电机控制基于Simulink的仿真

电机控制课程设计： 电机控制课程设计：MATLAB/Simulink设计
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信号组合
在利用Simulink进行系统仿真时，在很多 进行系统仿真时， 在利用 进行系统仿真时 情况下，需要将系统中某些模块的输出信号（ 情况下，需要将系统中某些模块的输出信号（一 般为标量）组合成一个向量信号，并将得到的信 般为标量）组合成一个向量信号， 号作为另外一个模块的输入。 号作为另外一个模块的输入。
• 与MATLAB工具箱的集成 工具箱的集成
– 由于 由于Simulink可以直接利用 可以直接利用MATLAB的诸多资 可以直接利用 的诸多资 源与功能， 源与功能，因而用户可以直接在 Simulink下完 下完 成诸如数据分析、过程自动化、 成诸如数据分析、过程自动化、优化参数等工 作。
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电机控制课程设计
MATLAB/Simulink设计 MATLAB/Simulink设计
主讲： 主讲：段清明 仪器科学与电气工程学院
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1 Simulink简介
• Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真 是一个用来对动态系统进行建模、 是一个用来对动态系统进行建模 和分析的软件包。使用Simulink来建模、分析和 来建模、 和分析的软件包。使用 来建模 仿真各种动态系统(包括连续系统、离散系统和 包括连续系统 仿真各种动态系统 包括连续系统、离散系统和混 合系统)，将是一件非常轻松的事情。 合系统 ，将是一件非常轻松的事情。它提供了一 种图形化的交互环境， 种图形化的交互环境，只需用鼠标拖动的方法便 能迅速地建立起系统框图模型， 能迅速地建立起系统框图模型，甚至不需要编写 一行代码。 一行代码。 • 利用 利用Simulink进行系统的建模仿真，其最大的优 进行系统的建模仿真， 进行系统的建模仿真 点是易学、易用，并能依托MATLAB提供的丰富 点是易学、易用，并能依托 提供的丰富 的仿真资源。 的仿真资源。
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Simulink的部分专业模块库 的部分专业模块库
DSP Blockset Fixed-Point Blockset Power System Blockset Dials & Gauges Blockset Communications Blockset CDMA Reference Blockset CDMA Nonlinear Control Design Blockset Motorola DSP Developer’s Kit TI DSP Developer’s Kit 数字信号处理工具包 定点运算控制系统仿真工具包 电力电动系统工具包 交互图形和控制面板设计工具包 通讯系统工具包 CDMA通讯系统设计和分析工具包 通讯系统设计和分析工具包 非线性控制设计工具箱 Motorola DSP开发工具箱 开发工具箱 TI DSP开发工具箱 开发工具箱
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Simulink应用领域 应用领域
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2 Simulink启动及模型建立 启动及模型建立
Simulink的启动主要有以下两种方法： 的启动主要有以下两种方法： 的启动主要有以下两种方法
– 在MATLAB的命令窗口中输入 的命令窗口中输入simulink,结果 结果 的命令窗口中输入 是在桌面上出现一个Simulink Library 是在桌面上出现一个 Browser的窗口。 的窗口。 的窗口 – 单击 单击MATLAB主窗口的快捷按钮 ，打开 主窗口的快捷按钮 Simulink Library Browser窗口 。 窗口
• 设置合适的系统仿真参数以进行动态系统的仿真
– 在Simulation菜单的 菜单的Simulation parameters...子菜单 菜单的 子菜单 中进行设置， 中进行设置，如仿真时间等
• 运行仿真
– 单击系统模型编辑器上的 单击系统模型编辑器上的Play图标 黑色三角 或选择 图标(黑色三角 图标 黑色三角)或选择 Simulation菜单下的 菜单下的Start便可以对系统进行仿真分析。 便可以对系统进行仿真分析。 菜单下的 便可以对系统进行仿真分析 – 仿真结束后双击 仿真结束后双击Scope模块以显示系统仿真的输出结 模块以显示系统仿真的输出结 果
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相关操作： 相关操作：
• 模块库
– Sine Wave来自 来自sources; Gain来自 来自Math Operations； 来自 来自 ； Scope来自 来自Sinks 来自
• 连接方法
(1)拖动对应端口进行连接 (1)拖动对应端口进行连接 (2)单击起始模块后，按Ctrl键再单击目标模块 单击起始模块后， 单击起始模块后 键再单击目标模块
来自Signal Routing 来自 的Bus Creator
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3 Simulink模型仿真 模型仿真
• 系统模块参数设置与系统仿真参数设置
– 双击系统模块，打开系统模块的参数设置对话框。 双击系统模块，打开系统模块的参数设置对话框。 – 在参数设置对话框中设置合适的模块参数。 在参数设置对话框中设置合适的模块参数。
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Simulink公共模块库 公共模块库
