设计。

MATLABSimulink建模与仿真基础 ppt课件

MATLABSimulink建模与仿真基础 ppt课件
第一部分 MATLAB软件平台及编 程
Simulink建模与仿真基础
MATLABSimulink建模与仿真基础
MATLABSimulink建模与仿真基础
MATLABSimulink建模与仿真基础
MATLABSimulink建模与仿真基础
MATLABSimulink建模与仿真基础
MATLABSimulink建模与仿真 基础
2、打开文件 打开仿真模型文件主要有以下几种方式：
★ 在Matlab命令窗口输入不加扩展名的文件名
★ 在Matlab命令窗口选择“File”“Open”
★ 在Simulink模块库浏览器窗口选择 “File”“Open”
★ 在Simulink模型窗口选择“File”“Open”
MATLABSimulink建模与仿真 基础
◆ 信号线分支：将光标指向信号线的分支点上，按 住鼠标右键，光标变为十字，拖动鼠标直到分支线 的终点，释放鼠标。
虚线，因为终端 没有连接到模块
◆ 信号线文本注释，在信号线中插入模块，略……
MATLABSimulink建模与仿真 基础
1、基本模块
Simulink 基本模块
Simulink模块库 包含各种功能模块，如：放大器、 微分器、积分器、各种信号源等。
MATLABSimulink建模与仿真 基础
Simulink模型的文件为MDL模型文件，扩展名 为.mdl，以ASCII码形式存储。
1、新建文件 新建仿真模型文件主要有以下几种方式：
★ 在Matlab命令窗口选择 “File”“New”“Model” ★ 在命令窗口运行simulink命令，在弹出的模块库 浏览器窗口中选择“File”“New”“Model” ★在Simulink模型窗口中选择 “File”“New”“Model”

Simulink在系统仿真中的应用 ppt课件

Simulink在系统仿真中的应用 ppt课件

Simset( )
• 仿真参数options可以通过simset函 数来设置 • options=simset(参数名1，参数值1， 参数名2，参数值2，…) • 参数名为需要控制的参数名称 • 参数值为具体数值 • options=simset(‘RelTol’,1e-7)
• 这样用下面的语句就可以绘制出各 个状态变量的时间响应曲线，如图
⑸非线性模块组Discontinuous
• • • • • • Saturation Dead Zone Relay Rate Limiter Quantizer Backlash
⑹数学函数模块组Math Operations
• • • • • Sun Product Gain Matrix Gain Combinational Logic • • • • Math Function Abs Sign Trigonometric Function • Algebraic Constraint
⑺查表模块组Lookup Tables
• • • • Look Up Table Look Up Table (2-D) Look Up Table (n-D) Look-Up Table Dynamic
⑻用户自定义函数模块组Userdefined Functions
• Fcn • MATLAB Fcn • S-Function
• 在实际仿真中，如果模型中某个部 分数学运算特别复杂，则不适合用 普通simulink模块来搭建这样的部 分 • Simulink中支持两种语言编程的形 式来描述这样的模块 • M函数 • S函数
• M函数适用于描述输出和输入信号之间 为代数运算的模块 • S函数适用于动态关系的描述（状态方 程描述的关系） • S函数就是系统函数的意思 • S函数有固定的程序格式，用MATLAB 语言可以编写，此外还可以用C语言、 C++、Fortran和Ada等语言来编写，用 这些语言编写需要用编译器生成动态链 接库DLL文件，可以在simulink中直接 调用

控制系统Simulink仿真PPT课件(MATLAB学习资料)

控制系统Simulink仿真PPT课件(MATLAB学习资料)
其频率特性为：
积分环节的幅值与 成反比，相角恒为-
时，幅相特性从虚轴
处出发，
沿负虚轴逐渐趋于坐标原点，程序如下：
g=tf([0,1],[1,0]); nichols(g); grid on
运行程序输出如图6-14曲线②所示。
。当
在Simulink中积分环节的使用如如图6-15所示。 运行仿真输出图形如图6-10所示。
• 频域法是基于频率特性或频率响应对系统进行分析和设计的一种图解 方法，故又称为频率响应法，频率法的优点较多，具体如下：
• 首先，只要求出系统的开环频率特性，就可以判断闭环系统是否稳定。 • 其次，由系统的频率特性所确定的频域指标与系统的时域指标之间存
在着一定的对应关系，而系统的频率特性又很容易和它的结构、参数 联系起来。因而可以根据频率特性曲线的形状去选择系统的结构和参 数，使之满足时域指标的要求。 • 此外，频率特性不但可由微分方程或传递函数求得，而且还可以用实 验方法求得。这对于某些难以用机理分析方法建立微分方程或传递函 数的元件(或系统)来说，具有重要的意义。因此，频率法得到了广泛 的应用，它也是经典控制理论中的重点内容。
• 2）由于对数可将乘除运算变成加减运算。当绘制由多个环节串联而成的系统的对数坐标图 时，只要将各环节对数坐标图的纵坐标相加、减即可，从而简化了画图的过程。
• 3）在对数坐标图上，所有典型环节的对数幅频特性乃至系统的对数幅频特性均可用分段直 线近似表示。这种近似具有相当的精确度。若对分段直线进行修正，即可得到精确的特性曲 线。
其频率特性为：
一阶复合微分环节幅相特性的实部为常数1，虚部与 成正比，如图5-26曲线①所示。 不稳定一阶复合微分环节的传递函数为：
其频率特性为：
一阶复合微分环节的奈奎斯特曲线图编 程如下： clc,clear,close all g=tf([1,1],[0 1]);

