MATLAB_6 SIMULINK动态系统仿真
Simulink仿真PPT课件
Simulink仿真
第7章 Simulink仿真
第7章 Simulink仿真
本章要点 Simulink系统的基本模块 仿真模型的编辑 仿真参数的设置 SimPowerSystems工具箱及实例
教学时数 2学时
Simulink仿真
第7章 Simulink仿真
Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它向用户提供一 个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
一、模块的编辑处理
1．模块的操作 （1）添加模块
当要把一个模块添加到模型中，先在Simulink模块库中 找到它，然后直接将这个模块拖入模型窗口中即可。 （2）选取模块 当模块已经位于模型窗口中时，只要用鼠标在模块上 单击就可以选中该模块，这时模块的四角上出现一些 黑色的小方块，这些小方块就是该模块的关键点，拖 动这些黑色小方块可以改变模块的大小。
2．模块间连线的调整 用鼠标单击连线，可以选中该连线。这时会看到线上的一些黑色小 方块，这些是连线的关键点。用鼠标按住关键点，拖动即可以改 变连线的方向。
3．连线的分支 仿真时经常会碰到需要把信号输送到不同的接收端的情况，这时 就需要分支结构的连线。可以先连好一条线，然后把鼠标移到支 线的起点位置，先按下〈Ctrl〉键，然后按住鼠标，将连线拖到 目标模块，松开鼠标和〈CtrSl〉imuli键nk仿即真 可。
仿真更为精细。它提供的许多模块更接近实际，为用户摆脱理想 化假设的无奈开辟了途径。
模型内码更容易向DSP，FPGA等硬件移植。
Simulink仿真
第7章 Simulink仿真
7.1 认识Simulink
Simulink 是MATLAB环境下对动态系统进行建模、 仿真和分析的一个软件包。该系统的两个主要功 能就是Simu（仿真）和Link（连接）。 一、Simulink的启动和退出 1．Simulink的启动
simulink仿真
Neural Network Blockset：神经网络工具箱；
Simulink Extras：补充Simulink公共模块库； Stateflow：用来对复杂的事件驱动系统进行建模和仿真； Real-Time Workshop (简称RTW)：可以直接将simulink模型框图和 Stateflow的状态图转换成高效优化的程序代码。
将其输入写入工作空间 X-Y示波器模块
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5、 Sources(信号源模块组) 及其用途
18个基本模块，包 括模型及子系统输入 与信号发生器两种。 其子模块组的名称和 用途见表3-5。
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表3-5 信号源模块组子模块的名称及用途
模 块 名 称
Chirp Signal Clock Constant Digital Clock From Workspace From File Ground In1 Pulse Generator
工具栏区：含4个按钮： 是新建与打开按钮， 是将模 块放在桌面最上层按钮，Find是用来查找模块库中的模块按
钮。
文字说明区：对所选模块的文字说明； 模块库区：含模块库及其相应的模块组； 状态栏区：即最下方显示Ready区，用来显示浏览器状态。
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二、基本模块库的分类及其用途
SIMULINK 有13类基本模块库，分别为： Continuous(连续模块组)、 Discontinuities(非连续模块组)、 Discrete(离散模块组)、 Look-Utions(数学运算模块组)、 Model Verification(模型检验模块组)、
模
块
用
途
Band-Limited White Noise 带宽限幅白噪声模块
线性调频信号模块(频率随时间线性增加的 正弦信号)，可用于非线性系统谱分析 在每一仿真步输出当前仿真时间(连续时间) 输出与时间无关的实数或复数 仅在指定的采样间隔内输出仿真时间，在 其它时间输出保持前一次值不变(离散时间) 从MATLAB工作空间中读取数据 从一个指定的文件中读取数据并输出 接地模块 输入端口模块(同端口与子系统模块中In1) 产生固定频率脉冲序列
Simulink动态系统仿真入门
Simulink动态系统仿真入门Simulink是基于MA TLAB的图形化仿真设计环境，是MATLAB 提供的进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。
它使用图形化的系统模块对动态系统进行描述，并在此基础上采用MATLAB 的计算引擎对动态系统在时域内进行求解。
它可以处理的系统包括：线性、非线性、离散、连续及混合、单任务、多任务离散事件等。
在MATLAB7.X版本中，可以直接在Simulink环境中运作的工具箱和模型库很多，已经覆盖了航天、航空、通信、控制、信号处理等等诸多领域，涉及内容专业性很强。
