机电一体化技术-42-机电一体化系统的仿真课件.ppt

1、第第4 4章章 机电一体化系统的机电一体化系统的仿真仿真一、Simulink与系统仿真SimulinkSimulink的产生 1990年MathWorks（美国迈斯沃克公司）公司为MATLAB增加了用于建立系统框图和仿真的环境，1992年公司将该软件改名为SIMULINK。Simulink=“Simu”+“Link”，计算机仿真 连接 （computer simulation）Simulink可以构建复杂的系统模型，并提供可视化的仿真环境。操作方法快捷简便，而使其成为目前最受欢迎的仿真软件。（1）通信系统物理层和数据链路层；（2）动力学系统；（3）控制系统；（4）数字信号处理系统；（5）电力系

2、统；（6）生物系统；（7）金融系统等。SimulinkSimulink应用领域，应用领域，可以搭建：二、Simulink的使用1.Simulink1.Simulink的启动(1)在MATLAB的命令窗口直接键入simulink。(2)工具栏上的Simulink模块库浏览器命令按钮(3)File菜单中选择New菜单项下的Model命令2.Simulink2.Simulink的退出 关闭所有模型窗口和Simulink模块库窗口即可。启动和退出 Simulink建模与仿真 建模仿真的步骤：1.1.打开一个空白的编辑窗口；2.2.将模块库中模块复制到编辑窗口里，并依照给定的框图修改编辑窗口中模块的参数

3、；3.3.将各个模块按给定的框图连接起来；4.4.用菜单选择或命令窗口键入命令进行仿真分析，在仿真的同时，可以观察仿真结果，如果发现有不正确的地方，可以停止仿真，对参数进行修正；5.5.如果对结果满意，可以将模型保存。三、Simulink的基本模块1 1、SimulinkSimulink（系统仿真模块库）2 2、Communications BlocksetCommunications Blockset（通信模块库）3 3、DSP BlocksetDSP Blockset（数字信号处理模块库）4 4、Control System ToolboxControl System Toolbox（控制

4、系统模块库）Simulink模块库包含的子模块库（1 1）Commonly Used BlocksCommonly Used Blocks模块库，为仿真提供常用元件；（2 2）ContinuousContinuous模块库，为仿真提供连续系统；（3 3）DiscontinuousDiscontinuous模块库，非连续系统元件；（4 4）DiscreteDiscrete模块库，为仿真提供离散元件；（5 5）Logic and Bit OperationsLogic and Bit Operations模块库，提供逻辑运算和位运算的元 件；（6 6）Lookup TablesLookup Tab

5、les模块库，线形插值查表模块库；（7 7）Math OperationsMath Operations模块库，提供数学运算功能元件；（8 8）Model VerificationModel Verification模块库，模型验证库；（9 9）Model-Wide UtilitiesModel-Wide Utilities模块库；（1010）Ports and SubsystemsPorts and Subsystems模块库，端口和子系统；（1111）Signals AttributesSignals Attributes模块库，信号属性模块；（1212）Signals RoutingSi

6、gnals Routing模块库，提供用于输入、输出和控制的相关信 号及相关处理；（1313）SinksSinks模块库，为仿真提供输出设备元件；（1414）SourcesSources模块库，为仿真提供各种信号源；（1515）User-defined FunctionsUser-defined Functions模块库，用户自定义函数元件；（1616）Additional Math&DiscreteAdditional Math&Discrete模块库。功能模块的处理基本操作包括：1.1.选取模块2.2.复制与删除模块3.3.模块的参数和属性设置4.4.模块外形的调整5.5.模块名的处理6.

7、6.模块的连接7.7.在连线上反映信息四、设置仿真参数仿真参数对话框设置如下仿真参数：Solver（算法）Data Import/Export（数据输入输出）Diagnostics（诊断）Optimization（优化）Hardware Implementation（硬件工具）Model Referencing（模块引用）13 设置仿真参数141 1解题器（SolverSolver）选项（1 1）Simulation timeSimulation time组：设置仿真起止时间。（2 2）Solve optionsSolve options组：选择求解器，并为其指 定参数。变步长算法（Varia

8、ble-step）固定步长算法（Fixed-step）152 2数据输入输出选项（Data Data Import/ExportImport/Export）主要用来设置SimulinkSimulink与MATLABMATLAB工作空间交换数值的有关选项。Load from workspace（从工作空间载入数据）Save to workspace（将输出保存到工作空间）Save options（保存选项）。163诊断选项（Diagnostics）用于设置系统对仿真过程中，可能会出现一些非正常事件做出何种反应，有以下几种：None：不做任何反应。Warning：提出警告，但警告信息不影响程序的运

9、行。Error：提示错误，运行的程序停止。五、观察 Simulink的仿真结果观察仿真结果的方法有以下几种：1、将仿真结果信号输入到输出模块“Scope”示波器、“XY Graph”二维X-Y图形显示器与“Display”数字显示器中，直接查看。2、将仿真结果信号输入到“To Workspace”模块中，再用绘图命令在MATLAB命令窗口里绘制出图形。3、将仿真结果信号返回到MATLAB命令窗口里，再利用绘图命令绘制出图形。1718六、建模仿真实例连续系统连续系统基于微分方程的simulink仿真19（一）基于微分方程的simulink仿真 根据物理定理建立微分方程，并以此微分方程创建SIMU

10、LINK模型的完整步骤：仿真参数设置。微分方程的整理；模块的复制；信号线的构画；模块参数设置；示波器的调整；20211、新建模型窗2、模块库复制所需模块到空白模型窗 223、模块间信号线的连接 234、根据理论数学模型设置模块参数24改变输入口符号的求和模块参数设置窗口25实现初始位移0.05设置的设置窗265、仿真运行参数采用默认解算器“ode45”、默认“变步 长”和默认仿真终止时间10。6、把新建模型保存为exm070101.mdl。7、试运行。27坐标范围设置不当28对显示屏的纵坐标对显示屏的纵坐标范围进行设置范围进行设置298 8、据试运行结果，进行仿真参数的再设置。、据试运行结果，

11、进行仿真参数的再设置。303132仿真结果显示（二）基于传递函数的（二）基于传递函数的SIMULINK建模建模 所示的多环控制系统，（1）求系统传递函数)()()(sUsYsG （2）求该系统的单位阶跃响应。（1）建模的基本思路（2）构造“用于系统传递函数计算”的SIMULINK模型（3）A,B,C,D=linmod2(exm1);STF=tf(minreal(ss(A,B,C,D)Num,Den=tfdata(STF);Num:,Den:t0=(0:0.1:5);y,t=step(STF,t0);plot(t,y,LineWidth,3)grid onaxis(0,5,0,0.4)xlabel(t),ylabel(y)00.511.522.533.544.5500.050.10.150.20.250.30.350.4ty