matlab自学经典ppt8
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
提供图形化的交互环境；
图形化模型输入
① 鼠标拖动模块快速建立系统框图模型，非语言编程
② 提供按功能分类基本系统模块； ③ 知道模块功能及输入输出,无需知模块内部如何； ④ 通过调用和连接模块构建系统模型(存取.mdl)仿真与分析。
8.1.3 Simulink的特点
1. 易学易用的 图形化建模环境
下载matlab 2014b,Matlabr2009b百度云盘网址： http://pan.baidu.com/s/1bnJOpER
课件作业公邮：matlab_hit1@163.com，密码163com 大作业和课件在163信箱的文件中心
作业文件名字：专业+姓名+第几次
微信群matlabhit
第八章 Simulink仿真
① 命令窗口键入Simulink； ② 鼠标左键单击工具条上的按钮。
2. 模块库浏览器窗口(simulink library browser)
标题 菜单 搜索栏
工具栏
模 块 库 的 根 目 录
各类功能的模块库
模 块 库 的 子 目 录
3. 新建模型窗口
① 菜单【File】|【New】| 【Model】
两主要功能：Simu(仿真)和Link(系统连接),一
系列模块连接复杂系统模型;
仿真软件进入了模型化图形组态阶段，成为仿真 领域首选计算机环境.
8.1.2 simulink
动态系统的建模、仿真和分析的软件包； 动态系统：系统状态或规律随时间而变化的系统；
动态系统：连续系统、离散系统和混合系统；
② 模块库浏览器窗口选择【New】
Simulink的模型窗口的常用菜单
常用模块 非连续模块
连续模块 离散模块 查表模块 模型检测模块 端口和子系统模块
逻辑和位操作
数学模块 模型扩充模块 信号属性模块 接收模块 用户定义函数模块
信号线路模块
输入模块
附加数学与离散模块库
8.3.2 SIMULINK基础模块库 的常用建立仿真框图的模块库
线性函数模型
功能说明 信号经过一阶数值微分 连续动态系统最常用积分元件 是线性系统的时域描述，实现 数学方程描述的系统
传递函数模型
输入信号按给定时间做延时
输入信号按可变的时间做延时
建立预先指定零点、极点，用 延迟算子s表示的连续。
2. 非连续模块Discontinuous
名称 Backlash Coulomb&Viscous Friction Dead Zone Dead Zone Dynamic Hit Crossing Quantizer Rate Limiter Rate Limiter dynamic Relay Saturation Saturation Dynamic Wrap To Zero 功能说明 间隙非线性
Polynomial Product Product of Elements Real-Imag to Complex Reshape Rounding Function Sign Sine Wave Function Slider Gain Subtract Sum Sum of Elements Trigonometric Function Unary Minus Weighted Sample Time Math
非线性模块( Nonlinear )
库仑和黏度摩擦非线性 死区非线性 动态死区非线性 冲击非线性 量化非线性 静态限制信号的变化速率 动态限制信号的变化速率 滞环比较器,限制输出值某一范围内变化 饱和输出.让输出超过某一值时能够饱和 动态饱和输出 还零非线性
3. 离散模块Discrete
Difference Discrete Derivative Discrete Filter Discrete State-Space Discrete Transfer-Fcn Discrete Zero-Pole Discrete-time Integrator First-Order Hold Integer Delay Memory Tapped Delay Transfer Fcn First Order Transfer Fcn Lead or Lag Transfer Fcn Real Zero Unit Delay Weighted Moving Average Zero –Order Hold 差分环节 离散微分环节 离散滤波器 离散状态空间系统模型 离散传递函数模型 以零极点表示的离散传递函数模型 离散时间积分器 一阶保持器 整数被延迟 输出本模块上一步的输入值 延迟 离散一阶传递函数 传递函数 离散零点传递函数 一个采样周期的延迟 权值移动平均模型 零阶保持器
Math Function
Matrix Concatenation MinMax MinMax Running Resettable
取绝对值 加法 代数约束 赋值 偏移 由复数输入转为幅值和相角输出 由复数输入转为实部和虚部输出 除法 点乘运算 比例运算 由幅值和相角输入合成复数输出 包括指数函数、对数函数、求平方、 开根号等常用数学函数 矩阵级联 最值运算 最大最小值运算
框图模型
