第九讲_MATLAB环境下的仿真.pptx
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Matlab计算与仿真技术 PPT
MATLAB常用数学函数
指数函数
名称 exp log
含义
名称
含义
名称
E为底的指数 log10 自然对数 log2
10为底的对数 pow2 2为底的对数 sqrt
含义
2的幂 平方根
复数函数
名称 abs angle
含义 名称
绝对值 conj 相角 imag
含义
复数共轭 复数虚部
名
含义
称
real 复数实部
内积 累计元素总乘积
矩阵的MATLAB表示
直截了当输入
>>A=[1 2, 3; 4 5 6;7, 8 9]
冒号操作符
>>a=0:1:10 >>a=linspace(0,1,10) >>a=logspace(1,2,10)
MATLAB下矩阵的运算
矩阵的代数运算 转置 B=A’ 加减乘 A+B A-B A*B 左除 A\B 即AX=B的解X=A-1B 右除 A/B 即XB=A的解X=AB-1 翻转 fliplr flipud rot90 乘方 A^B 点运算 A、*B A、/B A、\B A、^B A、’ 函数
M=size(A)
%在矩阵M中返回矩阵的行数、列数
len=length(A)
%返回矩阵A行数和列数中的最大值
特别矩阵
单位矩阵
eye(n)
%生成n维单位阵
eye(m,n) %生成m×n的单位阵
eye([m,n]) %生成m×n的单位阵
eye(size(A)) %生成与 A矩阵同样大小的单位矩阵
ones
名称
csc asec acsc sinh cosh tanh coth asinh acosh
matlab电路仿真完整ppt
信号发生器，可以产生给定频率和幅值
的正弦波(sine wave)、方波(square wave)和锯齿波(saw-
tooth wave)，双击图标可以设置。
定时器，显示仿真时间，在系统仿真时打开定时器，可以
看到实时的仿真时间。
正弦波，电路中常用到的正弦信号（Sine Wave）模块，
双击图标，在弹出的窗口中调整相关参数。信号生成方式有两种：
3）连接模块，从而构成需要的系统模型。
1. 对模块的基本操作
移动、复制、删除、转向、改变大小、模块命名、 颜色设定、参数设定、属性设定、模块输入输出信号
举例说明
2. 对信号线的操作
改变粗细、设定标签、线的折弯、线的分支
举例说明
3. 对运行仿真的操作
设置仿真参数 启动仿真 仿真结果分析
（1）设置仿真参数
在MATLAB窗口的工具栏中单击
图标
在命令窗口中输入命令： >>simulink
2. Simulink浏览器
标题栏 菜单栏 工具栏 模块说明框
基本模块库
已安装专用 模块库
模块查找框 模块显示框
Simulink基本模块库包括8类子库 ： Continuous（连续模块） Discrete（离散模块） Function&Tables（函数和平台模块） Math（数学模块） Nonlinear（非线性模块） Signals&Systems（信号和系统模块） Sinks（接收器模块） Sources（输入源模块）
（2）启动仿真
启动方式： (1) Simulink模块编辑窗口菜单栏“ Simulation /Start” (2)单击工具栏上的 图标
举例说明 Sim6_1.mdl
MatlabSimulink仿真.ppt
-14-
2.3 模块的连接
连接两个模块
先移动光标到输出端，光标键头会变成十字形光标，这时按住鼠标左 键，移动鼠标到另一个模块的输入端，当十字形光标出现重影时，释 放鼠标左键就完成了连接
Sine Wave
Scope
Sine Wave1
Scope1
Sine Wave2
Scope2
-15-
2.3 模块的连接
-6-
1.2 Simulink的启动与退出
-7-
1.2 Simulink的启动与退出
-8-
1.2 Simulink的启动与退出
-9-
1.2 Simulink的启动与退出
-10-
1 Simulink操作基础 2 系统仿真模型 3 系统的仿真 4 使用命令操作对系统进行仿真 5 子系统及其封装技术 6 S函数的设计与应用
1 Out1
-0.5 Constant
Product1
eu
Math Fu n cti o n
Product2
1 s
Integrator1
2 Out2
-23-
2.4 模块的参数和属性设置
-24-
2.5 Simulink的几类基本模块
输入源模块
Model & Subsystem Inputs
1
unti tl ed.m at
2.1 Simulink仿真模型概述
Simulink仿真模型在视觉上表现为直观的方框图， 其扩展名为.mdl，在数学上体现了一组微分方程 或差分方程，在物理上模拟了物理器件构成的实 际系统的动态特性