第二章 Simulink仿真基础


2、Simulink的文件操作
Simulink模型的文件为MDL模型文件，其扩展 名为“.mdl”，是以ASCⅡ码形式存储的。
1. 新建文件 2. 打开文件
3、Simulink的模型窗口
模型窗口由菜单、工具栏、模型浏览器窗口、 模型框图窗口以及状态栏组成。
4、模块的操作
• 1. 对象的选定 • 2. 模块的复制 • 3. 模块的移动 • 4. 模块的删除 • 5. 改变模块大小 • 6. 模块的翻转 • 7. 模块名的编辑
பைடு நூலகம்、信号线的操作
• 1. 模块间连线 • 2. 信号线的分支和折曲
• 3. 信号线文本注释(label) • 4. 在信号线中插入模块
6、Simulink的基本模块
Simulink模型通常由三部分组成：输入信号源 (Source)、系统(System)以及接收模块(Sink) 。
输入
系
信号
统
源
接收 模块
Browser)窗口。 (2)新建一个空白模型窗口。 (3)打开Simulink下的Source子模块库。 (4)用鼠标将“Sine Wave”(正弦信号)拖放到的空白
窗口。 (5)将接收模块库“Sinks”的“Scope”模块(示波器)
拖放到窗口。 (6)完成两个模块间的信号线连接。 (7)开始仿真。 (8)保存模型。
转换函数模块
结束语
谢谢大家聆听！！！
33
信道编码的差错控制和纠错模块
Interleaving模块库
交织
Modulation模块库
连续相位调制 网格编码调制
RF Impairments模块库
Sequence Operations模块库

第二章SIMULINK仿真基础


Van Der pol方程的仿 真结果
第二章 SIMULINK仿真基础
带x-y示波器第二的章 SSIiMmULuINlKi仿n真k基模础 型
x-y示波器的显示
第二章 SIMULINK仿真基础
带示波器的第S二i章mSuIMlUiLnINkK模仿真型基础
默认示波器显示
第二章 SIMULINK仿真基础
如上得到的数学模型如图所示。
（三）仿真
在模型窗口的simulation菜单中选择start,就开始仿真。 双击scope模块，可以看到仿真的结果。上述惯性环节的阶跃 响应仿真结果如图所示。
（四）模型保存
在模型窗口中的file菜单下，有save菜单，使用该 菜单可以将模型保存为一个文件，待下次使用时打开， 也可以使用save as菜单改名保存文件。MATLAB5.0以 后版本保存的文件扩展名为.mdl，以前的版本为.m文件。
>> t0=0;tf=20;tol=1e-6; y0=[-0.2;-0.7]; >> [t,y]=ode45('vdpol',[0 20],y0); >> subplot(1,2,1);plot(t,y), legend('y1','y2'), >> subplot(1,2,2);plot(y(:,1), y(:,2))
第二章 SIMULINK仿真基础
3、 Function&Tables（函数和平台模块） function.mdl
Fcn：用自定义的函数（表达式）进行运算 MATLAB Fcn：利用matlab的现有函数进行运算 S-Function：调用自编的S函数的程序进行运算 Look-Up Table：建立输入信号的查询表（线性峰值匹配） Look-Up Table(2-D)：建立两个输入信号的查询表（线性峰值匹配）

