动态系统仿真-Simulink.ppt

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1、2023/9/24,动态系统仿真Simulink,主讲人：鲍文,退出,在此幻灯片插入公司的徽标从“插入”菜单选择图片找到徽标文件单击“确定”重新设置徽标大小单击徽标内任意位置。徽标外部出现的方框是“调整控点”使用这些重新设置对象大小如果在使用尺寸调整控点前按下 shift 键，则对象改变大小但维持原比例。,Matlab及其应用 讲座之五,2023/9/24,目录,发展历史基本使用模型介绍数值仿真高级分析例题,退出,主菜单,2023/9/24,一、发展历史,1、动态系统仿真 CSCAD(E)80年代前：自己编程序，C/FORTRAN 90年代后：集成仿真环境 VisSim SimuLink 2、

2、SimuLink发展 1990年出现，叫SimuLab 1992年改名为SimuLink1.0+3.5 1999年SimuLink 3.0+5.3 OO,2023/9/24,二、基本使用,1、Simulink的启动 1).命令窗口中键入simulink 2).file菜单中选择new命令的model 3).工具栏中，按按钮 4).模型窗口file菜单选择new命令的model,2023/9/24,2.仿真一个简单的模型,仿真一个温度计放入水中，显示的变化。1）仿真建立模型：惯性环节 1/(Ts+1)T=10s2）搭建这个模型：使用simulink3）开始仿真：a.开始/结束时间 b.仿真方法4

3、）看看显示/修改模型参数,2023/9/24,3.基本操作,1）选择(多个)/复制模型 2）连线/移动3）修改模型参数 4）模型名字修改5）旋转模型 6）保存文件7）打印,2023/9/24,三、模型介绍,只介绍一些经典模块1、数据源部分：A常数模块 B阶跃模块B信号发生器 只接受输入的数字，不接受变量D时钟输出仿真中的当前时间，以秒为单位。在记录数据序列中需要这个模块。,2023/9/24,E 从文件读数,至少有两行，单调递增的时间，其它行为对应数据。文本文件或mat文件。对数据文件没有描述的时间，采用线性插值的方法得到中间数据。使用这个模块可以设定任意的输入曲线，对测试试验数据十分有用。需

4、要注意输入输入不能过于稀少，免得导致仿真的精度降低。,2023/9/24,F 从工作空间读数,这个模块从工作空间中读取数据，数据源至少有两列，第一列为单调递增的时间，其它列为对应的数据。这个模块的其它特性和from file一样。它常用于在MATLAB工作空间处理完数据后，读入SIMULINK中。,2023/9/24,2、连接,a)聚合一般用在显示、保存或者状态空间系统的输入中。b)分离一般用在处理从文件、工作空间读入数据或者状态控制系统的输出分解。c)子系统,2023/9/24,3、显示部分,1）示波器 示波器中可以同时显示多个曲线2）输出到文件3）输出到工作空间4）数字显示5）XY图,20

5、23/9/24,6）、高级显示,A）Extras中的增强显示 谱分析/相关分析B）DSP模块 作FFT显示,2023/9/24,4、线性系统,1）增益输出为输入与增益的乘积。2）加法对输入作求和（差）操作，输入可以使两个或者多个。操作使用+-+-系统给出。3)传递函数分子分母多项式形式。分母的阶次必须大于分子的阶次，初始值条件为0。,2023/9/24,4）积分可以设定初始条件。5）状态空间a、b、c、d形式，可以给出初值。6）扩展a、PID b、可设定初值的传函,2023/9/24,5、非线性系统,1）常见非线性2）MATLAB函数或表达式。它由一个表量或者向量输入，下面的表达式是有效的：s

6、in、u(1)/u(2)。,2023/9/24,3)Fcn:函数对输入进行符合c语言规范的数学表达式处理。模块输入为u。它使用的函数比较少。它可以进行如sin(u1)之类的计算。4)保存一步memory,2023/9/24,6、离散系统,1）零阶保持器。模拟A/D转换器。2）一阶保持器。3）离散积分器，实现离散的欧拉积分。4）离散传递函数和离散状态空间模型（初值）5）延迟：输入信号做单位延时并保持一个采样周期。没有延迟采保，使用零阶保持器，大于一个单位的延迟功能，采用Discrete Transfer FCN模块。,2023/9/24,7、扩展的模块,1）NCD模块：非线性控制系统设计。例子2