模块是构成系统仿真模型的基本单元。从宏观角 度上看，simulink模型通常包含了3类模块：信源 （source）、系统（system）和信宿（sink）。
2.3 模块的连接
连接两个模块
先移动光标到输出端，光标键头会变成十字形光标，这时按住鼠标左 键，移动鼠标到另一个模块的输入端，当十字形光标出现重影时，释 放鼠标左键就完成了连接
Sine Wave
Scope
Sine Wave1
Scope1
Sine Wave2
Scope2
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2.3 模块的连接
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1.2 Simulink的启动与退出
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1.2 Simulink的启动与退出
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1.2 Simulink的启动与退出
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1.2 Simulink的启动与退出
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1 Simulink操作基础 2 系统仿真模型 3 系统的仿真 4 使用命令操作对系统进行仿真 5 子系统及其封装技术 6 S函数的设计与应用
1 Out1
-0.5 Constant
Product1
eu
Math Fu n cti o n
Product2
1 s
Integrator1
2 Out2
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2.4 模块的参数和属性设置
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2.5 Simulink的几类基本模块
输入源模块
Model & Subsystem Inputs
1
unti tl ed.m at
2.1 Simulink仿真模型概述
Simulink仿真模型在视觉上表现为直观的方框图， 其扩展名为.mdl，在数学上体现了一组微分方程 或差分方程，在物理上模拟了物理器件构成的实 际系统的动态特性
模块是构成系统仿真模型的基本单元。从宏观角 度上看，simulink模型通常包含了3类模块：信源 （source）、系统（system）和信宿（sink）。
控制系统的MATLAB仿真课件(99页)
b= u1
x1 1 x2 0 x3 0 x4 0 c=
x1 x2 x3 x4 y1 6 12 6 10 d=
u1 y1 0 Continuous-time model.
19
第7章
控制系统的MATLAB仿真
由以上数据可写出系统的状态空间模型为：
?
?? 2 ? 3 ? 1 ? 1?
?1?
? ??X?(t)?
series()函数命令还可以将多个环节按两两串联的形式多 次递归调用加以连接，进行等效化简。
sys= series(sysl,sys2命) 令可以用命令 sys=sys1*sys2* …*sysn取代，不仅省掉“series(”)字符，且 可以实现多个环节的串联等效传递函数的求取。
23
第7章
控制系统的MATLAB仿真
形式之一。控制系统的环节串联及其化简就是模块方框图模 型的串联及其化简。可以用MATLAB 的函数命令series(将) 串 联模块进行等效变换。
使用series(函) 数命令不必做多项式的乘除运算即可实现 两个环节传递函数的串联连接。如果令sys1= tf(num1,den1) ， sys2= tf(num2,den2) ，其命令格式为： sys= series(sysl,sys2)
zp2tf
将系统零极点增益模型转换为传递函数模型
15
第7章
控制系统的MATLAB仿真
【例7.2】 已知某系统的传递函数为： G (s)? 12s3 ? 24s2 ? 12s ? 20 2s4 ? 4s3 ? 6s2 ? 2s ? 2
试用MATLAB 语言求出该系统的传递函数模型、状态空 间模型和零极点增益模型。
22
第7章
控制系统的MATLAB仿真
x1 1 x2 0 x3 0 x4 0 c=
x1 x2 x3 x4 y1 6 12 6 10 d=
u1 y1 0 Continuous-time model.
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第7章
控制系统的MATLAB仿真
由以上数据可写出系统的状态空间模型为：
?
?? 2 ? 3 ? 1 ? 1?
?1?
