仿真操作学习.pptx

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1、7.7 SIMULINK7.7 SIMULINK的分析工具的分析工具7.8 SIMULINK7.8 SIMULINK综合实例综合实例7.10 SimPowerSystems7.10 SimPowerSystems电力系统专电力系统专业模块简介业模块简介7.9 S7.9 S函数的设计及应用函数的设计及应用7.11 7.11 小小 结结第第2页页/共共139页页第1页/共139页 SIMULINK是MATLAB的一个软件包，是一个结合了框图界面和交互仿真能力的系统级设计和仿真工具。它以MATLAB的核心数学、图形和语言模块为基础，可以让用户毫不费力地完成算法开发、仿真或者模型验证，而不需要传递数据

2、、重写代码或改变软件环境。第第3页页/共共139页页第2页/共139页 本章以“实例”为主体，加上适量的归纳性表述。读者可以通过练习实例来掌握SIMULINK的一般使用规则和操作方法。鉴于SIMULINK的本质，这些示例涉及数学、物理和若干工程考虑，让读者从这些带背景性的示例体会SIMULINK的精妙之处。第第4页页/共共139页页第3页/共139页7.1 SIMULINK简介 SIMULINK是基于MATLAB的图形化仿真环境，它使用图形化的系统模块对动态系统进行描述，并在此基础上进行动态系统的求解。利用SIMULINK对动态系统进行仿真的核心在于，MATLAB计算引擎对系统微分方程和差分方

3、程求解。SIMULINK与MATLAB是高度集成在一起的，因此，SIMULINK与MATLAB之间可以灵活地交互操作。第第5页页/共共139页页第4页/共139页 SIMULINK是一个进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。它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。第第6页页/共共139页页第5页/共139页 在SIMULINK 提供的图形用户界面GUI上，只要进行鼠标的简单拖曳操作就可构造出复杂的仿真模型。它外表以方块图形式呈现，且采用分层结构。从分析研究角度讲，这种SIMULINK模型不仅能让用户知道具体环节的动态细节，而且能让用户清

4、晰地了解各器件、各子系统和各系统间的信息交换，掌握各部分之间的交互影响。SIMULINK中的工具包很多，覆盖通信、控制、信号处理、DSP和电力系统等诸多领域，所涉及的内容专业性极强。第第7页页/共共139页页第6页/共139页 由于SIMULINK是基于MATLAaB环境之上的高性能系统及仿真平台。因此，必须首先运行MATLAB，然后才能启动SIMULINK并建立系统的仿真模型。7.1.1 SIMULINK的窗体介绍第第8页页/共共139页页第7页/共139页图图7-1 7-1 两种启动两种启动SIMULINKSIMULINK方法的图示说明方法的图示说明 第第9页页/共共139页页第8页/共1

5、39页 图图7-2 Simulink7-2 Simulink库浏览器窗口库浏览器窗口第第10页页/共共139页页第9页/共139页7.1.2 一个MATLAB/SIMULINK库自带的演示实例图图7-3 7-3 同步电机的演示仿真模型同步电机的演示仿真模型第10页/共139页图图7-4 7-4 同步电机的演示仿真模型的运行结果同步电机的演示仿真模型的运行结果第第12页页/共共139页页第11页/共139页7.1.3 创建一个MATLAB实例图图7-5 7-5 模型编辑窗口中工具栏图标的作用示意图模型编辑窗口中工具栏图标的作用示意图第第13页页/共共139页页第12页/共139页 【例7-1】信

6、号源的示波显示示例，如图7-6所示。图图7-6 7-6 信号源示波器显示向量波形信号源示波器显示向量波形第第14页页/共共139页页第13页/共139页图图7-7 Mux7-7 Mux属性设置属性设置第第15页页/共共139页页第14页/共139页图图7-8 7-8 添加模块添加模块第第16页页/共共139页页第15页/共139页 【例7-2】演示“求和”模块的向量处理能力：输入扩展，如图7-9所示。图图7-9 7-9 输入的标量扩展输入的标量扩展 第第17页页/共共139页页第16页/共139页 【例7-3】演示“增益”模块的向量处理能力：参数扩展，如图7-10所示。图图7-10 7-10