>> s=dsolve('D2x=-2*Dx-100*x') s =(C2*cos(3*11^(1/2)*t))/exp(t) + (C3*sin(3*11^(1/2)*t))/exp(t)
简例
输入正弦波信号u(t)=sin(t) ≥0，输出正弦波信号积分波形。
创建模型步骤
① 添加模块
源模块库（Sources）拖拉正弦波模块（Sine Wave）。 连续模块库（Continuous）拖拉积分模块（Integrator）。
多项式 乘运算 元素乘运算 由实部和虚部输入合成复数输出 取整 舍入函数 符号函数 正弦波函数 滑动增益 减法 求和运算 元素和运算 三角函数 一元减法 权值采样时间运算
7.模型检测模块Model Verification
名称 Assertion Check Discrete Gradient Check Dynamic Gap Check Dynamic Lower Bound Check Dynamic Range Check Dynamic Upper Bound Check Input Resolution Check Static Gap Check Static Lower Bound Check Static Range Check Static Upper Bound 功能说明 确定操作 检查离散梯度 检查动态偏差 检查动态下限 检查动态范围 检查动态上限 检查输入精度 检查静态偏差 检查静态下限 检查静态范围 检查静态上限
模型 类型 静态系统 动态系统 连续系统模型 离散系统模型
集中参数
数学 描述 代数方程
差分方程、 微分方程、 偏微分方程 离散状态方程 状态方程、 传递函数
分布参数
2．图形化模型与数学模型间的关系
系统三要素：输入、输出和状态， 数学模型体现状态随时间变化的数学函数关系，即 图形化模型体现了输入、输出和状态随时间变化的关系
1. 连续模块Continuous
名称 Derivative 输入信号微分 Integrator 输入信号积分 State-Space 状态方程模型 Transfer Fcn 传递函数模型 Transport Delay 传输延迟模块 Variable Transport Delay 可变传输延迟模块 Zero-Pole 零极点模块
检测非负上升沿
检测正上升沿 提取位 检测开区间 动态检测开区间 逻辑操作符 关系操作符 移位运算
5. 查找表模块 Lookup Table
名称 Cosine Direct Lookup Table (n-D) Interpolation(n-D) using PreLookup Lookup Table Lookup Table(2-D) Lookup Table(n-D) Lookup Table Dynamic PreLookup Index Search Sine 功能说明 余弦函数查询表 N个输入信号的查询表（直接匹配） N个输入信号的预插值
源自文库
2. 专用模块库多
3. 提供仿真库的 扩充和定制机制
开放式结构允许用户扩展仿真环境的功能; 用MATLAB、FORTRAN和C代码自定义模块库，并有 自己图标和界面，用户可以将使用FORTRAN和C编写
代码链接进来;
可购买使用第三方开发提供模块库进行高级系统设计、 仿真和分析
4. 与MATLAB 工具箱集成
(3) 输出模块：sinks
信号显示模块 图形方式、文件格式 。
注意事项：
① 设计模型必须先确定三部分含义及之间联系；
② 仿真模型并非完全含三部分，可缺少一二； ③ 状态模块是连续的、离散的，或二者的结合。
8.3 SIMULINK的模块库
8.3.1 启动simulink模块库浏览器窗口 1. 启动2种方式：
输出显示模块库（Sinks）拖拉示波器模块（Scope）
② 连接模块 ③ 运行仿真 双击示波器模块，打开Scope窗口。 双击菜单的【Simulation>Start】执行仿真
2013 年硕士学位论文
鲁金直
异构仿真系统联合仿真技术研究 及在航空领域的应用
飞机机电一体化产品 机械、液压、控制、电子等不同子系统构成复杂工程系统
输入信号的查询表（线性峰值匹配） 两维输入信号的查询表（线性峰值匹配） N维输入信号的查询表（线性峰值匹配） 动态查询表 预查询索引搜索 正弦函数查询表
6. 数学模块Math Operations
Abs Add Algebraic Constraint Assignment Bias Complex to Magnitude-Angle Complex to Real-Imag Divide Dot Product Gain Magnitude-Angle to Complex
供油系统
飞机机电一体化系统结构图
起落架系统 燃油系统
多领域联合仿真 例
Simulink 联合仿真模型
建模即是把真实系统抽象化的过程
8.1 SIMULINK 概况 8.1.1 Simulink的起源
1990年Math Works提供新控制系统图形化模型与 仿真工具，命名SIMULAB；
1992年更名SIMULINK，因与当时SIMULA类似；
输入u 状态变量x 输出y
数学上两种关系等价，则图形化模型可代替数学模型.
