simulink动态系统建模仿真_第1章ppt课件
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《SIMULINK仿真基础》课件
《SIMULINK仿真基础》 PPT课件
SIMULINK仿真基础课程介绍，通过深入浅出的方式帮助学员掌握SIMULINK 的基本知识和仿真实践技巧。
课程大纲
SIMULINK基础知识
SIMULINK简介、软件界面介绍、模型的创 建方式、模型的保存和加载。
仿真方法与技巧
仿真参数设置、仿真停止方式、数据可视化 方法。
并实现控制和优化
项目仿真分析
学习仿真技巧，掌握仿真参数设置，能够 运用仿真进行系统分析、控制和优化。
通过实际案例学习，能够应用SIMULINK 进行电路、控制系统、机械系统和通信系 统的仿真分析。
模型建立流程
模型建立步骤、系统建模方法、模型参数设 置。
仿真应用案例
电路仿真实例、控制系统仿真实例、机械系 统仿真实例、通信系统仿真实例。
目标学员
1 工程师
具备一定仿真基础，希望深入学习SIMULINK并应用于实际工程项目的工程师。
2 科研人员
希望运用仿真技术进行科研工作的科研人员。
3 学生
对仿真技术和工程应用感兴趣的学生，尤其是自动化握SIMULINK的基础知识
2 熟练掌握SIMULINK模型建立流程
了解SIMULINK的特点、功能和基本操作， 掌握基本的建模方法。
学习模型建立的基本步骤，了解不同系统 的建模方法，并掌握模型参数设置。
3 能够运用SIMULINK进行仿真分析， 4 能够应用SIMULINK完成实际工程
SIMULINK仿真基础课程介绍，通过深入浅出的方式帮助学员掌握SIMULINK 的基本知识和仿真实践技巧。
课程大纲
SIMULINK基础知识
SIMULINK简介、软件界面介绍、模型的创 建方式、模型的保存和加载。
仿真方法与技巧
仿真参数设置、仿真停止方式、数据可视化 方法。
并实现控制和优化
项目仿真分析
学习仿真技巧，掌握仿真参数设置，能够 运用仿真进行系统分析、控制和优化。
通过实际案例学习，能够应用SIMULINK 进行电路、控制系统、机械系统和通信系 统的仿真分析。
模型建立流程
模型建立步骤、系统建模方法、模型参数设 置。
仿真应用案例
电路仿真实例、控制系统仿真实例、机械系 统仿真实例、通信系统仿真实例。
目标学员
1 工程师
具备一定仿真基础，希望深入学习SIMULINK并应用于实际工程项目的工程师。
2 科研人员
希望运用仿真技术进行科研工作的科研人员。
3 学生
对仿真技术和工程应用感兴趣的学生，尤其是自动化握SIMULINK的基础知识
2 熟练掌握SIMULINK模型建立流程
了解SIMULINK的特点、功能和基本操作， 掌握基本的建模方法。
学习模型建立的基本步骤，了解不同系统 的建模方法，并掌握模型参数设置。
3 能够运用SIMULINK进行仿真分析， 4 能够应用SIMULINK完成实际工程
MATLABSimulink建模与仿真基础 ppt课件
第一部分 MATLAB软件平台及编 程
Simulink建模与仿真基础
MATLABSimulink建模与仿真基础
MATLABSimulink建模与仿真基础
MATLABSimulink建模与仿真基础
MATLABSimulink建模与仿真基础
MATLABSimulink建模与仿真基础
MATLABSimulink建模与仿真 基础
2、打开文件 打开仿真模型文件主要有以下几种方式：
★ 在Matlab命令窗口输入不加扩展名的文件名
★ 在Matlab命令窗口选择“File”“Open”
★ 在Simulink模块库浏览器窗口选择 “File”“Open”
★ 在Simulink模型窗口选择“File”“Open”
MATLABSimulink建模与仿真 基础
◆ 信号线分支：将光标指向信号线的分支点上，按 住鼠标右键，光标变为十字，拖动鼠标直到分支线 的终点，释放鼠标。
虚线，因为终端 没有连接到模块
◆ 信号线文本注释，在信号线中插入模块，略……
MATLABSimulink建模与仿真 基础
1、基本模块
Simulink 基本模块
Simulink模块库 包含各种功能模块，如：放大器、 微分器、积分器、各种信号源等。
MATLABSimulink建模与仿真 基础
Simulink模型的文件为MDL模型文件，扩展名 为.mdl，以ASCII码形式存储。
1、新建文件 新建仿真模型文件主要有以下几种方式：
★ 在Matlab命令窗口选择 “File”“New”“Model” ★ 在命令窗口运行simulink命令，在弹出的模块库 浏览器窗口中选择“File”“New”“Model” ★在Simulink模型窗口中选择 “File”“New”“Model”