7、模块参数的标量扩展模块参数的标量扩展第第18页页/共共139页页第17页/共139页1选择模块集（库）7.2 SIMULINK的基本操作图图7-11 7-11 打开的打开的SIMULINKSIMULINK、Simpower SystemSimpower System、SIMULINK ExtrasSIMULINK Extras模块集示意图模块集示意图第第19页页/共共139页页第18页/共139页（1）模块的选定（2）模块的复制（3）模块大小的改变（4）模块的旋转（5）模块颜色的改变（6）模块名的操作（7）模块参数的设置（8）模块的删除2选择模块第第20页页/共共139页页第19页/共139页

8、（1）线的连接（2）线的分支（3）线的折曲（4）线的删除（5）线的标注3连接模块的操作4模型的注释第第21页页/共共139页页第20页/共139页7.3 SIMULINK的基本模块简介（1）连续系统模块库（Continuous）图图7-12 7-12 连续系统模块库（连续系统模块库（ContinuousContinuous）及其功能说明）及其功能说明第第22页页/共共139页页第21页/共139页（2）断续函数模块库（Discontinuouies）图图7-13 7-13 断续函数模块库（断续函数模块库（DiscontinuouiesDiscontinuouies）及其功能说明）及其功能说明第

9、第23页页/共共139页页第22页/共139页（3）离散系统模块库（Discrete）图图7-14 7-14 离散系统模块库（离散系统模块库（DiscreteDiscrete）及其功能说明）及其功能说明第第24页页/共共139页页第23页/共139页（4）数学运算模块库（Math operations）图图7-15 7-15 数学运算模块库（数学运算模块库（Math operationsMath operations）及其功能说明）及其功能说明第第25页页/共共139页页第24页/共139页（5）查表模块库（Lookup Tables）图图7-16 7-16 查表模块库（查表模块库（Looku

10、p TablesLookup Tables）及其功能说明）及其功能说明第第26页页/共共139页页第25页/共139页（6）User-Defined Functions模块库图图7-17 7-17 自定义模块模块库（自定义模块模块库（User-Defined FunctionsUser-Defined Functions）及其功能说明）及其功能说明第第27页页/共共139页页第26页/共139页（7）Sink模块库图图7-18 Sink7-18 Sink模块库及其功能说明模块库及其功能说明第第28页页/共共139页页第27页/共139页（8）信号路由模块库（Signal Routing）图图7

11、-19 7-19 信号路由模块库（信号路由模块库（Signal RoutingSignal Routing）及其功能说明）及其功能说明第第29页页/共共139页页第28页/共139页（9）Logic and Bit Operations模块库图图7-20 Logic and Bit Operations7-20 Logic and Bit Operations模块库及其功能说明模块库及其功能说明第第30页页/共共139页页第29页/共139页（10）Port&Subsystems模块库图图7-21 Port&Subsystems7-21 Port&Subsystems模块库及其功能说明模块库及

12、其功能说明第第31页页/共共139页页第30页/共139页（11）Sources 模块库图图7-22 Sources 7-22 Sources 模块库及其功能说明模块库及其功能说明第第32页页/共共139页页第31页/共139页 【例7-4】搭建特定的信号源，SIMULINK仿真模型如图7-23所示，仿真结果如图7-24所示。第第33页页/共共139页页第32页/共139页图图7-23 7-23 信号源的信号源的SIMULINKSIMULINK仿真模型图仿真模型图第第34页页/共共139页页第33页/共139页图图7-24 7-24 示波器显示信号源波形示波器显示信号源波形第第35页页/共共1

13、39页页第34页/共139页7.4 连续系统建模1.积分模块的功能 【例7-5】带有saturation端口的积分模块示例。7.4.1 线性系统第第36页页/共共139页页第35页/共139页图图7-25 7-25 积分模块积分模块SIMULINKSIMULINK示例图及结果示例图及结果第第37页页/共共139页页第36页/共139页图图7-26 7-26 积分模块属性设置图积分模块属性设置图第第38页页/共共139页页第37页/共139页图图7-27 7-27 设置设置scopescope的的paramtersparamters属性属性第第39页页/共共139页页第38页/共139页图图7-

14、28 7-28 复位积分器的复位积分器的SIMULINKSIMULINK示例图及结果示例图及结果【例7-6】复位积分器的功用示例。第第40页页/共共139页页第39页/共139页图图7-29 7-29 积分模块设置积分模块设置External resetExternal reset属性图属性图第第41页页/共共139页页第40页/共139页 【例7-7】假设从实际自然界（力学、电学、生态等）或社会中，抽象出有初始状态为0的二阶微分方程，u(t)是单位阶跃函数。试用积分器直接构建求解该微分方程的模型。2.积分模块直接构造微分方程求解模型第第42页页/共共139页页第41页/共139页图图7-30