3. Simulink仿真系统
输入(Input)、状态(states)和输出(Output) (1) 输入模块：sources
信号源模块 数字信号源和用户自定义信号；
(2) 状态模块：
被模拟的系统模块 系统建模的核心和主要部分；
4.逻辑和位操作模块Logic and Bit Operations
Bit Clear Bit Set Bitwise Operator Combinatorial Logic Compare To Constant Compare To Zero Detect Change Detect Decrease Detect Fall Negative Detect Fall Nonpositive Detect Increase Detect Rise Nonnegative Detect Rise Positive Extract Bits Interval Test Interval Test Dynamic Logical Operator Relational Operator Shift Arithmetic 位清零 位置位 逐位操作 组合逻辑 和常量比较 和零比较 检测跳变 检测递减 检测负下降沿 检测非负下降沿 检测递增
用户直接在simulink下利用matlab诸多资源与功能 完成数据分析、过程自动化、优化参数等； 工具箱提供高级设计和分析可用于仿真中。
5. 能数学描述动态系统都可模仿真分析
SIMULINK应用
8.2 Simulink的动态系统仿真原理
动态模型：描述系统状态变化过程数学模型； （系统各量之间随时间变化）； 1.数学类型分类 静态模型：平衡状态下系统特征值间关系 （系统各量之间不随时间的变化）
图形化模型输入
① 鼠标拖动模块快速建立系统框图模型，非语言编程
② 提供按功能分类基本系统模块； ③ 知道模块功能及输入输出,无需知模块内部如何； ④ 通过调用和连接模块构建系统模型(存取.mdl)仿真与分析。
8.1.3 Simulink的特点
1. 易学易用的 图形化建模环境
下载matlab 2014b,Matlabr2009b百度云盘网址： http://pan.baidu.com/s/1bnJOpER
课件作业公邮：matlab_hit1@163.com，密码163com 大作业和课件在163信箱的文件中心
作业文件名字：专业+姓名+第几次
微信群matlabhit
第八章 Simulink仿真
① 命令窗口键入Simulink； ② 鼠标左键单击工具条上的按钮。
2. 模块库浏览器窗口(simulink library browser)
标题 菜单 搜索栏
工具栏
模 块 库 的 根 目 录
各类功能的模块库
模 块 库 的 子 目 录
3. 新建模型窗口
① 菜单【File】|【New】| 【Model】
两主要功能：Simu(仿真)和Link(系统连接),一
系列模块连接复杂系统模型;
仿真软件进入了模型化图形组态阶段，成为仿真 领域首选计算机环境.