Simulink建模与仿真基础
MATLABSimulink建模与仿真基础
MATLABSimulink建模与仿真基础
MATLABSimulink建模与仿真基础
MATLABSimulink建模与仿真基础
MATLABSimulink建模与仿真基础
MATLABSimulink建模与仿真 基础
2、打开文件 打开仿真模型文件主要有以下几种方式：
★ 在Matlab命令窗口输入不加扩展名的文件名
★ 在Matlab命令窗口选择“File”“Open”
★ 在Simulink模块库浏览器窗口选择 “File”“Open”
★ 在Simulink模型窗口选择“File”“Open”
MATLABSimulink建模与仿真 基础
◆ 信号线分支：将光标指向信号线的分支点上，按 住鼠标右键，光标变为十字，拖动鼠标直到分支线 的终点，释放鼠标。
虚线，因为终端 没有连接到模块
◆ 信号线文本注释，在信号线中插入模块，略……
MATLABSimulink建模与仿真 基础
1、基本模块
Simulink 基本模块
Simulink模块库 包含各种功能模块，如：放大器、 微分器、积分器、各种信号源等。
MATLABSimulink建模与仿真 基础
Simulink模型的文件为MDL模型文件，扩展名 为.mdl，以ASCII码形式存储。
1、新建文件 新建仿真模型文件主要有以下几种方式：
★ 在Matlab命令窗口选择 “File”“New”“Model” ★ 在命令窗口运行simulink命令，在弹出的模块库 浏览器窗口中选择“File”“New”“Model” ★在Simulink模型窗口中选择 “File”“New”“Model”
Simulink仿真基础 课件
▪ 5)改变大小：选中模块，对模块出现的4个黑色标记进行拖曳即可。 ▪ 6)模块命名：先用鼠标在需要更改的名称上单击一下，然后直接更改
即可。名称在功能模块上的位置也可以变换180度，可以用Format菜 单中的Flip Name来实现，也可以直接通过鼠标进行拖曳。Hide Name可以隐藏模块名称。 ▪ 7)颜色设定：Format菜单中的Foreground Color可以改变模块的前景 颜色，Background Color可以改变模块的背景颜色；而模型窗口的颜 色可以通过Screen Color来改变。
户设置仿真的开始和结束时间，选择解法器，说 明解法器参数及选择一些输出选项。Workspace I/O页，作用是管理模型从MATLAB工作空间的输 入和对它的输出。Diagnostics页，允许用户选择 Simulink在仿真中显示的警告信息的等级。
▪ 仿真结果保存与分析采用SCOPE模块和其 他的画图模块，在仿真进行的同时，就可 观看到仿真结果。除此之外，用户还可以 在改变参数后来迅速观看系统中发生的变 化情况。仿真的结果还可以存放到 MATLAB的工作空间里做事后处理。
Variable Transport Delay：输入信号延时一 个可变时间再输出
▪ 简单模型的建立
▪ （1）建立模型窗口
▪ （2）将功能模块由模块库窗口复制到模 型窗口
▪ （3）对模块进行连接，从而构成需要的 系统模型
▪ 模型的特点
▪ 在SIMULINK里提供了许多如Scope的接 收器模块，这使得用SIMULNK进行仿真具 有像做实验一般的图形化显示效果。
进行以下的基本操作。 ▪ 1)移动：选中模块，按住鼠标左键将其拖曳到所需的位置即可。若要脱离线
而移动，可按住shift键，再进行拖曳。 ▪ 2)复制：选中模块，然后按住鼠标右键进行拖曳即可复制同样的一个功能模
即可。名称在功能模块上的位置也可以变换180度，可以用Format菜 单中的Flip Name来实现，也可以直接通过鼠标进行拖曳。Hide Name可以隐藏模块名称。 ▪ 7)颜色设定：Format菜单中的Foreground Color可以改变模块的前景 颜色，Background Color可以改变模块的背景颜色；而模型窗口的颜 色可以通过Screen Color来改变。
户设置仿真的开始和结束时间，选择解法器，说 明解法器参数及选择一些输出选项。Workspace I/O页，作用是管理模型从MATLAB工作空间的输 入和对它的输出。Diagnostics页，允许用户选择 Simulink在仿真中显示的警告信息的等级。
▪ 仿真结果保存与分析采用SCOPE模块和其 他的画图模块，在仿真进行的同时，就可 观看到仿真结果。除此之外，用户还可以 在改变参数后来迅速观看系统中发生的变 化情况。仿真的结果还可以存放到 MATLAB的工作空间里做事后处理。
Variable Transport Delay：输入信号延时一 个可变时间再输出
▪ 简单模型的建立
