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1、第六講 Simulink仿真技術(shù),本章主要介紹一個(gè)針對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建 模、仿真與分析的工具Simulink。 Simulink簡(jiǎn)介 模型的建立 Simulink中的系統(tǒng)模型 子系統(tǒng)的創(chuàng)建和封裝 Simulink仿真的應(yīng)用,Simulink簡(jiǎn)介,1）什么是Simulink： Simulink是Matlab軟件的擴(kuò)展，它是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包。 它與Matlab語言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語言的編程上。,2）Simulink的主要優(yōu)點(diǎn)：,適應(yīng)面廣：該系統(tǒng)包括：線性、非線性系統(tǒng)；

2、離散、連續(xù)及混合系統(tǒng)；單任務(wù)、多任務(wù)離散事件系統(tǒng)。 結(jié)構(gòu)和流程清晰：它外表以方塊圖形呈現(xiàn)，且采用分層結(jié)構(gòu)，即適于自上而下的設(shè)計(jì)流程（概念、功能、系統(tǒng)、子系統(tǒng)，直至器件），又適于自下而上的逆程設(shè)計(jì)。 仿真精細(xì)、貼近實(shí)際：它提供了大量特種函數(shù)模塊為用戶擺脫理想化假設(shè)的無奈提供了途徑。,3）Simulink使用入門：,打開Simulink模塊庫瀏覽器;,查看各種信源模塊; 創(chuàng)建模型窗口; 添加所需的模塊; 連接模塊直間的信號(hào)線 ; 進(jìn)行仿真:Simulink: Start,模型的建立：,1）模型的概念: 一個(gè)典型的Simulink模型由信源、系統(tǒng)及信宿等3部分組成，它們的關(guān)系如下圖所示： 信源

3、提供系統(tǒng)的輸入信號(hào); 系統(tǒng)是對(duì)仿真對(duì)象的數(shù)學(xué)抽象; 信宿是收信號(hào)的的部分，用戶可以把它送到“示波器”中顯示出來，或者保存到相應(yīng)的mat文件中去。,2）模塊的操作,模塊的選定 （被選定的模塊四個(gè)角處會(huì)出現(xiàn)小黑塊，這種小黑塊稱為柄 ） 模塊的復(fù)制 模塊的移動(dòng) 模塊的刪除 改變模塊大小 模塊的旋轉(zhuǎn) 模塊名的操作,3）信號(hào)線的操作,產(chǎn)生連線： 水平或垂直線的產(chǎn)生 斜線的產(chǎn)生 連線的移動(dòng)和刪除 信號(hào)線的分支和折曲： 分支的產(chǎn)生 信號(hào)線的折曲 折點(diǎn)的移動(dòng) 插入模塊： 信號(hào)線的標(biāo)識(shí)：添加、修改、移動(dòng)、復(fù)制、刪除。,4）對(duì)模型的注釋：,建立Simulink模型應(yīng)該養(yǎng)成添加模型注釋的良好習(xí)慣。

4、方法：在模型編輯窗任意位置雙擊鼠標(biāo)左鍵，將彈出一個(gè)編輯窗，可以在其中寫入注釋內(nèi)容。 備注：模型說明只支持英文，不能含有漢字。,5）常用的模型庫：,模塊庫瀏覽器中的Simulink結(jié)點(diǎn)下包含了搭建一個(gè)Simulink模型所需的基本模塊。,下面主要對(duì)其中的Sources模塊庫、Sinks模塊庫進(jìn)行介紹。,Sources模塊庫： 信號(hào)發(fā)生模塊，主要用于給Simulink仿真模型提供輸入信號(hào)。 Sine Wave模塊 From Workspace模塊 From File模塊,Sinks模塊庫： 常用的離散模塊，主要功能是接收信號(hào)，并且將接收到的信號(hào)顯示出來。 示波器的工具欄 坐標(biāo)軸的范圍調(diào)整,6）

5、仿真的配置,選擇Simulink|Configuration Parameters進(jìn)行配置。,Simulink中的系統(tǒng)模型,1）連續(xù)系統(tǒng)模型 連續(xù)系統(tǒng)通常都是用微分方程描述的系統(tǒng)，而現(xiàn)實(shí)中的多數(shù)實(shí)際系統(tǒng)也都是連續(xù)變化的。利用Simulink仿真時(shí)，通常使用Continuous、Math Operations和Nonlinear模塊庫中的模塊。 由于非線性系統(tǒng)不利于系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)，通常我們都是將非線性近似為線性系統(tǒng)，所以我們重點(diǎn)學(xué)習(xí)線性系統(tǒng)。,線性系統(tǒng) 要對(duì)線性系統(tǒng)建模，通常都要使用到積分模塊。,積分模塊的功用： 例： 利用階躍信號(hào)進(jìn) 行復(fù)位積分。 操作步驟： 構(gòu)造Simulink 模型，保存為

