Simulink仿真入门培训

3 ADVIOSR常用的Simulink模块
建模实例：简单的发动机静态、动态扭矩模型
2维表数据输入
建模操作
数据绘3D仿真图
3 ADVIOSR常用的Simulink模块
3.5 数学运算模块（Math Operations）
绝对值模块 点积模块 增益模块 逻辑操纵模块 数学函数模块
范例操作
最大与最小模块
简化的单轮整车模型
r & ω V 为汽车行车速度，V 为车身加速度，M 为车身质量， w为车轮滚动半径， w为车轮角速度， Jw Fµ Fx Ft 为车轮转动惯量， 为地面提供给轮胎的附着力， 为轮胎所受的纵向力， 为汽车的驱动力， Fz Ttr 为汽车所受的法向反作用力， 为发动机传递到驱动轮的驱动扭矩。
范例操作
3 ADVIOSR常用的Simulink模块
3.6 信号路线模块组（Signal Routing）
总线生成模块 总线选择模块 信号分解 信号来源 信号走向 信号混合 开关模块
范例操作 范例操作 范例操作
3 ADVIOSR常用的Simulink模块
3.7 接收器模块组（Sinks）
实时显示模块 浮动示波器 输出信号 示波器 停止仿真 接受终端 到文件 到工作空间 XY绘图模块
车轮角速度ωw减小
S=
ω w ⋅ rw − V V = 1− ω w ⋅ rw ω w ⋅ rw
滑转率 S 减小
附着系数 µ附着系数和滑转率的关系： 路面峰值附着系数： 路面提供的附着力：
路面 干沥青 湿沥青 干水泥 干鹅卵石 湿鹅卵石 雪地 冰面 C1 1.2801 0.857 1.1973 1.3713 0.4004 0.1946 0.05 C2 23.99 33.822 25.168 6.4565 33.7080 94.129 306.39
e (t ) = r (t ) − c (t )
将偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）通过线性组合构成控 制量，对被控对象进行控制，故简称为PID控制器。
u (t ) == K P ⋅ e (t ) + K I ⋅ ∫ e(t ) dt + K D ⋅
0 t
de (t ) dt
5 Simulink中PID控制仿真的实现
3.9 用户自定义模块（User-Defined Functions）
自定义函数模块 MATLAB MATLAB函数模块 S函数模块
范例操作
4 Simulink数学建模
4.1 单轮整车模型
纵向力学方程：
& M ⋅ V = Ft ≤ Fx
轮胎滚动力学方程：
& Ttr − Fx ⋅ rw = J w ⋅ ω w
汽车计算机仿真技术
MATLAB/Simulink仿真入门培训
内容大纲
Simulink简介 Simulink工作环境 ADVIOSR常用的Simulink模块 Simulink数学建模 Simulink中PID控制仿真的实现
1 2 3 4 5
1 Simulink 简介
Simulink是MATLAB中的一种交互式工具， 完全支持图形用户界面，无需考虑算法的实现 ，主要针对创造性算法和模块结构的设计。
2 2 2
(
)
2
i i ω Ted 为发动机扭矩，gk 为变速器各档传动比（k=1，2，3，4）， 0 为主减速器传动比， e 为 ω ω 发动机输出轴角速度， g 为变速器输出轴角速度， 0 为主减速器壳角速度，η 为传动系效率， Jg Je J0 为发动机转动惯量， 为变速器转动惯量， 为主减速器转动惯量
5.2 PID控制在Sumilink仿真中的实现
u ( t ) == K P ⋅ e ( t ) + K I ⋅ ∫ e ( t ) dt + K D ⋅
0 t
de ( t ) dt
建模操作
5 Simulink中PID控制仿真的实现
5.3 汽车驱动力PID控制的建模框图
建模操作
Fµ = Fz ⋅ µ
4 Simulink数学建模
4.3 汽车驱动动力学原理
如何调整路面的附着系数