15、 7-30 求解微分方程的求解微分方程的SIMULINKSIMULINK模型模型第第43页页/共共139页页第42页/共139页图图7-31 7-31 利用存放在利用存放在MATLABMATLAB工作空间中的仿真数据所绘制的曲线工作空间中的仿真数据所绘制的曲线第第44页页/共共139页页第43页/共139页【例7-8】求模型用传递函数 表示系统的阶跃响应曲线。3.传递函数模块图图7-32 7-32 由传递函数模块构成的仿真模型由传递函数模块构成的仿真模型第第45页页/共共139页页第44页/共139页4.状态方程模块第第46页页/共共139页页第45页/共139页图图7-33 7-33 状态方

16、程模块构成的仿真模型状态方程模块构成的仿真模型第第47页页/共共139页页第46页/共139页 图图7-34 7-34 状态方程模块的参数设置状态方程模块的参数设置 第第48页页/共共139页页第47页/共139页 图图7-35 7-35 仿真结果仿真结果第第49页页/共共139页页第48页/共139页1.喷射动力车的定位控制 【例7-10】物理背景：如图7-36所示喷射动力车的定位控制问题。要求设计一个控制器，其目标是：当车辆的位移和速度为正时，控制器点燃右发动机；当车辆的位移和速度为负时，控制器点燃左发动机，直至车辆静止在坐标原点。7.4.2 非线性系统第第50页页/共共139页页第49页

17、/共139页图图7-36 7-36 装置左右喷射发动机的车辆示意图装置左右喷射发动机的车辆示意图第第51页页/共共139页页第50页/共139页图图7-37 7-37 基本仿真模型基本仿真模型第第52页页/共共139页页第51页/共139页图图7-38 7-38 完整仿真模型完整仿真模型第第53页页/共共139页页第52页/共139页（3）保存数据的利用和分析图图7-39 7-39 仿真曲线仿真曲线第第54页页/共共139页页第53页/共139页2.超混沌rossler系统的仿真图图7-40 7-40 超混沌超混沌rosslerrossler系统的仿真模型系统的仿真模型（1）按照上面的数学方程

18、搭建SIMULINK模型，如图7-40所示。第第55页页/共共139页页第54页/共139页（2）运行SIMULINK模型，图7-41所示为X Y Graph1和scope的仿真结果。图图7-41 7-41 仿真结果仿真结果第第56页页/共共139页页第55页/共139页 【例7-11】求解非线性微分方程 的数值解并绘制函数的波形，其初值为 。图图7-42 7-42 非线性微分方程的非线性微分方程的simulinksimulink仿真系统仿真系统第第57页页/共共139页页第56页/共139页图图7-43 Configuration Parameters7-43 Configuration P

19、arameters的参数设置的参数设置第第58页页/共共139页页第57页/共139页图图7-44 To Workspace7-44 To Workspace模块的参数设置模块的参数设置第第59页页/共共139页页第58页/共139页图图7-45 7-45 仿真结果仿真结果第第60页页/共共139页页第59页/共139页7.5 子系统的创建及封装技术7.5.1 使用Subsystems模块创建子系统7.5.2 通过压缩已有的模块创建子系统7.5.3 使用if子系统模块创建系统7.5.4 使用while子系统模块创建系统7.5.5 条件执行子系统7.5.6 模块封装技术第第61页页/共共139页

20、页第60页/共139页 建立子系统有如下优点：（1）减少模块个数，使窗口简洁，可读性高；（2）将有特定功能的模块集成在一起，可以实现复用功能；（3）提高系统的运行效率和可靠性；（4）符合面向对象的概念，方便用户分析研究系统时进行概念抽象。第第62页页/共共139页页第61页/共139页 Simulink的常用模块组和接口与子系统（Port&Subsystems）模块组都提供了Subsystem模块（即子系统模块），通过它可以创建子系统。7.5.1 使用Subsystems模块创建子系统第第63页页/共共139页页第62页/共139页 用鼠标将希望封装为子系统的模块选中，然后选择窗口菜单“Edi

