Simulink-第一章-快速入门PPT推荐.ppt
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仿真系统数学模型是一种适合于在计算机上演算的模型。
仿真是以相似性原理、控制论、信息技术及相关领域的有关知识为基础,以计算机和各种专用物理设备为工具,借助系统模型对真实系统进行试验的一门综合性技术。
仿真的概念,仿真分类
(1)实物仿真:
又称物理仿真。
(2)数学仿真:
用数学语言表述一个系统,并编制程序在计算机上对实际系统进行研究的过程。
(3)半实物仿真:
数学物理仿真,计算机仿真:
在研究系统过程中根据相似性原理,利用计算机逼真模拟研究对象。
计算机仿真的三个基本要素系统、模型和计算机,2022年10月14日,Simulink第一章,7,仿真的作用:
1)优化系统设计2)系统故障再现,发现故障原因3)验证设计系统的正确性4)对系统或其子系统进行性能评价和分析5)训练系统操作员6)为管理决策和技术决策提供支持,计算机仿真的一般过程,1)描述仿真问题,明确仿真目的2)项目计划、方案设计与系统定义3)建立系统数学模型4)建立系统仿真数学模型5)试验6)仿真结果分析,2022年10月14日,Simulink第一章,9,Simulink简介,Simulink是一个用来对系统进行建模、仿真、和分析的软件包Simulink和MATLAB的无缝结合,使用户可以利用MATLAB的丰富资源,建立仿真模型,监控仿真过程,分析仿真结果。
2022年10月14日,Simulink第一章,10,Simulink的强大功能,1)交互式、图形化的建模的环境2)交互式的仿真环境3)专用模块库4)提供仿真库的扩充和定制机制5)与MATLAB工具箱的集成,2022年10月14日,Simulink第一章,11,Simulink具有以下特点,1)基于矩阵的数值运算2)高级编程语言3)图形与可视化4)工具箱提供面向具体应用领域的功能5)丰富的数据I/O工具6)提供与其他高级语言的接口7)支持多平台(PC/Macintosh/UNIX)8)开放与可扩展的体系结构,Simulink的应用领域,Simulink在以下工程领域有着广泛应用:
(1)通讯与卫星系统;
(2)航空航天系统;
(3)生物系统;
(4)船舶系统;
(5)汽车系统;
(6)金融系统;
1.1简单系统模型简单系统满足条件:
1)系统某一时刻的输出直接且唯一依赖于该时刻的输入量。
2)系统对同样的输入,其输出响应不随时间的变化而变化。
3)系统中不存在输入的状态量(微分项),第一章动态系统模型,y=Tx,x-输入变量,y-输出变量,T-表示任意一个系统,2022年10月14日,Simulink第一章,14,2022年10月14日,Simulink第一章,15,1.2离散系统的基本概念是指系统的输入与输出仅在离散的时间上取值,且离散的时间具有相同的时间间隔满足如下条件:
1)系统每隔固定的时间才更新一次。
2)系统的输出是当前的输入、以往的输入输出的某种函数。
3)离散系统具有离散的状态。
离散系统的数学描述y(n)=f(u(n)u(n-1);
y(n-1)y(n-2);
),2022年10月14日,Simulink第一章,16,例:
输出,2022年10月14日,Simulink第一章,17,线性离散系统,离散系统的描述y(n)=Tu(n),n=1,2,3,
(1)齐次性
(2)叠加性,线性离散系统同时满足齐次性与叠加性,2022年10月14日,Simulink第一章,18,线性离散系统的数学描述,一般的方式y(n)=f(u(n)u(n-1);
),采用差分方程描述状态更新方程:
系统输出方程:
2022年10月14日,Simulink第一章,19,线性离散系统的Simulink描述,1)滤波器模型;
2)传递函数模型;
3)零极点模型;
4)状态空间模型:
设系统的差分方程如下:
x(n+1)=Ax(n)+Bu(n);
y(n)=Cx(n)+Du(n)其中x(n),u(n),y(n)分别为状态变量、输入向量、输出向量。
A,B,C,D分别为变换矩阵。
在Simulink中,只需输入相应的变换矩阵。
2022年10月14日,Simulink第一章,20,1.3连续系统模型及表示,连续系统是指系统输出在时间上连续变化。
满足如下条件成为连续系统:
1)系统输出连续变化,变化的间隔为无穷小量2)存在系统输入或输出的微分项3)系统具有连续的状态,2022年10月14日,Simulink第一章,21,连续系统的数学描述一般描述:
微分方程形式描述:
线性连续系统:
同时满足齐次性和叠加性,2022年10月14日,Simulink第一章,22,线性连续系统的Simulink描述,1)传递函数模型描述2)零极点模型描述3)状态空间模型描述:
如果系统的状态空间表示为,则在Simulink中直接输入变换矩阵A,B,C,D即可。
2022年10月14日,Simulink第一章,23,1.4混合系统的数学描述,混合系统是由不同类型的系统共同构成。
一般是由系统各部分输入与输出间的数学方程共同描述。
2022年10月14日,Simulink第一章,24,第二章创建Simulink模型,启动Simulink并建立系统模型Simulink模块库简介与使用构建Simulink系统框图设计Simulink系统框图界面Simulink与MATLAB的接口使用Simulink进行简单的仿真,2022年10月14日,Simulink第一章,25,Simulink是基于MATLAB的图形化仿真环境之上的高性能的系统级仿真设计平台。
