《Simulink仿真》PPT课件.ppt

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1、第7章 Simulink仿真第7章 Simulink仿真 本章要点本章要点 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 教学时数教学时数 2学时第7章 Simulink仿真【问题问题】计算两个不同频率的正弦函数先相加再计算两个不同频率的正弦函数先相加再积分的结果，并显示结果的波形。积分的结果，并显示结果的波形。数学分析：数学分析：Matlab-simulink仿真分析仿真分析第7章 Simulink仿真第7章 Simulink仿真 本章要点本章要点 Simulink系统的基本模块 仿真模型的编辑 仿真参数的设置 SimPowerS

2、ystems工具箱及实例 教学时数教学时数 2学时第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。n在这环境中，用户无须书写大量的程序，而只需通过简单直观的鼠标操作，选取适当的库模块，就可构造出复杂的仿真模型。Simulink的主要优点：n适应面广适应面广。可构造的系统包括：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。n结构和流程清晰结构和流程清晰。它外表以方块图形式呈现，采用分层结构。既适于自上而下的设计流程，又适于自下而上逆程设计。n仿真更为精细仿真更为精细。它提供的许多模块更接近实

3、际，为用户摆脱理想化假设的无奈开辟了途径。n模型内码更容易向模型内码更容易向DSP，FPGA等硬件移植。等硬件移植。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 1Simulink的启动 在MATLAB操作桌面下，单击工具栏中的图标 或在命令窗口键入命令Simulink，就会弹出一个名为“Simulink Library Browser”的浏览器窗口。第7章 Simulink仿真一个简单的一个简单的Simul

4、ink实例实例n将一个阶跃输入信号送到积分环节，并将积分后的信将一个阶跃输入信号送到积分环节，并将积分后的信号送到示波器显示。号送到示波器显示。n1.创建空白模型创建空白模型n2.添加模块添加模块n3.添加连接添加连接n4.仿真仿真n5.保存模型保存模型第7章 Simulink仿真2模型的创建 在创建新模型时，单击Simulink Library Browser浏览器上方工具栏内的“建立新模型”图标 、或者单击MATLAB命令窗口FileNewModel选项，会弹出一个名为Untitled（无标题）的空白窗口，所有控制模块都创建在这个窗口中。第7章 Simulink仿真 二、Simulink基

5、本模块 在Simulink的模块库浏览器窗口左侧的Simulink选项上单击鼠标右键，单击弹出菜单的Open the Simulink Labray选项，可以打开Simulink模块库窗口。第7章 Simulink仿真1信号源模块（Sources）双击Simulink模块库窗口中的Sources模块，即可打开信号源模块。第7章 Simulink仿真 信号源模块 模块功能模块功能In1创建输入端Ground接地Constant常数Clock当时时间Signal Generator信号发生器Digital Clock数字时钟Ramp斜波From File从文件读数据Sine Wave正弦波From

6、 Workspace从工作空间读数据 Step阶跃信号Random Number随机信号Repeating Sequence重复序列Uniform Random Number均匀随机信号Pulse Generator脉冲发生器Band-Limited White Noise带限白噪声Chirp Signal快速正弦扫描第7章 Simulink仿真2输出模块（Sinks）模块功能模块功能Scope示波器To File输出到文件Floating Scope可选示波器To Workspace输出到工作空间XY GraphXY关系图Terminator通用终端Outl创建输出端Stop Simulat

7、ion输出不为0时停止仿真Display实时数值显示第7章 Simulink仿真3连续系统模块（Continuous）连续系统模块提供积分、微分等连续系统仿真的常用原件。第7章 Simulink仿真连续系统模块的功能 模块功能模块功能Integrator积分Zero-Pole零极点Derivative微分Memory延时输出State-Space状态方程Transport Delay传输延时Transfer Fcn传递函数Variable Transport Delay可变传输延时第7章 Simulink仿真4离散系统模块（Discrete）离散系统模块提供了滤波器、传递函数等离散系统仿真模块

8、。第7章 Simulink仿真 离散系统模块的功能 模块功能模块功能Zero-Order Hold零阶保持器Discrete Filter离散滤波器Unit Delay单位延时采样保持Discrete Transfer Fcn离散传递函数Discrete-Time Integrator离散时间积分Discrete Zero-Pole离散零极点Discrete State-Space离散状态方程First-Order Hold一阶保持器第7章 Simulink仿真8数学运算模块（Math Operations）数学运算模块提供了基本数学运算函数、三角函数、复数运算函数以及矩阵运算函数。第7章 S

9、imulink仿真数学运算模块的功能 模块功能模块功能Sum求和Rounding Function取整函数Product积或商Combinatorial Logic逻辑真值表Dot Product点积Logic Operator逻辑算子Gain常数增益Bitwise Logical Operator位逻辑算子Slider Gain可变增益Relational Operator关系算子Matrix Gain矩阵增益Complex to Magnitude-Angle复数的模和辐角Math Function数学运算函数Magnitude-Angle to Complex模和辐角合成函数Trigon