21、t|Create Subsystem”，这样就将选中部分封装在一个名为Subsystem的模块中。7.5.2 通过压缩已有的模块创建子系统第第64页页/共共139页页第63页/共139页图图7-46 if7-46 if子系统模块创建的仿真模型子系统模块创建的仿真模型第第65页页/共共139页页第64页/共139页 【例7-12】利用SIMULINK搭建仿真系统，如图7-46所示。该系统包括作为输入信号的方波和作为触发信号的正弦波两种信号，当方波信号大于0时，“if action”模块的输出为输入信号的绝对值；当方波信号等于0时，“else action”模块的输出为1和1直接的饱和信号，结果如

22、图7-47所示。7.5.3 使用if子系统模块创建系统第第66页页/共共139页页第65页/共139页图图7-47 7-47 仿真结果仿真结果第第67页页/共共139页页第66页/共139页 【例7-13】使用SIMULINK创建系统，如图7-48所示，系统的输入变量为N，输出变量为1到N的自然数累加和。7.5.4 使用while子系统模块创建系统第第68页页/共共139页页第67页/共139页图图7-48 while7-48 while子系统模块创建的仿真模型子系统模块创建的仿真模型第第69页页/共共139页页第68页/共139页1.使能子系统 使能子系统是条件执行子系统的一种，只有当控制信

23、号为正值时，才会在仿真时间步长时执行子系统。“Enabled Subsystem”模块用来创建使能子系统。【例7-14】使能子系统示例，其中正弦波作为输入信号，方波作为使能信号，其仿真模型与仿真结果如图7-49和图7-50所示。7.5.5 条件执行子系统第第70页页/共共139页页第69页/共139页图图7-49 7-49 使能子系统创建的仿真模型（续）使能子系统创建的仿真模型（续）第第71页页/共共139页页第70页/共139页图图7-49 7-49 使能子系统创建的仿真模型（续）使能子系统创建的仿真模型（续）第第72页页/共共139页页第71页/共139页图图7-50 7-50 仿真波形仿

24、真波形第第73页页/共共139页页第72页/共139页 触发子系统是条件执行子系统的一种，只有当触发信号发生时才会执行。触发子系统包括信号控制输入端口，它将决定执行子系统的条件。2.触发子系统第第74页页/共共139页页第73页/共139页 可以设置如下三种类型的触发事件来触发不同的子系统：（1）rising：当控制系统由负数或零转换为正数，或者当初始数值为负时，信号转换到零时，将会触发该子系统。（2）falling：当控制系统由正数或零转换为负数，或者当初始数值为正时，信号转换到零时，将会触发该子系统。（3）either：当上述两种情况的任何一种发生时会触发子系统。第第75页页/共共139页

25、页第74页/共139页 【例7-15】触发子系统工作原理仿真示例，其仿真模型和仿真结果如图7-51和图7-52所示。第第76页页/共共139页页第75页/共139页 MATLAB语言是一种基于矩阵/数组的高级语言，具有程序流控制、函数、数据结构、输入/输出和面向对象编程等特色。用户既可以用它来快速编写简单的程序，也可以用来编写复杂的应用程序。3MATLAB语言第第77页页/共共139页页第76页/共139页图图7-51 7-51 触发子系统仿真模型触发子系统仿真模型第第78页页/共共139页页第77页/共139页图图7-52 7-52 触发子系统仿真运行结果触发子系统仿真运行结果第第79页页/

26、共共139页页第78页/共139页 所谓封装（masking）模块，就是将其对应的子系统内部结构隐含起来，以便访问该模块时只出现一个参数设置对话框，将模块中所需要的参数用这个对话框来输入。其实SIMULINK中大多数的模块都是由更底层的模块封装起来的，例如状态空间模块，其内部结构是不可见的，只允许双击打开一个参数输入对话框来读入状态空间模型的参数。7.5.6 模块封装技术第第80页页/共共139页页第79页/共139页 如果想封装一个用户自建模型，首先用户应该用建立子系统的方式将其转换为子系统模块，选中该子系统模块的图标，再选择“Edit|Mask Subsystem”子菜单项，则可以打开模块

27、封装编辑界面，在该对话框中，有如下内容需要用户填写。第第81页页/共共139页页第80页/共139页（1）Mask type（封装种类）（2）Drawing Commands（绘图命令）（3）Icon frame（图标边框）（4）Icon Transparency（图标透明与否）（5）Icon rotation（图标是否旋转）（6）Drawing coordinates（绘制坐标系）第第82页页/共共139页页第81页/共139页 【例7-16】构造PID控制器的Simulink模型，其数学模型为 ，并进行模块封装。第第83页页/共共139页页第82页/共139页图图7-53 PID 7-53