附着系数 µ 的大小和车轮的滑转率 S 有关： 滑转率 S 的定义：用来表明汽车车轮滑转程度的大小，计算公式：
S=
Vw − V V = 1− Vw Vw
Vw = ωw ⋅ rw
式中：ω w为车轮的角速度（rad/s）； rw 为车轮半径（m）； Vw为车轮的速度（m/s）。 V 为车身的速度（m/s）。
µ = C1 (1 − e -C S ) − C 3S
2
µ h = C1 −
C3 CC 1 + ln 1 2 C2 C3
Fµ = Fz ⋅ µ
C3 0.52 0.347 0.5373 0.6691 0.1204 0.0646 0.001
建模操作 利用m文件编程
4 Simulink数学建模
范例操作 范例操作 范例操作 范例操作
3 ADVIOSR常用的Simulink模块
3.8 信号源模块组（Sources）
系统时钟 常量 由工作空间导入 由文件导入 信号输入 脉冲生成器 斜坡（递增）信号 重复信号模块 正弦波信号
范例操作 范例操作 范例操作
3 ADVIOSR常用的Simulink模块
建模
仿真
分析
2 Simulink 工作环境
Simulink按钮
各仿真模块目录
利用开始 菜单启用 Simulink
操作示范
3 ADVIOSR常用的Simulink模块
3.1 连续函数模块组（Continuous）
数值微分 输入信号的连续时间积分 分子分母形式的传递函数 时间延迟 时间（变量）延迟
3 ADVIOSR常用的Simulink模块
4 Simulink数学建模
4.3 汽车驱动动力学原理
& M ⋅ V = Ft ≤ Fx ≤ Fµ
△ Fµ 定义：地面对轮胎切向反作用力的极限值称为附着力。 驱动条件：驱动力 Ft 的增大受到地面附着力 Fµ 的限制， 附着力越大，能获得的驱动力越大。 如果驱动力大大超过附着力，则轮胎发生过度滑转。 附着力 Fµ 与地面附着系数 µ 、地面对轮胎反作用力 Fz 的关系：
4 Simulink数学建模
4.2 传动系模型
发动机传递到变速器的扭矩： 变速器转速：
ωg = ωe
i gk
T g = i gk ⋅ T ed
主减速器转速：
ω0 = ωg
io
传递到车轮上的驱动扭矩：
Ttr = & T g ⋅ i0 ⋅ η − J e ⋅ ie ⋅ i0 + J g ⋅ i0 + J 0 ⋅ ω 0
3 ADVIOSR常用的Simulink模块
3.5 数学运算模块（Math Operations）
乘积模块 关系操纵模块 符号函数 代数求和 三角函数
3 ADVIOSR常用的Simulink模块
3.6 端口和子系统模块组（Ports&Subsystem）
核准操作
范例操作
使能子系统 假设操作 假设动作子系统 输入信号 输出信号 子系统
4.3 建模流程图
Ted
Ttr
Vw
S
V
Fµ
建模操作
5 Simulink中PID控制仿真的实现
5.1 PID简介
PID控制是生产过程中最普遍采用的控制算法，自上个世纪30年代 末出现以来，在工业控制领域得到了飞速的发展和广泛的应用，它是目 前许多新型高级控制器的基础，当今工业过程控制中95%的回路都具有 PID控制结构。 PID控制器是一种线性调节器，是由系统的理想给定值 r (t )与实际输 出值 c (t ) 构成控制偏差：
4 Simulink数学建模
4.3 汽车驱动动力学原理
附着系数和滑转率之间的关系
4 Simulink数学建模
4.3 汽车驱动动力学原理
轮胎滚动动力学方程：
& Ttr − Fx ⋅ rw = J w ⋅ ω w
合理地减小发动机通过传动系传递到驱动轮上的驱动扭矩 Ttr 驱动扭矩Ttr 减小
& 车轮角加速度ωw减小
3.2 非连续函数模块组（Discontinuous）
反冲模块 饱和度
范例操作 范例操作
3.3 离散模块组（Discrete）
储存控制模块
范例操作
3 ADVIOSR常用的Simulink模块
3.4 查询表模块组（Look-Up Tabels）
一维查询模块 二维查询模块 N维查询模块
范例操作
建模实例：简单的发动机静态、动态扭矩模型