▪ （1）建立模型窗口
▪ （2）将功能模块由模块库窗口复制到模 型窗口
▪ （3）对模块进行连接，从而构成需要的 系统模型
▪ 模型的特点
▪ 在SIMULINK里提供了许多如Scope的接 收器模块，这使得用SIMULNK进行仿真具 有像做实验一般的图形化显示效果。
进行以下的基本操作。 ▪ 1)移动：选中模块，按住鼠标左键将其拖曳到所需的位置即可。若要脱离线
而移动，可按住shift键，再进行拖曳。 ▪ 2)复制：选中模块，然后按住鼠标右键进行拖曳即可复制同样的一个功能模
simulink教程PPT课件
只要这两种关系在数学上是等价的，那么就可以图形化模型代替数学模型。
第32页/共187页
2．图形化模型的仿真过程
Simulink的仿真过程包括如下几个阶段： ➢ 模型编译阶段； ➢ 连接阶段； ➢ 仿真环阶段。
第33页/共187页
（1）模型编译阶段 Simulink引擎调用模型编译器，将模型编译成可执行文件。 编译器完成以下任务：
第16页/共187页
【Edit】菜单
第17页/共187页
3．【View】菜单
【View】菜单中部分主要选项的名称与功能如下表所示。
【View】菜单
第18页/共187页
第19页/共187页
4．【Simulation】菜单
【Simulation】菜单如下图所示。
第20页/共187页
【Simulation】菜单各选项的功能如下 ： ➢ 【Start】：开始运行仿真； ➢ 【Stop】：停止仿真； ➢ 【Configuration Parameters】：设置仿真参数和选择解法器； ➢ 【Normal】、【Accelerator】、【External】分别表示正常工作模式、加
1．图形化模型与数学模型间的关系 2．图形化模型的仿真过程
第30页/共187页
1．图形化模型与数学模型间的关系
现实中每个系统都有输入、输出和状态3个基本要素，以及它们之间随时间 变化的数学函数关系，即数学模型。
第31页/共187页
图形化模型也体现了输入、输出和状态间随时间变化的某种关系，如下图所 示。
续表
第70页/共187页
下表汇总了Simulink对直线进行操作的部分方法。
对直线进行操作
第71页/共187页
双击模块将会弹出【参数设置】对话框，如下图所示的增益模块，进而设置 参数值。
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2．图形化模型的仿真过程
Simulink的仿真过程包括如下几个阶段： ➢ 模型编译阶段； ➢ 连接阶段； ➢ 仿真环阶段。
第33页/共187页
（1）模型编译阶段 Simulink引擎调用模型编译器，将模型编译成可执行文件。 编译器完成以下任务：
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【Edit】菜单
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3．【View】菜单
【View】菜单中部分主要选项的名称与功能如下表所示。
【View】菜单
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4．【Simulation】菜单
【Simulation】菜单如下图所示。
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【Simulation】菜单各选项的功能如下 ： ➢ 【Start】：开始运行仿真； ➢ 【Stop】：停止仿真； ➢ 【Configuration Parameters】：设置仿真参数和选择解法器； ➢ 【Normal】、【Accelerator】、【External】分别表示正常工作模式、加
1．图形化模型与数学模型间的关系 2．图形化模型的仿真过程
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1．图形化模型与数学模型间的关系
现实中每个系统都有输入、输出和状态3个基本要素，以及它们之间随时间 变化的数学函数关系，即数学模型。
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图形化模型也体现了输入、输出和状态间随时间变化的某种关系，如下图所 示。
续表
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下表汇总了Simulink对直线进行操作的部分方法。
对直线进行操作
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双击模块将会弹出【参数设置】对话框，如下图所示的增益模块，进而设置 参数值。