28、 PID 控制器控制器SIMULINKSIMULINK模型模型 第第84页页/共共139页页第83页/共139页 图图7-54 7-54 创建子系统创建子系统 第第85页页/共共139页页第84页/共139页 图图7-55 7-55 设置子系统属性设置子系统属性第第86页页/共共139页页第85页/共139页图图7-56 7-56 系统封装结果系统封装结果第第87页页/共共139页页第86页/共139页7.6 离散时间系统和混合系统7.6.1 逻辑模块Logical Operator 【例7-17】用逻辑模块产生“和”、“或”、“异或”和“同或”结果，逻辑模块如图7-57所示。第第88页页/共

29、共139页页第87页/共139页图图7-57 7-57 逻辑运算模块逻辑运算模块第第89页页/共共139页页第88页/共139页 【例7-18】使用初值设计模块实现初值为3，此后值为6的输出信号，其模型如图7-58所示。7.6.2 初值设计模块IC在在t t0 0时，输出信号为时，输出信号为3 3，此后输出信号为，此后输出信号为6 6图图7-58 7-58 输出信号模型输出信号模型第第90页页/共共139页页第89页/共139页 【例7-19】零阶保持器模块示例，其模型及仿真结果如图7-59与图7-60所示。7.6.3 单位延时模块Unit Delay和零阶保持器Zero-Order Hold

30、 图图7-59 7-59 零阶保持器模块构造的仿真模型零阶保持器模块构造的仿真模型第第91页页/共共139页页第90页/共139页图图7-60 7-60 仿真结果仿真结果第第92页页/共共139页页第91页/共139页 【例7-20】在离散控制系统中，控制器的更新频率一般低于对象本身的工作频率。而显示系统的更新频率总比显示器的可读速度低得多。假设有某过程的离散状态方程式中u(k)是输入。该过程的采样周期为0.1秒，控制器应用采样周期为0.25秒的比例控制器，显示系统的更新周期为0.5秒。第第93页页/共共139页页第92页/共139页图图7-61 7-61 多速率离散系统多速率离散系统第第94

31、页页/共共139页页第93页/共139页图图7-62 x1(k)7-62 x1(k)的历史记录的历史记录第第95页页/共共139页页第94页/共139页7.7 SIMULINK的分析工具7.7.1 Sim,Simset 命令及示例7.7.2 模型线性化7.7.3 系统平衡点分析第第96页页/共共139页页第95页/共139页 使用Sim命令可以运行SIMULINK，方便用户从文件运行仿真，可以在程序代码中修改模块参数或在循环结构中实现复杂的仿真过程。调用格式为：t,x,y=sim(model,timespan,options,ut)7.7.1 Sim,Simset 命令及示例第第97页页/共共

32、139页页第96页/共139页 【例7-21】使用MATLAB指令运行SIMULINK模型。（1）搭建SIMULINK模型，如图7-63所示。（2）建立文件运行SIMULINK模型。第第98页页/共共139页页第97页/共139页图图7-63 SIMULINK7-63 SIMULINK模型模型第第99页页/共共139页页第98页/共139页图图7-64 7-64 不同初值下的仿真曲线不同初值下的仿真曲线第第100页页/共共139页页第99页/共139页 模型线性化是指将原非线性模型转化为用状态空间矩阵A、B、C和D表示的线性方程组。其中，x、u和y分别表示状态、输入和输出。连续非线性系统近似线

33、性化的命令格式为：A,B,C,D=linmod(model)【例7-22】求非线性系统 在坐标原点处的线性化模型。7.7.2 模型线性化第第101页页/共共139页页第100页/共139页图图7-65 7-65 线性化示例的线性化示例的SIMULINKSIMULINK模型模型第第102页页/共共139页页第101页/共139页图图7-66 7-66 波特图波特图第第103页页/共共139页页第102页/共139页图图7-67 7-67 系统的单位阶跃和脉冲响应曲线系统的单位阶跃和脉冲响应曲线第第104页页/共共139页页第103页/共139页 【例7-23】求下面用传递函数模型表示的非线性系统