10、ometric function三角函数Complex to Real-Imag复数的实部和虚部MinMax求最大值Real-Imag to Complex实部和虚部合成复数Abs求绝对值Algebraic Constraint强迫输入信号为零Sign符号函数第7章 Simulink仿真7.2 Simulink模块操作 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

11、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。第7章 Simulink仿真2模块位置和外形的调整（1）调整模块位置（2）调整模块大小（3）调整模块方向（4）调整模块颜色和效果3模块名的处理（1）改变模块名（2）隐藏模块名（3）改变模块名的位置4复制和删除模块（1）复制模块（2）删除模块第7章 Simulink仿真二、模块属性和参数的设置 1模块参数的设置模块参数的设置 Simulink中几乎所有模块的参数（Parameters）都允许用户进行设置，双击要设置的模块就可以打开模块参数设置对话框，不同模块参数设置对话框的项目会不同。2模块属性的设置模块属性的设置 与参数设置对话框不

12、同，所有模块的属性（Properties）设置对话框都是一样的。选定要设置属性的模块，然后单击EditBlock Properties选项；或单击右键在弹出的菜单中选择Block Properties选项。该对话框有三个标签：General（通用）、Block Annotation（模块注解）和Callbacks（回调函数）。第7章 Simulink仿真三、模块间的连线 1连接两个模块 从一个模块的输出端连到另一个模块的输入端是Simulink仿真最基本的操作。方法是先移动鼠标指向模块的输出端，鼠标的箭头会变成十字形光标，这时按住鼠标左键，拖动鼠标到另一个模块的输入端，当十字形光标出现“重影”

13、时，释放鼠标即完成了连接。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Ctrl键即可。第7章 Simulink仿真4标注连线 双击需要标注的连线，可以看到一个文本框，在里面输入标注文字单击回车键确定即可。用鼠标拖动文本框还可以改变标识的位置。另外，在FormatPort/Signal Disp

14、lays菜单下还有与连线标注有关的命令：1）Sample Time Color：将采样时间不同的模块和连线用不同的颜色显示。2）Port Data Types：在连线上显示传输数据的类型，如double、int32等。5删除连线 如果想要删除某条连线，可单击要删除的连线，此时连线上出现标记点，表示该连线已经被选中，然后单击模型窗口工具栏中的【剪切】按钮或者直接单击键盘上的Delete键，即可删除该连线。第7章 Simulink仿真7.3 仿真模型的参数设置 选择模型窗口SimulationConfiguration Parameters选项，将出现仿真参数配置窗口。仿真参数配置窗口主要分为7个

15、选项卡：Solver（解题器）、Data Import/Export（数据输入/输出），Optimization（优化）、Diagnostics（诊断）、Hardware Implementation（硬件工具）、Model Referencing（模型引用）和Real-Time Workshop（实时工作空间），其中Solver、Data Import/Export和Diagnostics三项经常用到。第7章 Simulink仿真 一、Solver选项卡（1）Simulink time 设置仿真起始时间和停止时间。（2）Solver options 仿真解题器的操作。根据类型（Type）的变

16、化分为：Variable-step（变步长算法）和Fixed-step（固定步长算法）。第7章 Simulink仿真二、Data Import/Export选项卡 Data Import/Export选项卡主要用来设置Simulink与MATLAB工作空间交换数据的有关选项。第7章 Simulink仿真（1）Load from workspace 从工作空间中载入数据。1）Input：先选中Input 核选框，在后面的编辑框内输入数据的变量名。2）Initial state：表示模块的初始状态。对模块进行初始化时，先选中Initial state核选框，（2）Save to workspace

17、 将输出保存到工作空间。在Save to workspace区域中，可以选择的输出选项有：Time（时间），States（状态），Output（输出端口）和Final state（最终状态）。第7章 Simulink仿真（3）Save options保存操作。1）Format：可以选择数组、结构和包含时间的结构三种形式。2）Limit data points to last：用来限定保存到工作空间中的数据量。3）Decimation：从几个数据中抽取一个数据输出。4）Output options：输出操作设置，变步长算法独有。有三种输出方式：Refine output（细化输出）、Produc

18、e additional output（产生附加输出）和Produce specified output only（仅在指定的时刻产生输出）。第7章 Simulink仿真三、Diagnostics选项卡 在Diagnostics选项卡中，主要是指定系统对一些事件或仿真过程中可能遇到的情况做出什么反映。反应的类型有以下几种：1）None：不做任何反应，不影响程序运行。2）Warning：显示警告信息，不影响程序的运行。3）Error：显示错误信息，中止运行的程序。第7章 Simulink仿真【例】仿真x(t)=sin(t)sin(5t)的波形n（1）建立模型窗口：在）建立模型窗口：在MATLAB

19、命令窗口菜单上选择命令窗口菜单上选择FileNewModel命令，可打开一个名为命令，可打开一个名为“untitled(无标题）无标题）”的模的模型窗口型窗口 n（2）添加模块：单击模块浏览器中）添加模块：单击模块浏览器中Simulink前面的前面的“+”号，打号，打开子模块库开子模块库,单击单击Sources(信号源模块信号源模块),在右边窗口中找到在右边窗口中找到Sine Wave(正弦源正弦源),用鼠标将其拖入到模型窗口并重复用鼠标将其拖入到模型窗口并重复,再在再在Sinks(输输出模块出模块)中把中把Scope(示波器示波器)拖到模型窗口拖到模型窗口,在在Math Operations