《SIMULINK仿真》PPT课件
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（4）Discrete（离散系统模块库） 模块包括描述离散时间系统的模块，其中主要模块有： Difference（差分）； Discrete Derivative（离散微分）； Discrete Filter（离散滤波器）； Discrete State-Space（离散状态空间模型）； Discrete Transfer Fcn（离散传递函数）； Discrete Zero-Pole（以零极点表示的离散传递函数模型）； Discrete Time Integrator（离散时间积分器）； First-Order Hold（一阶采样和保持器） Integer Delay（整数延迟）； Zero-Order Hold（零阶采样和保持器）； Unit Delay（单位延迟）；
4.1.3 SIMULINK界面窗口介绍
SIMULINK模型创建窗口
Simulink的工作原理
• • • • • 仿真包括以下几个步骤。 （1）模型编译 （2）连接 （3）仿真执行 一般仿真模型都采用数值积分来仿真 的，相邻两个时间点的长度为步长，步长 的大小取决于求解器的类型。
4.1.4 SIMULINK的常用模块库
• • • • • • • • • •
（11）Sources（输入源模块库） Band-Limited White Noise（带宽限制的白噪声）； Clock（时钟信号）； Constant（常数信号）； Pulse Generator（脉冲发生器）； Repeating Sequence（重复序列信号）； Signal Generator（信号发生器）； Sine Wave（正弦波信号）； Random Number（随机数）； Step（阶跃波信号）；
《Simulink仿真》PPT课件
选中模块，模块四角将出现小方块；单击一个角上的小方块 并按住鼠标左键，拖曳鼠标到合理大小位置
单击模块，拖曳模块到合适的位置，松开鼠标按键
旋转模块
适应实际系统的方向，调 整整个模型的布置
方法1：选中模块，选择菜单命令[Diagram>Rotate &
Flip>Clockwise/Counterclockwise],模块&标签顺/逆时针旋转 90°；选择菜单命令[Diagram>Rotate & Flip>Flip Block]，
启动Simulink有如下3种方式：
在MATLAB的命令窗口直接键入 命令simulink；
用鼠标左键单击MATLAB工具条 上的按钮；
在MATLAB菜单上选择【File】| 【New】|【Model】选项
精选课件ppt
8
7.2.2 Simulink的工作环境
精选课件ppt
9
7.3 模型的创建
精选课件ppt
3
7.1 初识Simulink
典型的Simulink模型包括：
元素1：信号源（Source） 元素2：被模拟的系统模块 元素3：信号输出（Sink）
仿真步骤
建立系统仿真模型
包括添加模块、 设置模块参数、 进行模块连接等操作
设置仿真参数 启动仿真 分析仿真结果
精选课件ppt
discrete 针对非连续系统(离散系统)的特殊算法
ode5
采用 Dormand-Prince 的算法，即固定步长的 ode45 算法
ode4 固定
ode3 步长类
ode2 算法
ode1
采用固定步长的 4 阶 Runge-Kutta 算法 采用固定步长的 Bogacki-Shampine 算法 采用固定步长的 2 阶 Runge-Kutta 算法，也称 Heun 算法 固定步长的 Eular 算法
单击模块，拖曳模块到合适的位置，松开鼠标按键
旋转模块
适应实际系统的方向，调 整整个模型的布置
方法1：选中模块，选择菜单命令[Diagram>Rotate &
Flip>Clockwise/Counterclockwise],模块&标签顺/逆时针旋转 90°；选择菜单命令[Diagram>Rotate & Flip>Flip Block]，
启动Simulink有如下3种方式：
在MATLAB的命令窗口直接键入 命令simulink；
用鼠标左键单击MATLAB工具条 上的按钮；
在MATLAB菜单上选择【File】| 【New】|【Model】选项
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8
7.2.2 Simulink的工作环境
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9
7.3 模型的创建
