Matlab及其应用 讲座之五 动态系统仿真——Simulink 主讲人：鲍文 在此幻灯片插入公司的徽标 从“插入”菜单 选择图片 2019/4/6 在此幻灯片插入公司的徽标 从“插入”菜单 选择图片 找到徽标文件 单击“确定” 重新设置徽标大小 单击徽标内任意位置。徽标外部出现的方框是“调整控点” 使用这些重新设置对象大小 如果在使用尺寸调整控点前按下 shift 键，则对象改变大小但维持原比例。 Matlab及其应用 讲座之五 动态系统仿真——Simulink 主讲人：鲍文 2019/4/6 > 退出

目录 发展历史 基本使用 模型介绍 数值仿真 高级分析 例题 2019/4/6 < > 主菜单 退出

一、发展历史 1、动态系统仿真 CSCAD(E) 80年代前：自己编程序，C/FORTRAN 90年代后：集成仿真环境 VisSim SimuLink 2、SimuLink发展 1990年出现，叫SimuLab 1992年改名为SimuLink1.0 +3.5 1999年SimuLink 3.0 +5.3 OO 2019/4/6

二、基本使用 1、Simulink的启动 1). 命令窗口中键入simulink 2). file菜单中选择new命令的model 3). 工具栏中，按按钮 4).模型窗口file菜单选择new命令的model 2019/4/6

2. 仿真一个简单的模型 仿真一个温度计放入水中，显示的变化。 1）仿真建立模型：惯性环节 1/(Ts+1) T=10s 2）搭建这个模型：使用simulink 3）开始仿真：a.开始/结束时间 b.仿真方法 4）看看显示/修改模型参数 2019/4/6

3.基本操作 1）选择(多个)/复制模型 2）连线/移动 3）修改模型参数 4）模型名字修改 5）旋转模型 6）保存文件 7）打印 3）修改模型参数 4）模型名字修改 5）旋转模型 6）保存文件 7）打印 2019/4/6

三、模型介绍 只介绍一些经典模块 1、数据源部分： A常数模块 B阶跃模块 B信号发生器 只接受输入的数字，不接受变量 D时钟 输出仿真中的当前时间，以秒为单位。在记录数据序列中需要这个模块。 2019/4/6

E 从文件读数 至少有两行，单调递增的时间，其它行为对应数据。文本文件或mat文件。对数据文件没有描述的时间，采用线性插值的方法得到中间数据。使用这个模块可以设定任意的输入曲线，对测试试验数据十分有用。需要注意输入输入不能过于稀少，免得导致仿真的精度降低。 2019/4/6

F 从工作空间读数 这个模块从工作空间中读取数据，数据源至少有两列，第一列为单调递增的时间，其它列为对应的数据。这个模块的其它特性和from file一样。它常用于在MATLAB工作空间处理完数据后，读入SIMULINK中。 2019/4/6

2、连接 a)聚合 一般用在显示、保存或者状态空间系统的输入中。 b)分离 一般用在处理从文件、工作空间读入数据或者状态控制系统的输出分解。 c)子系统 2019/4/6

3、显示部分 1） 示波器 示波器中可以同时显示多个曲线 2）输出到文件 3）输出到工作空间 4）数字显示 5）XY图 2019/4/6

6）、高级显示 A）Extras中的增强显示 谱分析/相关分析 B）DSP模块 作FFT显示 2019/4/6

4、线性系统 1）增益 输出为输入与增益的乘积。 2）加法 对输入作求和（差）操作，输入可以使两个或者多个。操作使用+-+-系统给出。 3)传递函数 分子分母多项式形式。分母的阶次必须大于分子的阶次，初始值条件为0。 2019/4/6

4）积分 可以设定初始条件。 5）状态空间 a、b、c、d形式，可以给出初值。 6）扩展 a、PID b、可设定初值的传函 2019/4/6

5、非线性系统 1）常见非线性 2）MATLAB函数或表达式。它由一个表量或者向量输入，下面的表达式是有效的：sin、u(1)/u(2)。 2019/4/6

对输入进行符合c语言规范的数学表达式处理。模块输入为u。它使用的函数比较少。它可以进行如sin(u[1])之类的计算。 3) Fcn:函数 对输入进行符合c语言规范的数学表达式处理。模块输入为u。它使用的函数比较少。它可以进行如sin(u[1])之类的计算。 4)保存一步memory 2019/4/6