Simulink仿真基础 课件

▪ 5)改变大小：选中模块，对模块出现的4个黑色标记进行拖曳即可。 ▪ 6)模块命名：先用鼠标在需要更改的名称上单击一下，然后直接更改
即可。名称在功能模块上的位置也可以变换180度，可以用Format菜 单中的Flip Name来实现，也可以直接通过鼠标进行拖曳。Hide Name可以隐藏模块名称。 ▪ 7)颜色设定：Format菜单中的Foreground Color可以改变模块的前景 颜色，Background Color可以改变模块的背景颜色；而模型窗口的颜 色可以通过Screen Color来改变。
户设置仿真的开始和结束时间，选择解法器，说 明解法器参数及选择一些输出选项。Workspace I/O页，作用是管理模型从MATLAB工作空间的输 入和对它的输出。Diagnostics页，允许用户选择 Simulink在仿真中显示的警告信息的等级。
▪ 仿真结果保存与分析采用SCOPE模块和其 他的画图模块，在仿真进行的同时，就可 观看到仿真结果。除此之外，用户还可以 在改变参数后来迅速观看系统中发生的变 化情况。仿真的结果还可以存放到 MATLAB的工作空间里做事后处理。
Variable Transport Delay：输入信号延时一 个可变时间再输出
▪ 简单模型的建立
▪ （1）建立模型窗口
▪ （2）将功能模块由模块库窗口复制到模 型窗口
▪ （3）对模块进行连接，从而构成需要的 系统模型
▪ 模型的特点
▪ 在SIMULINK里提供了许多如Scope的接 收器模块，这使得用SIMULNK进行仿真具 有像做实验一般的图形化显示效果。
进行以下的基本操作。 ▪ 1)移动：选中模块，按住鼠标左键将其拖曳到所需的位置即可。若要脱离线
而移动，可按住shift键，再进行拖曳。 ▪ 2)复制：选中模块，然后按住鼠标右键进行拖曳即可复制同样的一个功能模

