第六章 simulink仿真环境

第六章 simulink仿真环境
6.1 Simulink启动与界面说明 6.2 Simulink结构图程序设计 6.3 Simulink仿真参数设置 6.4 结构图控制系统仿真 6.5 系统函数（S函数）的设计
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6.2simulink结构图程序设计
• 命令行控制系统仿真时，是由控制系统的 参数构成控制系统的数学模型，以命令行 程序的方式来进行仿真的。 • 与命令行仿真方式不同，在simulink环境下， 控制系统的数学模型是图形化的系统结构 图，仿真程序是结构图程序的图形界面。
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4）激活输出显示模块组sinks，拖动显示输 出单元。 5）在用户文件窗口上，用鼠标在各拖入的单 元之间作连线。方法是：将鼠标移至前级 单元的输出口上，按住鼠标，再将鼠标箭 头拖至后级单元的输入端，释放鼠标，就 完成了模块之间的连接。连线完成后的一 个控制系统的结构图程序如图所示。
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6.4 结构图控制系统仿真 6.4.1仿真的启动与停止
• 用鼠标选择主菜单的Simulation选项，出现 下拉子菜单，如图。
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• 选中Start仿真即开始，至设定的仿真时间 长度即停止。在长时间的仿真过程中，该 选项变为Pause/Continue，用于暂停或继 续。选项Stop可以用于长时间仿真的停止 执行。
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• • • • • • •
该窗口为多页窗口，各页内容为： Solver 解算器 Workspace I/O Matlab命令平台I/O Diagnostics 诊断 Advanced 高级 Real-Time Workshop 实时平台 以下就解算器页面的仿真参数设置作简要 说明，其他页面的使用方法，可以查阅 Matlab语言的帮助系统。
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6）在结构图上激活响应的单元，可以完成对 各单元的参数设置和修改。如 输入阶跃信号的幅值大小； 求和器的反馈极性； 对象传递函数的各个参数（TF模型或者ZPK 模型）等。 详细情况见下一节。完成参数设置后的结构 图如下页图示。
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5.4 子系统与模块封装技术
子系统概念及构成方法 模块封装方法 模块集构造
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• 在系统建模与仿真中，经常遇到很复杂的 系统的结构，难以用一个单一的模型框图 进行描述。通常需要将这些框图分解成多 个具有独立功能的子系统。另外，用户也 可以将一些常用的子系统封装成一些模块， 这些模块的使用方法类似于标准的Simulink 模块，当然，用户也可自己开发一些模块 做成自己的模块组或模块集。
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② 确定仿真开始时间，如0s（默认值）； ③ 确定仿真结束时间，如10s（默认值）； ④ 最大仿真步长和最小仿真步长。可以由仿 真要求确定。默认值为自动，即 Min Step Size （默认值为0.0001） Max Step Size （默认值为10） ⑤ 设定仿真精度Tolerance（默认值为1e-3) 完成上述仿真参数设定后，即可进行控制系 统的仿真了。
• 双击信号源图标，出现信号参数设置窗口， 如图（下页）所示。
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• 上部为模块功能说明，图例为“step”、“output a step”，说明该模块名称为Step;模块功能为输出 阶跃信号。下面4行为参数设置行，分别为： • Step time 阶跃信号开始时间 • Initial value 初始幅值大小 • Final value 终止幅值大小 • Sample time 采样间隔时间 • 由键盘输入设定值后，单击OK键确认，窗口即关 闭。 • 其它信号输入单元如正弦信号单元等，其参数设 置窗口类似。
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• （1）按照机构图程序设计步骤完成以下结 构图。
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•
(2)结构图完成后，设置仿真参数，步骤如 下： • 1）双击阶跃信号图标，起始时间设为0s， （默认值为1s）； • 2）初始可以默认示波器的参数设置。 • 3 3）在模型myblock窗口上，选择 myblock Simulation下拉菜单中的Simulation Paremeters，设置仿真参数。 ① 选择仿真算法。初始可以用默认算法 （ode45）
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• （3）启动仿真，双击示波器图标，即可观 察到仿真结果，如图示。
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• 例6.2 浮空示波器观察系统的各种信号的值。 • 1）打开示波器窗口。 • 2）示波器浮空设置。单击工具栏的浮空示 波器按钮（Floting scope）将示波器设置为 浮空工作状态。
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• 例6.3 将仿真结果返回到Matlab命令平台。 • 通过结构图的仿真参数设置，可以将结构图仿真 结果返回到Matlab命令平台，用于作图与其它分 析处理。具体步骤如下： • 1）单击仿真结构图Simulation菜单的Simulation Parameters，打开仿真参数设置窗口，选择并打 开Workspace I/O选项卡。如图示（下页） • 2）选择Save to Workspace的选项，并指定变量 名称，tout和xout分别为返回的时间变量名称是输 出变量名称。 • 3）执行仿真，的到返回平台的变量值。
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• 用鼠标选择了预期的子系统构成模块和机 构之后，就可用Edit-Create Subsystem菜 单项来建立子系统。若没有指定输入和输 出端口，则Simulink会自动将流入选择区域 的信号依次设置为输入信号，将流出的信 号设置成输出信号，从而自动建立起输入 和输出端口。
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5.4.1 子系统概念及构成方法
• 要建立子系统，首先要给子系统设置输入 和输出端子。子系统的输入端由Sources模 块组中的In来表示，输出端由Sinks模块组 中的Out来表示。 • 当然，如果已经建立起一个框图，则可以 将想建立子系统的部分选中（鼠标左键单 击要选中区域的左下角，拖动鼠标在想选 中区域的右上角处释放，则选中该区域的 所有模块和其连接关系）。
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• 2.方法二 • 在Matlab命令平台打开File，选择New来建 立新文件。这时出现新建文件类型选项：
• 选项一用于建立M文件，选项2用于建立图 形文件，选项3用于加你了结构图文件。选 中第3向后，即出现一个与方法一相同的名 称为untiled的新建结构图文件的窗口。
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• 注意：这里的模型含有四个变量，Kp，Ti， Td和N，这些变量应该在Matlab工作空间中 赋值。
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6.3.3仿真参数设置
• 用鼠标选择主菜单的Simulation选项，出现 下拉菜单如图示。
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• 选择Simulation Parameters选项，打开仿 真参数设置窗口，如图示。
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2. 仿真时间的设置 • 在解算器中的Simulation Time选项组中，可以 设置仿真的起始时间和终止时间。Simulink启动 后的默认值分别为： • Start Time 0.0 • Stop Time 10.0 3. 其它参数设置 • 其它参数设置项还有仿真步长选择、输出选择、 允许误差设置等。其中，相对误差（Relative Tolerance)设置的默认值为： • Relative Tolerance 1e-3 计算精度为0.001
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6.2.1创建结构图文件
• 创建结构图文件通常有以下两种方法： • 1.方法一 • 可以在Simulink界面上打开File菜单，选择 New Model，打开一个名为untiled的结构图 程序文件窗口，
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1. 仿真算法的选择 • Simulink为用户提供了多种仿真算法。解 算器Sovler options部分的下拉列表（图 示），可以选择步长，变步长或者定步长。 • 由算法选择下拉列表可以选择各种仿真算 法。默认算法是ode45（4阶Runge-Kutta 法），关于其它算法的说明可以查阅 Matlab语言的PDF文件）；