Simulink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。
Simulink采用MATLAB的计算引擎对动态系统在时域内求解。
计算引擎的主要功能如下:
(1)计算各动态系统中各个模块的输出
(2)传递信号到下一个系统模块,2022年10月14日,Simulink第一章,26,Simulink仿真原理,一个典型的Simulink模块包括,输入模块:
信号源模块状态模块:
被模拟的系统模块输出模块:
信号显示模块,以图形、文件格式显示。
2022年10月14日,Simulink第一章,27,2.1启动Simulink的两种方式,
(1)在MATLAB命令窗口直接输入simulink
(2)鼠标单击MATLAB工具栏中的Simulink按钮进入Simulink浏览器窗口,2022年10月14日,Simulink第一章,28,建立系统模型的几种方式
(1)单击Simulink主窗口下File菜单下的NewModel子菜单,创建新的系统模型。
(2)单击Simulink主窗口下Createanewmodel按钮。
(3)单击MATLAB主窗口中File菜单下的NewModel子菜单,2022年10月14日,Simulink第一章,29,2.2Simulink模块库简介与使用,Simulink公共模块库,ContinuousDiscreteMathOperationsPorts&
Subsystems端口与子系统SignalRouting信号安排Sinks系统输出模块库Sources系统输入模块库User-DefinedFunctions,2022年10月14日,Simulink第一章,30,Continuous,du/dt,Derivative微分模块,Integrator积分模块,State-Space线性状态空间模块,TransferFcn传递函数模块,Zero-Pole零极点传递函数模块,TransportDelay传输延迟模块,VariableTransportDelay可变传输延迟模块,2022年10月14日,Simulink第一章,31,DiscreteTransferFcn离散传递函数模块DiscreteZero-Pole离散零极点传递函数模块DiscreteFilter离散滤波器模块DiscreteStateSpace离散状态空间模块DiscreteTimeIntegrator离散时间积分模块First-OrderHold一阶保持器模块Zero-OrderHold零阶保持器模块UnitDelay单位延迟模块Memory记忆模块,Discrete离散模块库,2022年10月14日,Simulink第一章,32,Source系统输入模块库,Clock输出当前仿真时间Constant常数输入FromWorkspace从MATLAB工作空间输入数据FromFile从.mat文件中输入数据PulseGenerator输入脉冲信号RandomNumber输入服从高斯分布的随机信号Repeatingsequence输入周期信号SignalGenerator信号发生器SineWave正弦信号初始器Step阶跃信号,2022年10月14日,Simulink第一章,33,Sinks系统输出模块库,Disply以数值形式显示输入信号FloatingScope悬浮信号显示器Out1为子系统或模型提供输出端口Scope信号显示器StopSimulation当输入为零时停止仿真Terminator中断输出信号ToFile将仿真数据写入.mat文件ToWorkspace将仿真数据输出到MATLAB工作空间XYGraph使用MATAB图形显示数据,2022年10月14日,Simulink第一章,34,函数模块库,Fcn自定义函数模块MATLABFcnMATLAB函数模块S-FunctionS-函数模块,2022年10月14日,Simulink第一章,35,数学模块库,Sum求和模块Product乘法模块DotProduct矢量的点乘模块Gain增益模块MathFunction常用数学函数模块,2022年10月14日,Simulink第一章,36,2.3构建Simulink框图,系统输入系统输出,启动Simulink并新建一个系统模型,模块选择,
(1)输入模块库Source中的SineWave模块
(2)Math中的Gain信号增益模块(3)Sinks中的Scope示波器模块,图形方式显示,2022年10月14日,Simulink第一章,37,连接系统模块
(1)将光标指向起始块的输出端,此时光标变成“+”。
(2)单击鼠标左键并拖动到目标模块的输入端口,连接完成,2022年10月14日,Simulink第一章,38,系统模块参数设置与系统仿真参数设置,
(1)双击系统模块,打开系统模块的参数设置对话框
(2)设置合适的模块参数,运行仿真,单击系统模型编辑器上的Start图标(黑色三角),进行仿真,仿真结束后双击Scope模块显示系统仿真的输出结果,例子,创建模型步骤,从源模块库(Sources)中复制正弦波模块SineWave。
连续模块库(Continuous)复制积分模块Integrator。
输出显示模块库(Sinks)复制示波器模块Scope。
2022年10月14日,Simulink第一章,41,步骤三:
运行仿真,选择模型窗口菜单中的【SimulationStart】,仿真执行。
双击示波器模块,打开Scope窗口结果如图所示。
如果将
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- Simulink 第一章 快速 入门