? ??X?(t)?
series()函数命令还可以将多个环节按两两串联的形式多 次递归调用加以连接，进行等效化简。
sys= series(sysl,sys2命) 令可以用命令 sys=sys1*sys2* …*sysn取代，不仅省掉“series(”)字符，且 可以实现多个环节的串联等效传递函数的求取。
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第7章
控制系统的MATLAB仿真
形式之一。控制系统的环节串联及其化简就是模块方框图模 型的串联及其化简。可以用MATLAB 的函数命令series(将) 串 联模块进行等效变换。
使用series(函) 数命令不必做多项式的乘除运算即可实现 两个环节传递函数的串联连接。如果令sys1= tf(num1,den1) ， sys2= tf(num2,den2) ，其命令格式为： sys= series(sysl,sys2)
zp2tf
将系统零极点增益模型转换为传递函数模型
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第7章
控制系统的MATLAB仿真
【例7.2】 已知某系统的传递函数为： G (s)? 12s3 ? 24s2 ? 12s ? 20 2s4 ? 4s3 ? 6s2 ? 2s ? 2
试用MATLAB 语言求出该系统的传递函数模型、状态空 间模型和零极点增益模型。
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第7章
控制系统的MATLAB仿真
MATLAB仿真实例ppt课件
29
➢ 空 间 变 换 和 注 册 （ Spatial Transformation and Registration）
➢ 图像分析和统计（Image Analysis and Statistics）
➢ 图像数学算法（Image Arithmetic） ➢ 图 像 扩 展 和 修 补 （ Image
实际应用
精选PPT课件
1
MATLAB/Simulink 的 推 出 得 到 了各个领域专家学者的关注，为各个 层次的研究人员提供了有力的工具。 本 章 将 介 绍 MATLAB 在 信 号 处 理 、 图 像处理和自动控制领域的应用。
精选PPT课件
2
目录
1 信息处理领域 2 图像处理领域 3 自动控制领域
2 图像处理领域
1．二进制图像 2．索引图像 3．灰度图像 4．多帧图像 5．RGB图像
精选PPT课件
18
MATLAB提供了图像处理工具箱， 并且Simulink提供了视频和图像处理 模型集。
图像类型即数组数值与像素颜色 之间定义的关系，在MATLAB中有以 下5种类型的图像。
精选PPT课件
19
精选PPT课件
3
1 信息处理领域
1.1 工具箱介绍 1.2 模型集介绍 1.3 实例
精选PPT课件
4
在计算机中，所有的信号都是离 散信号，因此在使用 MATLAB/Simulink进行信号处理之前， 先要将时间信号进行离散化处理。
精选PPT课件
5
1.1 工具箱介绍
信号处理工具箱将大量函数分成若干 类，以方便按功能查找，以下列出主要的 类。 ➢ 波形产生（Waveform Generation） ➢ 滤波器分析（Filter Analysis） ➢ 滤波器实现（Filter Implementation）
《MATLAB与系统仿真》PPT课件
是系统某种特定性能的一种抽象形式。
模型的表达形式有物理模型和数学模型两类。
数学模型是系统的某种特征本质的数学表达式， 是用数学公式来描述所研究的客观对象或系统中 的某一方面的问题。
数
静态模型
学
连续系统模型
模
动态模型 离散系统模型
型
编辑版ppt
15
三、系统仿真
一个较流行于工程技术界的定义是：仿真是 通过对系统模型的实验去研究一个存在的或设计 中的系统。这种定义适用于概括了所有工程的 (技术的)或非工程的(非技术的)系统。
30
工程实际对仿真技术提出的新需求：
１、减少模型的开发时间； ２、提高模型建立的精度和实验的精度； ３、改进人与人、人与计算机的通信。
编辑版ppt
31
本课程主要讲授内容 １、系统建模的基本方法与模型处理技术 ２、连续系统的数字仿真程序通用算法
－数值积分仿真方法学 ３、连续系统模型的离散化处理技术 4、计算机仿真软件－MATLAB
动而发生变化的系统进行仿真称为离散事件系统 仿真。其数学模型多用流程图或网络图来描述。
（3）混合系统仿真：