34、在坐标原点处的线性化模型，如图7-68所示。图图7-68 7-68 非线性系统的非线性系统的SimulinkSimulink模型模型第第105页页/共共139页页第104页/共139页 在非线性系统的分析中，分析系统的稳定性需要分析系统的平衡点。平衡点是指所有状态导数都等于零的点，如果只有部分状态导数为零，则称为偏平衡点，可以通过使用trim命令来决定动态系统的稳定状态点，来分析系统的平衡点性能，调用格式如下：x,u,y,dx=trim(sys,x0,u0,y0,ix,iu,iy,dx0,idx,options,t)【例7-24】系统平衡点的分析。7.7.3 系统平衡点分析第第106页页/共共

35、139页页第105页/共139页7.8.1 SIMULINK模型和MATLAB指令配合使用7.8.2 仿真模型和优化指令的协调7.8.3 不同解算器处理Stiff系统时表现7.8.4 代数环的形成7.8.5 代数环的处理7.8 SIMULINK综合实例第第107页页/共共139页页第106页/共139页【例7-25】求非线性系统的相平面轨迹、平衡点，并进行稳定性分析。7.8.1 SIMULINK模型和MATLAB指令配合使用图图7-69 7-69 系统的状态轨迹图系统的状态轨迹图第第108页页/共共139页页第107页/共139页图图7-70 7-70 系统的精良状态轨迹斜率图系统的精良状态轨

36、迹斜率图第第109页页/共共139页页第108页/共139页图图7-71 7-71 系统的状态导数向量长度分布曲面系统的状态导数向量长度分布曲面第第110页页/共共139页页第109页/共139页 【例7-26】性能指标函数是无法解析计算的，只能通过数值计算进行。本例将综合运用SIMULINK模型和优化指令求取新的性能指标传递函数标准型。7.8.2 仿真模型和优化指令的协调第第111页页/共共139页页第110页/共139页图图7-72 7-72 计算性能指标的计算性能指标的SIMULINKSIMULINK模型模型第第112页页/共共139页页第111页/共139页图图7-73 7-73 新老

37、标准型的阶跃响应比较图新老标准型的阶跃响应比较图第第113页页/共共139页页第112页/共139页7.8.3 不同解算器处理Stiff系统时表现图图7-74 Stiff7-74 Stiff系统仿真模型系统仿真模型第第114页页/共共139页页第113页/共139页图图7-75 7-75 不同方法解不同方法解StiffStiff方程的结果比较方程的结果比较第第115页页/共共139页页第114页/共139页 【例7-28】求方程组 的解。7.8.4 代数环的形成图图7-76 7-76 按原始方程所建的模型按原始方程所建的模型第第116页页/共共139页页第115页/共139页 【例7-29】通

38、过重组模型，直接消除代数环，建立等价模型。7.8.5 代数环的处理图图7-77 7-77 消除了代数环的等价模型消除了代数环的等价模型第第117页页/共共139页页第116页/共139页图图7-78 7-78 用用“记忆记忆”模块切断代数环的模型模块切断代数环的模型第第118页页/共共139页页第117页/共139页7.9 S函数的设计及应用 如果某些系统不利于底层模块搭建，则可以采用S函数的形式描述，S函数实际上是状态方程的语句描述。S函数是system Function的简称，可以用MATLAB、C、C+、Fortran、Ada等语言来写，这里只介绍怎样用MATLAB语言来写。第第119页

39、页/共共139页页第118页/共139页 S函数可以利用MATLAB的丰富资源，而不仅仅局限于SIMULINK提供的模块，而用c或c+等语言写的S函数还可以实现对硬件端口的操作，以及操作windows API等。先介绍一下SIMULINK的仿真过程以便理解S函数，SIMULINK的仿真有两个阶段：一个为初始化，这个阶段主要是设置一些参数，如系统的输入输出个数、状态初值和采样时间等；第二个阶段就是运行阶段，这个阶段里要进行计算输出、更新离散状态和计算连续状态等等，这个阶段需要反复运行，直至结束。第第120页页/共共139页页第119页/共139页 在MATLAB的workspace里打edit

40、sfuntmpl（MATLAB自己提供的S函数模板)，用它来具体分析S函数的结构。7.9.1 S函数模板说明第第121页页/共共139页页第120页/共139页 M文件S函数可用的子函数说明如下。（1）mdlInitializeSizes(flag=0)：定义S函数模块的基本特性，包括采样时间、连续或者离散状态的初始条件和sizes数组。（2）mdlDerivatives(flag=1)：计算连续状态变量的微分方程。（3）mdlUpdate(flag=2)：更新离散状态、采样时间和主时间步的要求。第第122页页/共共139页页第121页/共139页 （4）mdlOutputs(flag=3)：