1、Simulink系统的启动由于Simulink和MATLAB是高度集成在一起的，因此启动Simulink必须先启动MA TLAB。
在MA TLAB启动Simulink可以通过在命令窗口输入Simulink，或者点击MATLAB工具栏的Simulink 快速启动图标。
启动Simulink后，出现Simulink的主窗口，选择主菜单File中的New\model，即可以打开系统模型编辑器。
下图依次是MATLAB 主窗口、Simulink主窗口和系统模型编辑窗口，图中的箭头表示了操作顺序。
在打开一个新的系统模型文件以后，用户可以从Simulink模块库中选择适合的系统模块或自定义模块来建立系统模型。
我们通过一个简单的例子来分步说明Simulink建模和仿真的能力。
1）在MATLAB 窗口运行Simulink。
打开Simulink模块库浏览器。
2）点击Source子库前的“+”展开库，可以看到各种信源模块。
3）点击新建图标，打开一个空白型的模型窗口。
4）用鼠标选中需要的信源模块，把它拖入新建的空白模型编辑窗口，生成一个正弦波的复制品。
5）同样将信宿库Sinks中的示波器Scope拷贝到模型窗口。
6）利用鼠标完成两个模块的连线操作，完成一个简单的模型。
7）为进行仿真，双击示波器模块，打开示波器显示屏。
第五章 Simulink系统建模与仿真
本章重点
Simulink基本结构 Simulink模块 系统模型及仿真
一、Simulink简介
Simulink 是MATLAB 的工具箱之一，提供交互式动态系统
建模、仿真和分析的图形环境
可以针对控制系统、信号处理及通信系统等进行系统的建 模、仿真、分析等工作 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。
从模块库中选择合适的功能子模块并移至编辑窗口中，按 设计要求设置好各模块的参数，再将这些模块连接成系统 Simulink的仿真过程就是给系统加入合适的输入信号模块 和输出检测模块，运行系统，修改参数及观察输出结果等
过程
二、Simulink的基本结构
Simulink窗口的打开
命令窗口：simulink 工具栏图标：
三、Simulink模型创建
7、信号线的标志
信号线注释：双击需要添加注释的信号线，在弹出的文本编辑 框中输入信号线的注释内容
信号线上附加说明：（1） 粗线表示向量信号：选中菜单Forma t|Wide nonscalar lines 即可以把图中传递向量信号的信号线用粗 线标出；（2）显示数据类型及信号维数：选择菜单Format|Port data types 及Format|Signaldimensions，即可在信号线上显示前 一个输出的数据类型及输入/输出信号的维数；（3） 信号线彩 色显示：选择菜单Format|Sample Time Color，SIMULINK 将用 不同颜色显示采样频率不同的模块和信号线，默认红色表示最 高采样频率，黑色表示连续信号流经的模块及线。
同一窗口内的模块复制： （1）按住鼠标右键，拖动鼠标到目标
MATLAB控制系统数学模型建模与simulink仿真
目录MATLAB/Simulink 与控制系统仿真课程设计 (1)一、课题设计目的 (3)二、课题设计要求 (3)1.实现单回路控制系统的设计及仿真 (3)2.实现串联控制系统的设计与仿真 (3)3.实现反馈前馈控制系统设计及仿真 (3)三、课题设计内容与步骤 (3)1.实现单回路控制系统的设计及仿真 (3)(1)原始单回路的单位阶跃曲线： (4)(2) P 调节 (4)(3) PI 调节 (5)(4) PID 调节 (5)(5) 总结： (6)2. 实现串联控制系统的设计与仿真 (6)(1).建立开环传递函数 (6)(2).设计串联校正器的滞后环节 (8)(3).设计串联校正器的超前环节 (8)(4).对照校正先后的系统频率响应 (9)(5).系统校正先后的阶跃响应曲线 (10)(6)结论： (12)3.实现反馈前馈控制系统设计及仿真 (12)(1).开环传递函数模型 (12)(2).分析系统的频率响应特性 (13)(3).设计反馈校正器环节 (13)(4).设计前馈校正器环节 (14)(5).设计前向通道 (15)(6).设计前向通道与前馈通道并联连接 (16)(7).设计反馈前馈校正器环节 (16)(8).对照校正先后的系统频率响应 (17)(9).系统校正先后的阶跃响应曲线 (18)(10).总结： (20)四、心得体味 (20)进行PID 控制器设计与应用1.实现单回路控制系统的设计及仿真2.实现串联控制系统的设计与仿真3.实现反馈前馈控制系统设计及仿真P 调节器公式Wc (s) =20.经P 控制后的单回路的单位阶跃曲线：P 控制只改变系统的增益而不影响相位，它对系统的影响主要反映在系统的稳态误差和稳定性上，增大比例系数可提高系统的开环增益、减小系统的稳态误差，从而提高系统的控制精度，但这会降低系统的相对稳定性。
PI 调节器公式Wc (s) =20+3/s.经PI 控制后的单回路的单位阶跃曲线：PI 控制器可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
matlab-SIMULINK仿真实例