当系统的数学模型是由上述两类模型混合 构成时，称为混合系统仿真。其仿真方法是将 上述两类方法综合于一体。
（4）系统动力学仿真： 当对象的数学模型是用系统动力学方程式来
描述时，该系统的仿真称为系统动力学仿真。
法。模拟计算机由一些基本的模拟运算部件组成， 这些运算部件有：积分器、加法器、系数器、函 数发生器、乘法器等。
模拟计算机是并行运算的，运算速度快，但 精度不高，由于它可以实现传递函数为1/s的积 分运算，可以方便地求解微分方程。
编辑版ppt
24
（2）数字计算机仿真：
模型的表达形式有物理模型和数学模型两类。
数学模型是系统的某种特征本质的数学表达式， 是用数学公式来描述所研究的客观对象或系统中 的某一方面的问题。
数
静态模型
学
连续系统模型
模
动态模型 离散系统模型
型
编辑版ppt
15
三、系统仿真
一个较流行于工程技术界的定义是：仿真是 通过对系统模型的实验去研究一个存在的或设计 中的系统。这种定义适用于概括了所有工程的 (技术的)或非工程的(非技术的)系统。
30
工程实际对仿真技术提出的新需求：
１、减少模型的开发时间； ２、提高模型建立的精度和实验的精度； ３、改进人与人、人与计算机的通信。
编辑版ppt
31
本课程主要讲授内容 １、系统建模的基本方法与模型处理技术 ２、连续系统的数字仿真程序通用算法
－数值积分仿真方法学 ３、连续系统模型的离散化处理技术 4、计算机仿真软件－MATLAB
动而发生变化的系统进行仿真称为离散事件系统 仿真。其数学模型多用流程图或网络图来描述。
（3）混合系统仿真：
当系统的数学模型是由上述两类模型混合 构成时，称为混合系统仿真。其仿真方法是将 上述两类方法综合于一体。
（4）系统动力学仿真： 当对象的数学模型是用系统动力学方程式来
描述时，该系统的仿真称为系统动力学仿真。
法。模拟计算机由一些基本的模拟运算部件组成， 这些运算部件有：积分器、加法器、系数器、函 数发生器、乘法器等。
模拟计算机是并行运算的，运算速度快，但 精度不高，由于它可以实现传递函数为1/s的积 分运算，可以方便地求解微分方程。
编辑版ppt
24
（2）数字计算机仿真：
第9章MATLAB环境下的仿真
线性化就是对一个非线性系统的模型找出其稳定的平衡点如果在工作过程中代表系统属性的各物理量只在该平衡点附近产生微小的变化非线性模型就能够以此平衡点为基础表示成一个线性模型
第9章 MATLAB环境下的仿真软件Simulink
9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 Simulink的基本操作 Simulink的几类基本模块 仿真模型参数的设置 子系统的建立与封装 在命令窗口中创建模型 S-函数的设计和应用 仿真系统的线性化分析
9.4.2 子系统的条件执行
在复杂的模型中，有的模块的执行依赖于其他模块， 因而需建立条件执行子系统。 1. 使能子系统 表示子系统在控制信号控制时，控制信号由负变正 时子系统开始执行，直到控制信号再次变为负时结束。 建立使能子系统的方法是： 打开Simulink模块库中的Ports & Systems模块库， 将Enable模块复制到子系统模型中，则系统的图标发 生了变化。
例9.1 对图示的正弦波信号经传递函数后的信号， 在MATLAB命令窗口输入命令进行仿真。 [t,x,y]=sim('f901');
[t,x,y]=sim('f901',[2,8]);
例9.2对图所示的仿真模型为例，说明simset函数的用法。 (1)在命令窗口输入命令：
option=simset('OutputVariables','x','OutputPoints','all','FinalstateNa me','date'); [t,x,y]=sim('f901',[1,10],option)
9.1 Simulink的基本操作
第9章 MATLAB环境下的仿真软件Simulink
9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 Simulink的基本操作 Simulink的几类基本模块 仿真模型参数的设置 子系统的建立与封装 在命令窗口中创建模型 S-函数的设计和应用 仿真系统的线性化分析
9.4.2 子系统的条件执行
在复杂的模型中，有的模块的执行依赖于其他模块， 因而需建立条件执行子系统。 1. 使能子系统 表示子系统在控制信号控制时，控制信号由负变正 时子系统开始执行，直到控制信号再次变为负时结束。 建立使能子系统的方法是： 打开Simulink模块库中的Ports & Systems模块库， 将Enable模块复制到子系统模型中，则系统的图标发 生了变化。