41、计算S函数的输出。（5）mdlGetTimeOfNextVarHit(flag=4)：计算下一个采样点的绝对时间，这个方法仅仅是在用户在mdlInitializeSizes 里说明了一个可变的离散采样时间。第第123页页/共共139页页第122页/共139页 概括说来，建立S函数可以分成两个分离的任务。（1）初始化模块特性包括输入输出信号的宽度，离散连续状态的初始条件和采样时间。（2）将算法放到合适的S函数子函数中去。第第124页页/共共139页页第123页/共139页 为了让SIMULINK识别出一个M文件S函数，用户必须在S函数里提供有关S函数的说明信息，包括采样时间、连续或者离散状态个数

42、等初始条件。这一部分主要是在mdlInitializeSizes子函数里完成。1定义S函数的初始信息第第125页页/共共139页页第124页/共139页 S函数默认的4个输入参数为t、x、u和flag，它们的次序不能变动，2输入和输出参量说明第第126页页/共共139页页第125页/共139页 【例7-30】构造带用户参数的S函数。本例示例构造的函数的功能和SIMULINK下的gain模块功能一样。【例7-31】使用if语句代替switch语句的函数。7.9.2 S函数示例第第127页页/共共139页页第126页/共139页图图7-80 7-80 基于基于S S函数的仿真模型函数的仿真模型第第

43、128页页/共共139页页第127页/共139页 【例7-32】考虑下面的倒立摆自适应跟踪控制问题，其中，S-Function controllers描述自适应跟踪控制器，S-Function inver-plant描述倒立摆的状态模型，正弦函数作为参考信号，仿真模型如图7-81所示。第第129页页/共共139页页第128页/共139页图图7-81 7-81 基于基于s s函数的自适应跟踪控制仿真模型函数的自适应跟踪控制仿真模型第第130页页/共共139页页第129页/共139页7.10 SimPowerSystems电力系统专业模块简介 在MATLAB语言涉及电力系统仿真方面以后，它凭借其自

44、身的技术优势，联合众多电力领域的专家，开发了这款电力系统仿真的工具箱，工具箱内部提供了大量经常使用的各种电力元件模型。使用MATLAB对电力系统仿真具有突出的优势。这里对SimPowerSystem模块集中常用的基本模块作简单介绍。第第131页页/共共139页页第130页/共139页 SimPowerSystems模块集对话框如图7-82所示。其中又含有8个子库，点击各子库后将会出现电力系统中各元件模块，供创建模型使用。第第132页页/共共139页页第131页/共139页图图7-82 7-82 电力系统模块集所含内容对话框电力系统模块集所含内容对话框第第133页页/共共139页页第132页/共

45、139页 下面对电路、电工、电子仿真常用的模块进行简介。（1）常用电源模块如图7-83所示。图图7-83 7-83 电源模块子库对话框电源模块子库对话框第第134页页/共共139页页第133页/共139页（2）常用元件模块见图7-84所示。图图7-84 7-84 常用元件模块子库（部分）对话框常用元件模块子库（部分）对话框第第135页页/共共139页页第134页/共139页 （3）控制子模块库部分Control Blocks部分模块如图7-85所示。图图7-85 7-85 控制模块子库（部分）对话框控制模块子库（部分）对话框第第136页页/共共139页页第135页/共139页 （4）测量模块子

46、库Mesaurements如图7-86所示。图图7-86 7-86 测量模块子库（部分）对话框测量模块子库（部分）对话框第第137页页/共共139页页第136页/共139页 （5）电力电子元件模块子库Power Electronic如图7-87所示。图图7-87 7-87 电力电子元件模块子库（部分）对话框电力电子元件模块子库（部分）对话框第第138页页/共共139页页第137页/共139页7.11 小 结 SIMULINK是MATLAB的一个最强大的工具箱之一，它提供了一个建立模型方块图的图形用户接口，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成。使用SIMULINK可以创建包括通信系统物理层和数据链路层、动力学系统、控制系统、数字信号处理系统、电力系统、生物系统和金融系统等的仿真模型，应用非常广泛。本章详细介绍了SIMULINK的各个应用模块的使用，连续系统、离散系统、线性系统和非线性系统的SIMULINK建模过程以及SIMULINK应用实例。第第139页页/共共139页页第138页/共139页感谢您的观看！第139页/共139页