8.1.2 simulink
动态系统的建模、仿真和分析的软件包； 动态系统：系统状态或规律随时间而变化的系统；
动态系统：连续系统、离散系统和混合系统；
② 模块库浏览器窗口选择【New】
Simulink的模型窗口的常用菜单
常用模块 非连续模块
连续模块 离散模块 查表模块 模型检测模块 端口和子系统模块
逻辑和位操作
数学模块 模型扩充模块 信号属性模块 接收模块 用户定义函数模块
信号线路模块
输入模块
附加数学与离散模块库
8.3.2 SIMULINK基础模块库 的常用建立仿真框图的模块库
线性函数模型
功能说明 信号经过一阶数值微分 连续动态系统最常用积分元件 是线性系统的时域描述，实现 数学方程描述的系统
传递函数模型
输入信号按给定时间做延时
输入信号按可变的时间做延时
建立预先指定零点、极点，用 延迟算子s表示的连续。
2. 非连续模块Discontinuous
名称 Backlash Coulomb&Viscous Friction Dead Zone Dead Zone Dynamic Hit Crossing Quantizer Rate Limiter Rate Limiter dynamic Relay Saturation Saturation Dynamic Wrap To Zero 功能说明 间隙非线性
Polynomial Product Product of Elements Real-Imag to Complex Reshape Rounding Function Sign Sine Wave Function Slider Gain Subtract Sum Sum of Elements Trigonometric Function Unary Minus Weighted Sample Time Math
非线性模块( Nonlinear )
库仑和黏度摩擦非线性 死区非线性 动态死区非线性 冲击非线性 量化非线性 静态限制信号的变化速率 动态限制信号的变化速率 滞环比较器,限制输出值某一范围内变化 饱和输出.让输出超过某一值时能够饱和 动态饱和输出 还零非线性
3. 离散模块Discrete
Difference Discrete Derivative Discrete Filter Discrete State-Space Discrete Transfer-Fcn Discrete Zero-Pole Discrete-time Integrator First-Order Hold Integer Delay Memory Tapped Delay Transfer Fcn First Order Transfer Fcn Lead or Lag Transfer Fcn Real Zero Unit Delay Weighted Moving Average Zero –Order Hold 差分环节 离散微分环节 离散滤波器 离散状态空间系统模型 离散传递函数模型 以零极点表示的离散传递函数模型 离散时间积分器 一阶保持器 整数被延迟 输出本模块上一步的输入值 延迟 离散一阶传递函数 传递函数 离散零点传递函数 一个采样周期的延迟 权值移动平均模型 零阶保持器
Math Function
Matrix Concatenation MinMax MinMax Running Resettable
取绝对值 加法 代数约束 赋值 偏移 由复数输入转为幅值和相角输出 由复数输入转为实部和虚部输出 除法 点乘运算 比例运算 由幅值和相角输入合成复数输出 包括指数函数、对数函数、求平方、 开根号等常用数学函数 矩阵级联 最值运算 最大最小值运算
框图模型
>> s=dsolve('D2x=-2*Dx-100*x') s =(C2*cos(3*11^(1/2)*t))/exp(t) + (C3*sin(3*11^(1/2)*t))/exp(t)
简例
输入正弦波信号u(t)=sin(t) ≥0，输出正弦波信号积分波形。
创建模型步骤
① 添加模块
源模块库（Sources）拖拉正弦波模块（Sine Wave）。 连续模块库（Continuous）拖拉积分模块（Integrator）。
多项式 乘运算 元素乘运算 由实部和虚部输入合成复数输出 取整 舍入函数 符号函数 正弦波函数 滑动增益 减法 求和运算 元素和运算 三角函数 一元减法 权值采样时间运算
7.模型检测模块Model Verification
名称 Assertion Check Discrete Gradient Check Dynamic Gap Check Dynamic Lower Bound Check Dynamic Range Check Dynamic Upper Bound Check Input Resolution Check Static Gap Check Static Lower Bound Check Static Range Check Static Upper Bound 功能说明 确定操作 检查离散梯度 检查动态偏差 检查动态下限 检查动态范围 检查动态上限 检查输入精度 检查静态偏差 检查静态下限 检查静态范围 检查静态上限
模型 类型 静态系统 动态系统 连续系统模型 离散系统模型
集中参数
数学 描述 代数方程