20、(数学模块数学模块)中把中把Doc Product(点乘法器点乘法器)拖到模型窗口拖到模型窗口第7章 Simulink仿真3、设置模块参数：、设置模块参数：n先设置信号源参数：双击一个正弦源，打开先设置信号源参数：双击一个正弦源，打开Block parameters(模块参数模块参数)对话框对话框,把把Frequency(频率频率)改为改为2*pi(角频率弧度制角频率弧度制),把把Amplitude(幅度幅度)改为改为1，其他参数不变，同样将另一个正弦源的，其他参数不变，同样将另一个正弦源的频率改为频率改为10*pi.n双击示波器图标，打开双击示波器图标，打开Scope窗口，单击其工作栏上的参

21、数图标，窗口，单击其工作栏上的参数图标，打开示波器属性窗口，将打开示波器属性窗口，将Number of axes(坐标轴的数量坐标轴的数量)改为改为3，结果将会出现三个图形。，结果将会出现三个图形。第7章 Simulink仿真（4）编辑模块：将各个模块连接起来）编辑模块：将各个模块连接起来第7章 Simulink仿真（5）系统仿真参数设置）系统仿真参数设置n单击单击SimulinkConfiguration Parameters选项，打开仿真参选项，打开仿真参数对话框，把仿真结束时间设为数对话框，把仿真结束时间设为2，即仿真时间为，即仿真时间为2秒，算法选择秒，算法选择中的中的Type选择为选

22、择为Fixedstep(固定步长固定步长)，并在其右边的算法框，并在其右边的算法框中选择中选择ode5(龙格龙格-库塔法的库塔法的5阶算法阶算法)，再把，再把Fixed step size(固定固定步长尺寸步长尺寸)设置为秒。设置为秒。第7章 Simulink仿真（6）系统仿真：单击模型窗口的）系统仿真：单击模型窗口的图标或单击模型窗口的图标或单击模型窗口的Simulink Star 命令进行仿真。命令进行仿真。（7）观察仿真结果：双击模型窗口的示波器图标）观察仿真结果：双击模型窗口的示波器图标第7章 Simulink仿真 连续时间系统的建模与仿真连续时间系统的建模与仿真 -基于微分方程的基于

23、微分方程的SIMULINK建模建模第7章 Simulink仿真建立理论数学模型建立理论数学模型n对于无外力作用的对于无外力作用的“弹簧弹簧质量质量阻尼阻尼”系统，系统，据牛顿定律可写出据牛顿定律可写出n代入具体数值并整理，可得代入具体数值并整理，可得n 第7章 Simulink仿真第7章 Simulink仿真仿真模型仿真模型第7章 Simulink仿真仿真结果仿真结果第7章 Simulink仿真7.4 SimPowerSystems工具箱工具箱 n 就仿真模型逼近被仿真系统的真实程度而言，前就仿真模型逼近被仿真系统的真实程度而言，前面面所建所建Simulink模型属于功能级仿真模型。这种模型所

24、使用的模块与真实模型属于功能级仿真模型。这种模型所使用的模块与真实的物理器件之间不存在一一对应的关系；这种模型的构建以抽象了的物理器件之间不存在一一对应的关系；这种模型的构建以抽象了的数学模型为基础的数学模型为基础n 较早的较早的Simulink就是进行功能级仿真的软件环境。但最近发布就是进行功能级仿真的软件环境。但最近发布的几个的几个Simulink版本，已经在某些专业领域把仿真推进到了元器件版本，已经在某些专业领域把仿真推进到了元器件级。级。n本节将利用本节将利用SimPowerSystems 中的库模块构建一个在元器中的库模块构建一个在元器件级上对应的电路模型，然后通过该模型进行电量的瞬

25、态分析。件级上对应的电路模型，然后通过该模型进行电量的瞬态分析。第7章 Simulink仿真单个电阻、电感、电容元件的参数设置表单个电阻、电感、电容元件的参数设置表a元件元件串联串联RLC分支分支(Series RLC Branch)并联并联RLC分支分支(Parallel RLC Branch)类型类型电阻数值电阻数值电感数值电感数值电容数值电容数值电阻数值电阻数值电感数值电感数值电容数值电容数值单个电阻单个电阻R0infRinf0单个电感单个电感0LInfinfL0单个电容单个电容00CinfinfC第7章 Simulink仿真 第7章 Simulink仿真 第7章 Simulink仿真 第7章 Simulink仿真 第7章 Simulink仿真【练习练习】根据电路桥电路创建一个根据电路桥电路创建一个Simulink模型，求电路中的电流，模型，求电路中的电流，电路如下图所示，已知电阻电路如下图所示，已知电阻R=5，Ra=25，Rb=100，Rc=125，Rd=100，求当直流电源为，求当直流电源为40V时电路中的电流。时电路中的电流。