6、离散系统 1）零阶保持器。模拟A/D转换器。 2）一阶保持器。 3）离散积分器，实现离散的欧拉积分。 4）离散传递函数和离散状态空间模型（初值） 5）延迟：输入信号做单位延时并保持一个采样周期。没有延迟采保，使用零阶保持器，大于一个单位的延迟功能，采用Discrete Transfer FCN模块。 2019/4/6

7、扩展的模块 1）NCD模块：非线性控制系统设计。例子 2）模糊 3）神经元网络 4）电力系统 5）其它：系统辨识、通讯 例子：计算峰峰值 y=sqrt(x).*sin(x).^2 2019/4/6

8.子系统的建立 1）为什么建立子系统 a 减少模块数 b 有利于调试 c 对大系统/复杂系统有利 2）建立方法 a Subsystem b Group命令 3）输入输出 a in / out b 更名 2019/4/6

9、注意 1）大部分模块可连接向量、可改方向 2）连续系统和离散系统可以共同使用 3）少用matlab FCN 4）模块可以使用mask产生：iconedit 5）初始化数据: 2019/4/6

四、数值仿真 1、仿真方法 1）定步长仿真：1，2，3，4，5 仿真步长的选择： a 稳定性：最小时间常数的一半 b 精度：更小一些 随机特性/非线性 2）变步长仿真：缺省 2019/4/6

A Runge-Kutta (包含rk23、rk45)适合于高度非线性或不连续系统，不适合刚性系统； B Adams方法:非线性小、时间常数变化小 C stiff方法是专门用于刚性系统仿真 D Euler方法比较差，尽量避免使用 E Linsim方法适合于接近线性的系统，对线性刚性系统有很大的优越性。 2019/4/6

2、步长控制 1）容许误差越大，仿真的精度越低。一般容许误差应当在0.1到1e-6之间。 2）最大步长足够小，则仿真的精确度比较好，最大步长比较大，可能出现不稳定。 3）仿真的最小步长，是仿真开始的步长。设置的过小，如系统不连续，在不连续处容易产生过多的点，会超出可用内存和资源；如果最小步长过大，导致结果不精确。 2019/4/6

五、高级分析 1、模型线性化 函数linmod、dlinmod进行模型的线性化。 [a,b,c,d]=linmod(‘sfun’,x,u) 注意： 1）SIMULINK模型的输入输出必须使用Connectios库中的Inport和Output模块来定义，Signal Generator 和Scope不可以作为系统的输入输出。 2）函数的sfun参数必不可少，它是SIMULINK模型的名字； 2019/4/6

3）可使用x,u来设定系统的状态和输入工作点，缺省值全为零。 4）MATLAB还提供了一个linmod2函数，它比linmod要精确一些，但运行时间更长。 一旦得到了系统状态空间形式描述的模型，就可以进一步的进行系统分析，如画Bode图，做阶跃响应，判断稳定性，还可以进行控制系统设计。 2019/4/6

2、平衡点确定 使用trim函数可以确定平衡点。它的调用格式为： [x,u,y,dx]=trim(‘sfun’,x0,u0,y0) MATLAB通过寻优的方式寻找最佳平衡点，多次使用不同的初值寻找平衡点是有必要的。 2019/4/6

3、命令行仿真 [T,X,Y1,...,Yn] = sim('model',TIMESPAN,OPTIONS,UT) 其中： TimeSpan: [TStart OutputTimes TFinal] 2019/4/6

注意问题 1、内存、cpu 2、递阶结构：子结构 少用汉字 3、代数环：仿真速度减慢. 条件:前馈中有： a Gain b 大部分非线性 2、递阶结构：子结构 少用汉字 3、代数环：仿真速度减慢. 条件:前馈中有： a Gain b 大部分非线性 c 传函的分子分母同阶 d 状态空间，d=0 解决：a插入memory b 加入高频传递 2019/4/6

其它方面 1、自主模块：可使用s-func, c/fortran 2、与其他toolbox联合使用 3、报警的处理:warning 4、simulink动画 2019/4/6

安装一个网络上来的工具箱 1、寻找工具箱 2、下载 3、安装：解包、复制、增加路径 4、测试 5、做一些修改 例子：ansim 2019/4/6

实时仿真 一、前言 实时仿真的意义：控制硬件、半实物仿真 实时仿真必然能够超实时仿真。 实时工具箱的要求： 1）C编译器 2）Simulink 功能： 1）实时程序(DOS)、C程序 2）windows下的加速仿真 2019/4/6

二 编译过程 2019/4/6

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