差分方程、 微分方程、 偏微分方程 离散状态方程 状态方程、 传递函数
分布参数
2．图形化模型与数学模型间的关系
系统三要素：输入、输出和状态， 数学模型体现状态随时间变化的数学函数关系，即 图形化模型体现了输入、输出和状态随时间变化的关系
1. 连续模块Continuous
名称 Derivative 输入信号微分 Integrator 输入信号积分 State-Space 状态方程模型 Transfer Fcn 传递函数模型 Transport Delay 传输延迟模块 Variable Transport Delay 可变传输延迟模块 Zero-Pole 零极点模块
检测非负上升沿
检测正上升沿 提取位 检测开区间 动态检测开区间 逻辑操作符 关系操作符 移位运算
5. 查找表模块 Lookup Table
名称 Cosine Direct Lookup Table (n-D) Interpolation(n-D) using PreLookup Lookup Table Lookup Table(2-D) Lookup Table(n-D) Lookup Table Dynamic PreLookup Index Search Sine 功能说明 余弦函数查询表 N个输入信号的查询表（直接匹配） N个输入信号的预插值
源自文库
2. 专用模块库多
3. 提供仿真库的 扩充和定制机制
开放式结构允许用户扩展仿真环境的功能; 用MATLAB、FORTRAN和C代码自定义模块库，并有 自己图标和界面，用户可以将使用FORTRAN和C编写
代码链接进来;
可购买使用第三方开发提供模块库进行高级系统设计、 仿真和分析
4. 与MATLAB 工具箱集成
(3) 输出模块：sinks
信号显示模块 图形方式、文件格式 。
注意事项：
① 设计模型必须先确定三部分含义及之间联系；
② 仿真模型并非完全含三部分，可缺少一二； ③ 状态模块是连续的、离散的，或二者的结合。
8.3 SIMULINK的模块库
8.3.1 启动simulink模块库浏览器窗口 1. 启动2种方式：
输出显示模块库（Sinks）拖拉示波器模块（Scope）
② 连接模块 ③ 运行仿真 双击示波器模块，打开Scope窗口。 双击菜单的【Simulation>Start】执行仿真
2013 年硕士学位论文
鲁金直
异构仿真系统联合仿真技术研究 及在航空领域的应用
飞机机电一体化产品 机械、液压、控制、电子等不同子系统构成复杂工程系统
输入信号的查询表（线性峰值匹配） 两维输入信号的查询表（线性峰值匹配） N维输入信号的查询表（线性峰值匹配） 动态查询表 预查询索引搜索 正弦函数查询表
6. 数学模块Math Operations
Abs Add Algebraic Constraint Assignment Bias Complex to Magnitude-Angle Complex to Real-Imag Divide Dot Product Gain Magnitude-Angle to Complex
供油系统
飞机机电一体化系统结构图
起落架系统 燃油系统
多领域联合仿真 例
Simulink 联合仿真模型
建模即是把真实系统抽象化的过程
8.1 SIMULINK 概况 8.1.1 Simulink的起源
1990年Math Works提供新控制系统图形化模型与 仿真工具，命名SIMULAB；
1992年更名SIMULINK，因与当时SIMULA类似；
输入u 状态变量x 输出y
数学上两种关系等价，则图形化模型可代替数学模型.
3. Simulink仿真系统
输入(Input)、状态(states)和输出(Output) (1) 输入模块：sources
信号源模块 数字信号源和用户自定义信号；
(2) 状态模块：
被模拟的系统模块 系统建模的核心和主要部分；
4.逻辑和位操作模块Logic and Bit Operations
Bit Clear Bit Set Bitwise Operator Combinatorial Logic Compare To Constant Compare To Zero Detect Change Detect Decrease Detect Fall Negative Detect Fall Nonpositive Detect Increase Detect Rise Nonnegative Detect Rise Positive Extract Bits Interval Test Interval Test Dynamic Logical Operator Relational Operator Shift Arithmetic 位清零 位置位 逐位操作 组合逻辑 和常量比较 和零比较 检测跳变 检测递减 检测负下降沿 检测非负下降沿 检测递增
用户直接在simulink下利用matlab诸多资源与功能 完成数据分析、过程自动化、优化参数等； 工具箱提供高级设计和分析可用于仿真中。
5. 能数学描述动态系统都可模仿真分析
SIMULINK应用
8.2 Simulink的动态系统仿真原理
动态模型：描述系统状态变化过程数学模型； （系统各量之间随时间变化）； 1.数学类型分类 静态模型：平衡状态下系统特征值间关系 （系统各量之间不随时间的变化）