7、）模糊3）神经元网络4）电力系统5）其它：系统辨识、通讯例子：计算峰峰值 y=sqrt(x).*sin(x).2,2023/9/24,8.子系统的建立,1）为什么建立子系统 a 减少模块数 b 有利于调试 c 对大系统/复杂系统有利2）建立方法 a Subsystem b Group命令3）输入输出 a in/out b 更名,2023/9/24,9、注意,1）大部分模块可连接向量、可改方向2）连续系统和离散系统可以共同使用3）少用matlab FCN4）模块可以使用mask产生：iconedit5）初始化数据:,2023/9/24,四、数值仿真,1、仿真方法1）定步长仿真：1，2，3，4，5

8、 仿真步长的选择：a 稳定性：最小时间常数的一半 b 精度：更小一些 随机特性/非线性2）变步长仿真：缺省,2023/9/24,A Runge-Kutta(包含rk23、rk45)适合于高度非线性或不连续系统，不适合刚性系统；B Adams方法:非线性小、时间常数变化小C stiff方法是专门用于刚性系统仿真D Euler方法比较差，尽量避免使用E Linsim方法适合于接近线性的系统，对线性刚性系统有很大的优越性。,2023/9/24,2、步长控制,1）容许误差越大，仿真的精度越低。一般容许误差应当在0.1到1e-6之间。2）最大步长足够小，则仿真的精确度比较好，最大步长比较大，可能出现不稳

9、定。3）仿真的最小步长，是仿真开始的步长。设置的过小，如系统不连续，在不连续处容易产生过多的点，会超出可用内存和资源；如果最小步长过大，导致结果不精确。,2023/9/24,五、高级分析,1、模型线性化函数linmod、dlinmod进行模型的线性化。a,b,c,d=linmod(sfun,x,u)注意：1）SIMULINK模型的输入输出必须使用Connectios库中的Inport和Output模块来定义，Signal Generator 和Scope不可以作为系统的输入输出。2）函数的sfun参数必不可少，它是SIMULINK模型的名字；,2023/9/24,3）可使用x,u来设定系统的状

10、态和输入工作点，缺省值全为零。4）MATLAB还提供了一个linmod2函数，它比linmod要精确一些，但运行时间更长。一旦得到了系统状态空间形式描述的模型，就可以进一步的进行系统分析，如画Bode图，做阶跃响应，判断稳定性，还可以进行控制系统设计。,2023/9/24,2、平衡点确定,使用trim函数可以确定平衡点。它的调用格式为：x,u,y,dx=trim(sfun,x0,u0,y0)其中sfun为模型文件名，x0为初始猜测假设，u0、y0为输入和输出值。MATLAB通过寻优的方式寻找最佳平衡点，多次使用不同的初值寻找平衡点是有必要的。,2023/9/24,3、命令行仿真,T,X,Y1,

11、.,Yn=sim(model,TIMESPAN,OPTIONS,UT)其中：TimeSpan:TStart OutputTimes TFinal,2023/9/24,注意问题,1、内存、cpu2、递阶结构：子结构 少用汉字3、代数环：仿真速度减慢.条件:前馈中有：a Gain b 大部分非线性 c 传函的分子分母同阶 d 状态空间，d=0 解决：a插入memory b 加入高频传递,2023/9/24,其它方面,1、自主模块：可使用s-func,c/fortran2、与其他toolbox联合使用3、报警的处理:warning 4、simulink动画,2023/9/24,安装一个网络上来的工具箱,1、寻找工具箱2、下载3、安装：解包、复制、增加路径4、测试5、做一些修改例子：ansim,2023/9/24,实时仿真,一、前言实时仿真的意义：控制硬件、半实物仿真实时仿真必然能够超实时仿真。实时工具箱的要求：1）C编译器 2）Simulink功能：1）实时程序(DOS)、C程序 2）windows下的加速仿真,2023/9/24,二编译过程,2023/9/24,