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3
7.1 初识Simulink
典型的Simulink模型包括：
元素1：信号源（Source） 元素2：被模拟的系统模块 元素3：信号输出（Sink）
仿真步骤
建立系统仿真模型
包括添加模块、 设置模块参数、 进行模块连接等操作
设置仿真参数 启动仿真 分析仿真结果
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discrete 针对非连续系统(离散系统)的特殊算法
ode5
采用 Dormand-Prince 的算法，即固定步长的 ode45 算法
ode4 固定
ode3 步长类
ode2 算法
ode1
采用固定步长的 4 阶 Runge-Kutta 算法 采用固定步长的 Bogacki-Shampine 算法 采用固定步长的 2 阶 Runge-Kutta 算法，也称 Heun 算法 固定步长的 Eular 算法
动态系统Simulink建模与仿真PPT教案学习
✓ 量化模块（Quantizer）：用于输入信号的量化处理。
✓ 穿越值检测模块（Hit Crossing）：
✓ 库仑与黏性摩擦（Coulomb & Viscous Friction）:
✓ 返回零模块（Wrap to Zero）
在零值为不连续点，在其它 值为连续线性增益。
当输入信号值超过设定的极限值 （Threshold），输出信号返回到 零值。
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Model-Wide Utility， Ports & Subsystems(接口与子系统模块库)， Signal Attributes（信号属性模块库） Signal Routing（信号路由模块库） Sinks（输出模块库） Sources（信号源模块库） User-Defined Functions（用户自定义模块库） Additional Math & Discrete （附加数学和离散系统模块库）
第16页/共68页
将各子模块连接起来后，构成如图所示的系统模型
第17页/共68页
7.2.2 Simulink仿真模型参数设置
1.基本模块参数设置 在完成模块的信号线连接并建立起系统的Simulink仿真模型后，需要设置模块 的参数。在Simulink模型里，双击需要修改参数的模块，弹出参数设置对话框。
。 （3）单击MATLAB主窗口工具栏里的工具
图7-1 Simulink窗口界面
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2 Simulink模块库组件
Simulink7.1模块库共包 含16个 子模块 库，它 们是:
Commonly Used Blocks（常用模块库） Continuous（连续系统模块库） Discontinuous（非连续系统模块库） Discrete（离散系统模块库） Logic and Bit Operations（逻辑与位操作模块库） Lookup Tables（查询表模块库） Math Operations（数学操作模块库） Model Verification（模型验证模块库）
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第1章 Simulink基础
为了仿真这个模型系统，首先需要设置仿真参数，这里 利用演示模型中已设置好的仿真参数进行仿真。选择 Simulation菜单下的Start命令，或者单击Simulink工具栏上 的“开始”按钮 ，系统开始按照模型中设置的参数进行 仿真，仿真结果曲线将显示在示波器中。当打开加热器时， 系统会自动计算加热所需要的费用，并将加热费用(Heat Cost($))曲线在示波器中显示出来，而室内温度(Indoor Temp) 也同时显示在示波器中。若要停止仿真，可选择Simulation 菜单下的Stop命令，或者单击Simulink工具栏上的“停止” 按钮。仿真结束后，选择File菜单下的Close命令关闭模型。 图1-3是显示在示波器中的房屋热力学系统模型仿真结果曲 线。
首先运行MATLAB，在MATLAB的命令窗口内键入下 列命令(如图1-1所示)：
>> mdl='sldemo_househeat'; >> open_system(mdl);
第1章 Simulink基础 图1-2
第1章 Simulink基础
图1-2显示的是房屋热力学系统模型的全貌。在模型图 的最右侧有一个标注为PlotResults (系统曲线图)的模块，它 实际上实现的就是示波器功能，双击该模块，可以打开示波 器。在这个例程中，示波器中显示的是Indoor vs. Outdoor Temp(室内与室外温度)和Heat Cost(加热费用)三条曲线。