6、 eg_6_2.mdl,雙擊積分模塊，在彈出的對(duì)話框中在External reset中選擇rising選項(xiàng)，在Initial condition source下拉列表中選擇 external選項(xiàng)， 單擊OK按鈕完 成參數(shù)設(shè)置。 設(shè)置scope模塊 運(yùn)行仿真 查看結(jié)果,連續(xù)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例： 一個(gè)由二階微分方程 , u(t) 是單位階躍函數(shù)，系統(tǒng)的初始狀態(tài)是0。求解該微分方程的模型。 按照對(duì)該系統(tǒng)建模方法的不同，可以采用兩種方法來搭建仿真模型： 方法一 ：利用積分模塊構(gòu)建微風(fēng)方程求解模型 方法二：采用傳遞函數(shù)模塊來建立仿真模型,利用積分模塊構(gòu)建微風(fēng)方程求

7、解模型 核心思想：x 經(jīng)積分作用得x ，x 再經(jīng)積分模塊作用就得到x。而x和x 經(jīng)代數(shù)運(yùn)算又產(chǎn)生x 。 將原方程改寫為： 利用模塊 構(gòu)建模型 eg_6_3.mdl,,模塊配置： u(t)輸入：Step time設(shè)為0. Gain增益參數(shù)：0.2, 0.2, 0.4 求和模塊:list of signs:+ - - 模型窗：stop time：20 仿真操作：start,對(duì)方程兩邊進(jìn)行Laplace變換，得： 經(jīng)整理得： 根據(jù)此式，利用傳遞函數(shù)模塊構(gòu)造求解微分方程的模型：eg_6_4.mdl。,,采用傳遞函數(shù)模塊來建立仿真模型,,,模塊配置： u(t)輸入：Step time設(shè)為0. G(s)模

8、塊：分子: 0.2; 分母: 1 0.2 0.4 運(yùn)行仿真。,2）離散時(shí)間系統(tǒng)模型,離散系統(tǒng)通常都是用差分方程來描述的，而在實(shí)驗(yàn)中，都是采用離散采樣。利用Simulink建模時(shí)，通常使用Discret模塊庫、Math operation模塊庫、Sink模塊庫和Source模塊庫的模塊。,4. 子系統(tǒng)的創(chuàng)建和封裝,Simulink提供的子系統(tǒng)功能，可以大大的 增強(qiáng)Simulink系統(tǒng)模型框圖的可讀性 。 1）子系統(tǒng)的創(chuàng)建： 在已有的系統(tǒng)模型中創(chuàng)建子系統(tǒng)： 框選需要封裝的區(qū)域，右鍵單擊，選擇Create Subsystem。 在已有的系統(tǒng)模型中新建子系統(tǒng)： 方法類似。,2）子系統(tǒng)的

9、封裝,所謂子系統(tǒng)的封裝(Masking)，就是為子系統(tǒng)定制對(duì)話框和圖標(biāo)，使子系統(tǒng)本身有一個(gè)獨(dú)立的操作界面，把子系統(tǒng)中的各模塊的參數(shù)對(duì)話框合成一個(gè)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，在使用時(shí)不必打開每個(gè)模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，這樣使子系統(tǒng)的使用更加方便。 子系統(tǒng)的封裝過程很簡(jiǎn)單，先選中所要封裝的子系統(tǒng)，再選擇模型編輯窗口Edit菜單中的Mask subsystem命令，這時(shí)將出現(xiàn)封裝編輯器(Mask Editor)對(duì)話框。,Mask Editor對(duì)話框中共包括4個(gè)選項(xiàng)卡： Icon Parameters Initialization Documentation 子系統(tǒng)的封裝主 要就是對(duì)這 4 個(gè) 參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 Unma

10、sk：解除封裝,5. Simulink在信號(hào)處理仿真中的應(yīng)用,Simulink提供了強(qiáng)大的信號(hào)處理工具，這些工具是信號(hào)仿真工作，與那中自己寫代碼實(shí)現(xiàn)算法的仿真相比，變得非常輕松。 Simulink信號(hào)處理工具包對(duì)信號(hào)的處理基于兩種基本單元。一種是基于采樣信號(hào)，另一種是基于幀信號(hào)。基于采樣的信號(hào)大家都比較熟悉，默認(rèn)情況下，Simulink的所有信號(hào)都是基于采樣的。。 大多數(shù)實(shí)時(shí)的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)都采用基于幀的處理方式，以提高系統(tǒng)性能。這里，每幀包含相鄰的多個(gè)或者一組信號(hào)采樣。采用基于幀的處理方式更適合多數(shù)的數(shù)字信號(hào)處理算法，另外也可以降低系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集硬件的要求。,1）Simulink在數(shù)字信號(hào)處理仿真模塊,2）數(shù)字信號(hào)處理仿真舉例 卡爾曼濾波器,本章小結(jié)：,熟悉Simulink的各模塊 會(huì)使用Simulink搭建簡(jiǎn)單的模型并進(jìn)行仿真,