二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机的机构仿真一、仿真原理图1二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床示意图图2 二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床刃磨原理图重要假设条件：1、二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床是通过两组并联杆（2，a和3，b）保证动平台4只在空间中做水平运动，而没有翻转运动。
每一组并联杆是由空间相互平行的4根杆件组成，由于组内各杆件受力相同，所以将其简化成平面机构如图2。
构件a，b是保证动平台4只做水平运动的辅助平行杆，所以可以假设将机构中杆件a，b省略，而动平台4只做水平移动，没有翻转运动，也就是4相对于地面的夹角θ4恒等于0。
2、直线电机的次子有两个（1和5）但是在加工过程中并不是两者同时运动，所以假设5与导轨固联。
3、假设机床在工作过程中动平台4只受到树直向上的恒力作用，且作用在其中心位置。
基于以上假设机床平面结构示意图如图3。
图3二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床简化机构平面结构示意图二、建立仿真方程C2=cos(θ2) S2=sin(θ2) C3=cos(θ3) S3=sin(θ3)一）力方程（分别对各个杆件进行受力分析）对动平台4：受力分析如图4F24x+F43x=m4*Ac4x （1）F24y+F43y=m4*Ac4y （2）F24y*rc4-F43y*rc4=0 （3）图4动平台4的受力分析对并联杆2：受力分析如图5F12x+F24x=-m2*Ac2x （4）F12y+F24y=-m2*Ac2y （5）F12x*rc2*S2+F12y*rc2*C2-F24x*rc2*S2-F24y*rc2*C2=I2*α2 （6）图5并联杆2的受力分析对直线电机滑块1：受力分析如图6Fm+F12x=m1*r1_dot_dot （7）Fy=F12y （8）图6直线电机滑块1的受力分析对并联杆3：受力分析如图7图7并联杆3的受力分析二）闭环矢量运动方程（矢量图如图8）图8 闭环矢量图矢量方程为：R1+R2=R3+R4将上述矢量方程分解为x和y方向，并分别对方程两边对时间t求两次导数得：r1_dot_dot+r2*α2*S2+r2*w2^2*C2=r3*α3*S3+r3*w3^2*C3 （12）r2*α2*C2-r2*w2^2*S2=r3*α3*C3-r3*w3^2*S3 （13）三）质心加速度的矢量方程F13x+F43x=-m3*Ac3x （9）F13y+F43y=-m3*Ac3y （10）F43x*r3*C3+F43y*r3*S3= I3*α3 （11）图9质心加速度的矢量示意图矢量关系：Ac3=Rc3_dot_dotAc4=R3_dot_dot+ Rc4_dot_dotAc2=R3_dot_dot+ R4_dot_dot+ Rc2_dot_dot (_dot_dot 表示对时间求两次导数)将上述三个矢量方程分别分解为x 和y 方向，则它们等效为以下六个方程；Ac3x=-rc3*w3^2*C3-rc3*α3*S3 (14) Ac3y=-rc3*w3^2*S3+rc3*α3*C3 (15) Ac4x=-r3*w3^2*C3-r3*α3*S3 (16) Ac4y=-r3*w3^2*S3+r3*α3*C3 (17) Ac2x=-r3*w3^2*C3-r3*α3*S3-rc2*w2^2*C2-rc2*α2*S2 (18) Ac2y=-r3*w3^2*S3+r3*α3*C3-rc2*w2^2*S2+rc2*α2*C2 (19) 力未知量为：F12x,F12y,F24x,F24y,F43x,F43y,F13x,F13y,Fy,Fm 引入的加速度有：α2，α3，r1_dot_dot ，Ac3x ，Ac3y ，Ac4x ，Ac4y ，Ac2x ，Ac2y三、系统方程的组装将所有19个方程组装成矩阵形式1010000000000200000010100000000002002222222200000020000000000101000000000000400001010000000000004000101000000000000010000000010010000000100000010000000000000010100000000m m rc S rc C rc S rc C I m m m ⋅⋅-⋅-⋅-----300000000101000000003000000333300003000000000000000002233100000000000000002233000000000000000002233010000000000000002233001000000000000000330001000000000000m m r C r S I r S r S r C r C rc S r S rc C r C rc S ⋅⋅-⋅-⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅-⋅003300001000000000000033000001000000000000330001rc C r S r C ⎛⎫⎪ ⎪⎪⎪⎪ ⎪⎪⎪ ⎪⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪⎪ ⎪⎪⎪ ⎪⎪⎪ ⎪⎪⎪⋅-⎪⋅ ⎪⎪ ⎪⋅-⎝⎭120120240240434301301300020333^2322^2222^2233^2322^222233441F x F y F x F y F x p F y F x F y Fy Fm r w C r w C r w S r w S rc w C Ac x Ac y Ac x Ac y Ac x Ac y r αα••⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⨯= ⎪ ⎪ ⎪⋅⋅-⋅⋅ ⎪ ⎪⋅⋅-⋅⋅ ⎪-⋅⋅ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭33^2322^2233^2333^2333^2333^2333^23r w S rc w S r w S rc w C rc w S r w C r w S ⎛⎫ ⎪⎪⎪ ⎪⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪-⋅⋅ ⎪⋅⋅+⋅⋅ ⎪ ⎪-⋅⋅ ⎪ ⎪⋅⋅ ⎪-⋅⋅ ⎪⎪ ⎪⋅⋅⎝⎭ 四、初始条件的设定假设图3位置就是初始位置。
MATLAB-SimMechanics机构动态仿真
个方向转动）、Bushing（三个方向移动，三个方
向转动）、Custom Joint（自定义铰）、
Cylindrical（柱面铰）、Gimbal（万向铰，旋转
三个角度）、In-plane（平面内移动）、Planar
（平面铰）、Prismatic（单自由运动铰）、
Revolute（单自由转动铰）、Screw（螺旋铰）、
扑结构，但至少有一个构件是Ground模块，而且
有一个环境设置模块直接与其相连。
一个构件可能不止两个铰（Joint），即可以
产生分支。但是一个较只能连接两个构件。
（3）配置Body模块：双击模块，打开参数对话
框，配置质量属性（质量和惯性矩），然后确定
Body模块和Ground模块与整体坐标系或其他坐标
• 1.双击Disassembled Joints，弹出如图模块组， 其中模块是分解后的铰，不同于Joints中对应的 铰，它们有不同的基准点。
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• 2.双击Massless Connectors，弹出如图模块组， 其中模块是Joint中对应的铰的组合。
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4.2.6 传Βιβλιοθήκη 器与激励器模块组（Sensors&Actuators）
• 双击模块，弹出图示模块组。该模块组中的模块 用来和普通的Simulink模块进行数据交换。
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• Body Actuator：通过广义力或力矩来驱动刚体。 • Body Sensor：刚体检测模块。 • Constraint&Drivr Sensor：检测一对受约束刚体
间的力或力矩。 • Driver Actuator：对一对互相约束的刚体施加相
控制系统计算机仿真(内蒙古工业大学)MATLAB基础第6章 SIMULINK仿真基础
Transfer-Fcn：线性传递函数模型
Transport Delay：输入信号延时一个固定时间再输出 Variable Transport Delay：输入信号延时一个可变时间再输出 Zero-Pole：以零极点表示的传递函数模型
2、Discontinuities （非线性模块） Backlash：死区间隙 Coulomb &Viscous Friction：库仑粘滞摩擦信号 Dead Zone：死区信号 Hit Crossing：将信号与特定的偏移值比较 Quantizer；量化器 Rate Limiter；信号上升、下降速率控制器 Relay：滞环比较器，限制输出值在某一范围内变化。 Saturation：饱和信号，让输出超过某一值时能够饱和。
第一节 SIMULINK简介 一、什么是SIMULINK
SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系 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。
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。
三、SIMULINK的公共模块库
SIMILINK模块库按功能进行分类，包括以下子库： Continuous（连续模块） disontinuous （非线性模块） Discrete（离散模块） look up tables(查询表模块)
Math operations（数学模块）Model verification(模型检测) Model-wide Utilities（模型扩展功能模块） Ports&Systems（端口和子系统模块） Signal attributes(信号描述模块)