第二讲Simulink建模与仿真PPT课件

两模块不在同一水平线上
(2) 模块间连线的调整
如图1，这种调整模块间连线位置的情况采用鼠标简单拖动 的办法实现。即先把鼠标移到需要移动的线段的位置，按住 鼠标左键，移动鼠标到目标位置，释放鼠标左键。
还有一种情况如图2所示，要把一条直线分成斜线段。调整 方法和前一种情况类似，不同之处在于按住鼠标之前要先按 下Shift键，出现小黑方框之后，鼠标点住小黑方框移动，移 动好后释放Shift键和鼠标。
一、选取模块
当选取单个模块时，只要用鼠标在模块上单击即可，这时模块的角上 出现黑色的小方块。选取多个模块时，在所有模块所占区域的一角按 下鼠标左键不放，拖向该区域的对角，在此过程中会出现虚框，当虚 框包住了要选的所有模块后，放开鼠标左键，这时在所有被选模块的 角上都会出现小黑方块，表示模块被选中了。此过程如下图所示。
模块名和模块图标中的字体也可以更改，方法是选定模块，在菜单 Format下选取Font，这时会弹出Set Font的对话框，在对话框中选 取想要的字体。
(3) 改变模块名的位置
模块名的位置有一定的规律，当模块的接口在左右两侧时，模块名 只能位于模块的上下两侧，缺省在下侧：当模块的接口在上下两侧时， 模块名只能位于模块的左右两侧，缺省在左侧。
模块参数设置对话
每个模块都有一个内容相同的特性（Properties）设置对 话框，如下图所示。
它包括如下几项： (1) 说明（Description）
是对该模块在模型中用法的注释。 (2) 优先级（Priority）
规定该模块在模型中相对于其他模块 执行的有限顺序。优先级的数值必须 是整数或不输入数值，这时系统会自 动选取合适的优先级。优先级的数值 越小（可以是负整数），优先级越高。 (3) 标记(Tag） 用户为模块添加的文本格式的标记。 (4) 调用函数（Open function） 当用户双击该模块时调用的Matlab函 数。 (5) 属性格式字符串（Attributes format string）
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? 通过本章，读者能对Simulink的基本模块和功能有一 个全面了解，并能熟悉Simulink的基本操作，为使用 Simulink进行过程控制系统仿真打下基础。
2020/5/10
2.1 Simulink仿真概述
2.1.1 Simulink的启动与退出 ? ，一种是启动MATLAB后，单
击MATLAB主窗口的快捷按钮 来打开“Simulink Library Browser”窗口 ? 另一种是在MATLAB命令窗口 中输入“Simulink”，在桌面上 会出现一个名为“Simulink Library Browser”的窗口，在这 个窗口中列出了按功能分类的 各种模块的名称。然后在 MATLAB命令窗口中输入 “simulink3”，将在桌面上出 现一个用图标形式显示的 “Library :simulink3”的 Simulink模块库窗口。
2020/5/10
第 2章 Simulink仿真基础
? 2.1 Simulink仿真概述 ? 2.2 Simulink仿真模型及仿真过程 ? 2.3 Simulink模块的处理 ? 2.4 Simulink仿真设置 ? 2.5 Simulink仿真举例 ? 2.6 本章小结 ? 习题与思考
2020/5/10
模型。 ? 5．用菜单或在命令窗口键入命令进行仿真分析，在仿真的
同时，可以观察仿真结果，如果发现有不正确的地方，可以 停止仿真，对参数进行修正。 ? 6．如果对结果满意，可以保存模型。
2020/5/10
举例：将一正弦信号输出到示波器中
2020/5/10
2.3 Simulink模块的处理
2.3.1 Simulink模块参数设置
2020/5/10
2.2.2 Simulink仿真的基本过程
? 1．打开一个空白的Simulink模型窗口。 ? 2．进入Simulink模块库浏览界面，将相应模块库中所需的
模块拖到编辑窗口里。 ? 3．按照给定的框图修改编辑窗口中模块的参数。 ? 4．将各个模块按给定的框图连接起来，搭建所需要的系统
? （1）信号源部分模块 ? （2）连续系统模块 ? （3）数学运算模块 ? （4）非线性系统模块 ? （5）离散系统模块 ? （6）输出显示部分模块
2020/5/10
2.2 Simulink仿真模型及仿真过程
一个典型的Simulink仿真模型由以下三种类型的模块构成： ? 1．信号源模块：信号源为系统的输入，它包括常数信号源、函数信号发生器（
2020/5/10图2.8 功能模块参数设置对话框
图2.10 示波器属性对话框
2.3.2 Simulink模块基本操作
1．模块选取 ? （1）选取单个模块； ? （2）选取多个模块； 2．模块复制 ? （1）在同一窗口内复制 ? （2）在不同的窗口之间复制 3．模块删除 ? 选中模块，按 Delete 键即可。 ? 删除多个模块，可以同时按住 Shift键，再用鼠标选中多个模块，再按 Delete 键； 4．模块外形的调整 ? （1）改变大小 ? （2）转向 ? （3）给模块加阴影 5．模块名的处理 ? （1）是否显示模块名 ? （2）修改模块名 ? （3）改变模块名的位置 6．模块颜色设定 ? 【Format 】菜单中的【 Foreground Color 】可以改变模块的前景颜色，【
内容提要
? Simulink的出现给控制系统分析与设计带来了福音。 它有两个主要功能：Simu（仿真）和Link（连接）， 即该软件可以利用鼠标在模型窗口上搭建出所需要的 控制系统模型，然后对系统进行仿真和分析。
? 在实际工程中，控制系统的结构往往很复杂，如果不 借助专用的系统建模软件，很难准确地把一个控制系 统的复杂模型输入计算机，对其进行进一步的分析与 仿真，可见，熟练掌握Simulink是从事过程控制方面 的工作所必须的。
及相关处理的模块库 ? （13）Sinks：仿真接收模块库 ? （14）Sources：仿真输入源模块库 ? （15）User-defined Functions：用户自定义函数模块库 ? （16）Additional Math &Discrete：附加的数学和离散模块库
2020/5/10
过程控制系统仿真中常用的模块
如正弦波和阶跃函数等）和用户自己在MATLAB中创建的自定义信号。 ? 2．被模拟的系统模块：系统模块作为仿真的中心模块，它是Simulink仿真建模
所要解决的主要问题。 ? 3．输出显示模块：系统的输出由显示模块接收。输出显示的形式包括图形显示
、示波器显示和输到文件或MATLAB工作空间中三种，输出模块主要在Sinks 库中。 Simulink仿真模型的基本特点可归纳如下： ? Simulink里提供了许多如Scope（示波器）的接收模块，这使得用Simulink进行 仿真具有像做实验一般的图形化显示效果。 ? Simulink的模型具有层次性，通过底层子系统可以构建上层母系统。 ? Simulink提供了对子系统进行封装的功能，用户可以自定义子系统的图标和设 置参数对话框。
2020/5/10
2.1.2 Simulink模块库
Simulink模块库按功能分为以下16类子模块库： ? （1）Commonly Used Blocks：仿真常用模块库 ? （2）Continuous：连续系统模块库 ? （3）Discontinuities：非线性系统模块库 ? （4）Discrete：离散系统模块库 ? （5）Logic and Bit Operations：逻辑运算和位运算模块库 ? （6）Lookup Tables：查找表模块库 ? （7）Math Operations：数学运算模块库 ? （8）Model Verification：模型验证模块库 ? （9）Model-Wide Utilities：进行模型扩充的实用模块库 ? （10）Ports & Subsystems：端口和子系统模块库 ? （11）Signals Attributes：信号属性模块库 ? （12）Signals Routing：提供用于输入、输出和控制的相关信号