支持多速率系统仿真，即系统中存在以不同速率运行的 组件。
Simulink建立的系统模型可以是层级模型，因此用户可 以采用自下而上或自上而下的方式建立模型，并一层一层地 查看各级模型。
用户可以根据需要建立自定义子系统，并把自定义子系 统内的模块进行封装，封装后的自定义子系统具有与 Simulink内嵌模块同样的属性，并可由用户设置模块的属性 参数。所有的自定义子系统均可在系统模型中使用。
1.1 Simulink简介
Simulink是一个用来建模、仿真和分析动态系统的软件包。 它基于MATLAB的框图设计环境，支持线性系统和非线性系统， 可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行 建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同 的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立 模型方块图的可视的图形用户接口(GUI)，用户可以在这个可视 窗口中通过单击和拖动鼠标操作来完成系统建模。利用这个接口， 用户可以像用笔在草纸上绘制模型一样，只要构建出系统的方块 图即可。这与以前的仿真软件包要求解算微分方程和编写算法语 言程序不同，它提供的是一种更快捷、更直接明了的方式，而且 用户可以立即看到系统的仿真结果。
MATLAB与Simulink集成在一起，因此，无论何时在这 两个环境中的任一环境下都可以建模、分析和仿真用户模型。
第1章 Simulink基础
1.2 运行Simulink演示程序
Simulink自带了许多模型演示程序，这些演示程序分别 说明了利用Simulink模块搭建的功能不同的模型系统。这里 以房屋热力学系统模型为例介绍系统模型的组成及功能，以 使读者对Simulink有一个基本认识。 1.2.1 运行房屋热力学系统演示模型
第1章 Simulink基础
Simulink中的模型分析工具包括线性化工具和调整工具，这 可以从MATLAB命令行获取。MATLAB及其工具箱内还有许多其 他的适用于不同工程领域的分析工具。由于MATLAB和Simulink 是集成在一起的，因此无论何时用户都可以在这两个环境中仿真、 分析和修改模型。
第1章 Simulink基础
创建了系统模型后，用户可以利用Simulink菜单或在 MATLAB命令窗口中键入命令的方式选择不同的积分方法 来仿真系统模型。对于交互式的仿真过程，使用菜单是非常 方便的，但要运行大量的仿真，使用命令行方法则更为有效。 例如，执行蒙特卡洛仿真或想要扫描某一范围的参数值时， 可以在命令行中输入变参数值，观察参数值改变后的系统输 出。此外，利用示波器模块或其他的显示模块，用户可以在 仿真运行的同时观察仿真结果，而且可以在仿真运行期间改 变仿真参数，并同时观察改变后的仿真结果。最后的结果数 据可以输出到MATLAB工作区进行后续处理，或利用命令 行命令在图形窗口中绘制仿真曲线。
Simulink系统建模的主要特性如下： 框图式建模。Simulink提供了一个图形化的建模环境，通过 鼠标单击和拖拉操作Simulink模块，用户可以在图形化的可视环 境中进行框图式建模。 支持非线性系统。 支持混合系统仿真，即系统中包含连续采样时间和离散采样 时间的系统。
第1章 Simulink基础
第1章 Simulink基础 图1-3
第1章 Simulink基础
1.2.2 房屋热力学系统模型说明 演示程序使用Simulink模块建立了简单的房屋热力学系统模
第1章 Simulink基础
第1章 Simulink基础
1.1 Simulink简介 1.2 运行Simulink演示程序 1.3 建立一个简单的Simulink模型 1.4 保存Simulink模型 1.5 打印及HTML报告 1.6 打印边框编辑器 link基础
第1章 Simulink基础
Simulink中包括了许多实现不同功能的模块库。在 Simulink 6.6中共有16个模块库，这些模块库把各种功能不 同的模块分类存放，如Sources(输入源模块库)、Sinks(输出 模块库)、Math Operations(数学模块库)以及线性模块和非线 性模块等各种组件模块库。用户也可以自定义和创建自己的 模块。利用这些模块，用户可以创建层级式的系统模型，可 以自上而下或自下而上地阅读模型，也就是说，用户可以浏 览最顶层的系统，然后用鼠标双击模型中的子系统模块，打 开并查看该子系统模型。这不仅方便了工程人员的设计，而 且可以使自己的模型方块图功能更清晰，结构更合理。