• Simulink中最为基础、最为通用的模块库，它可以被应用 中最为基础、最为通用的模块库， 中最为基础 到不同的专业领域中。 到不同的专业领域中。 – 连续模块 连续模块continuous、非连续模块 、非连续模块discontinuous – 离散模块 离散模块discrete、查找表模块 、查找表模块Look-up Table – 数学运算 数学运算Math Operations – 模型验证模块 模型验证模块Model Verification – 模型扩充工具 模型扩充工具Model-Wide Utilities – 端口和子系统模块 端口和子系统模块Ports & Subsystems、 、 – 信号属性模块 信号属性模块Signal Attributes – 信号路由模块 信号路由模块Signal Routing、接收模块 、接收模块Sinks – 输入模块 输入模块Sources – 用户自定义函数模块 用户自定义函数模块User-Defined Functions
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依次表示新建、 依次表示新建、打开 系统模型文件
依次表示新建、打开与 依次表示新建、 保存系统模型文件
启动Simulink，建立系统模型的基本操作 ， 启动
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对Simulink库浏览器的基本操作有： 库浏览器的基本操作有： 库浏览器的基本操作有
(1) 使用鼠标左键单击系统模块库，如果模块库为多层结构， 使用鼠标左键单击系统模块库，如果模块库为多层结构， 号载入库。 则单击“ 号载入库 则单击“+”号载入库。 (2) 使用鼠标右键单击系统模块库，可在单独的窗口打开库。 使用鼠标右键单击系统模块库，可在单独的窗口打开库 打开库。 (3) 使用鼠标左键单击系统模块，在模块描述栏中显示此模块 使用鼠标左键单击系统模块，在模块描述栏中显示此模块 的描述。 的描述。 (4) 使用鼠标右键单击系统模块，可以得到：系统模块的帮助 使用鼠标右键单击系统模块，可以得到： 信息; 将系统模块插入到系统模型中; 信息 将系统模块插入到系统模型中 查看系统模块的参数 设置; 以及回到系统模块的上一层库 回到系统模块的上一层库。 设置 以及回到系统模块的上一层库。 此外还可以进行以下操作： 此外还可以进行以下操作： (1) 使用鼠标左键选择并拖动系统模块，并将其拷贝到 使用鼠标左键选择并拖动系统模块， 系统模型中。 系统模型中。 (2) 在模块搜索栏中搜索所需的系统模块。 在模块搜索栏中搜索所需的系统模块。
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Simulink的模块库 的模块库
• Simulink的模块库能够对系统模块进行有效的管理与组织 的模块库能够对系统模块进行有效的管理与组织 可以直接将模块库中的模块拖动或者拷贝到用户的系统模 型中以构建动态系统模型。 型中以构建动态系统模型。
模块搜索 模块描述
系统模块 系统模块库
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• 提供了仿真库的扩充和定制机制
– Simulink的开放式结构允许用户扩展仿真环境 的开放式结构允许用户扩展仿真环境 的功能：采用MATLAB、FORTRAN和C代码 的功能：采用 、 和 代码 生成自定义模块库，并拥有自己的图标和界面。 生成自定义模块库，并拥有自己的图标和界面。
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• 例：简单系统的输入为一个正弦波信号，输出为 简单系统的输入为一个正弦波信号，
此正弦波信号与一个常数的乘积。 此正弦波信号与一个常数的乘积 。 要求建立系统 模型，并以图形方式输出系统运算结果。 模型，并以图形方式输出系统运算结果。 • 已知系统的数学描述为 系统输入： 系统输入： u(t)=sin t , t≥0 系统输出： 系统输出： y(t)=au(t), a≠0
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Simulink模型窗口的建立 模型窗口的建立
中打开一个空白的模型窗口的方法： 在Simulink中打开一个空白的模型窗口的方法： 中打开一个空白的模型窗口的方法
• 选中 选中Simulink菜单系统中的 菜单系统中的File | New | Model菜单项后， 菜单项后， 菜单系统中的 菜单项后 会生成一个Simulink窗口； 窗口； 会生成一个 窗口 • 单击 单击Simulink工具栏中的“新建模型”图标； 工具栏中的“ 工具栏中的 新建模型”图标； • 在MATLAB的命令窗口中选择 的命令窗口中选择File | New | New Model菜 的命令窗口中选择 菜 单项； 单项；
• 模块复制
– 传统方式 传统方式Ctrl+C/Ctrl+V、或Ctrl键再拖动模块 、 键再拖动模块
• 模块插入
– 对于单输入单输出模块，只需将这个模块移到线上就 对于单输入单输出模块， 可以自动连接。 可以自动连接。
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连线操作
• 连线分支
– 使用鼠标右键单击需要分支的信号连线（光标 使用鼠标右键单击需要分支的信号连线（ 变成“ ），然后拖动到目标模块。 ），然后拖动到目标模块 变成“+”），然后拖动到目标模块。
• 使用鼠标左键单击并拖动以改变信号连线 的路径。 的路径。 • 按下 按下Shift键的同时，在信号连线上单击鼠 键的同时， 键的同时 标左键并拖动，可以生成新的节点。 标左键并拖动，可以生成新的节点。 • 在节点上使用鼠标左键单击并拖动，可以 在节点上使用鼠标左键单击并拖动， 改变信号连线路径。 改变信号连线路径。