例9.1 对图示的正弦波信号经传递函数后的信号， 在MATLAB命令窗口输入命令进行仿真。 [t,x,y]=sim('f901');
[t,x,y]=sim('f901',[2,8]);
例9.2对图所示的仿真模型为例，说明simset函数的用法。 (1)在命令窗口输入命令：
option=simset('OutputVariables','x','OutputPoints','all','FinalstateNa me','date'); [t,x,y]=sim('f901',[1,10],option)
9.1 Simulink的基本操作
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9.1.5 仿真
仿真过程的模式
n 正常模式：在模型窗口选择【Simulation】→【Normal】 n 加速模式：在模型窗口选择【Simulation】→【Accelerator】
仿真结果的观察 仿真过程中，用户一般需要随时绘制仿真结果的曲线，以观
察信号的实时变化。在模型中使用示波器（Scope模块） 是其中最为简单和常用的方式，在模型窗口选中示波器
B命令窗口工具栏上的 ,打开所 需要的模型文件，此时不出现simulink的库浏览 器．
▪ 在库浏览器或模型窗口，单击
9.2.2 添加模块注释
▪ 注释文本的创建
在注释中心位置双击鼠标，出现编辑框
▪ 注释位置的移动
在注释文字处单击鼠标左键，待出现编辑框后按下鼠标 左键，便可移动到需要的位置。
▪ 把一个模块的输出与另一个模块的输入连接起来
（1）把鼠标指针移到第一个模块端 口的任意位置，光标将变成十字形。
（2）按下鼠标，拖动鼠标指针定位 到第二个模块输入端口的位置。
（3）释放鼠标，simulink用一个 带箭头的实线信号线代替端口的符 号，用来表示信号的流向。
▪ 在一条已有的信号线上引出另一条信号线
第九讲 MATLAB环境下的仿真软件 Simulink
9.1 建立模型 9.2 打开与修改模型 9.3 实例
9.1 建立模型
启动建模 复制模块 增加信号线 确定模型参数 仿真方法
9.1.1 启动Simulink
▪ 启动Simulink的方法有3种： (1)单击MATLAB命令窗口工具栏上的Simulink 库浏览器的命令按钮 。 (2)在MATLAB的命令窗口直接键入simulink 。 (3)在MATLAB命令窗口File菜单中选择New菜 单项下的Model命令。
模块，双击鼠标左键，将显示示波器窗口。
在示波器窗口单击工 具按钮 ，弹出 Scope模块的参数设 置窗口：
在示波器窗口单击鼠标右键，弹出：
9.1.6 保存模型和打印结果
保存模型 n 在模型窗口选择【Save】或【Save as】,文件扩展名 为.mdl
打印模型
9.2 打开与修改模型
打开模型 添加模块注释 修改模块 修改信号线 修改模型参数 模型分组
9.1.2 复制模块
▪ 确定模型中包含哪些模块，然后使用库浏览器， 在库浏览器中找到所需要的模块，将需要的模 块从模块库中复制到模型中。
四个模块涉及的模块 库分别为：
• Sources（信号源 模块库）
• Continuous（连续 模块库）
• Sinks（信号输出模 块库）
• Signal Routing （信号路由模块库）
块，Simulink就打开模块基本属性对话框。 在模型窗口选择【Simulation:
Configuration parameters】菜单，可进行 仿真参数设置。
▪ Sine wave 模块属性设置对话框
▪ 仿真参数设置
1、求解器(Solver)的设置
(1) Simulation time （仿真时间设置）
n 修改仿真的开始和结束时间。
(2) Solvers options （求解器选项设置）
n Solver：Simulink模型仿真一般需要采用微分方程或微分 方程组的数值解法，用户可以根据仿真模型的特点，选择最 合适的求解方法；
n Type：选择可变步长或固定步长； n 在可变步长中，有Max step size, Min step size, Initial
（1）把鼠标指针移到这根信号线上 的某个位置，这个位置就是引出新 信号线的起始位置。
（2）在按下Ctrl键的同时，按下鼠 标，拖动鼠标到目标端口。
（2）释放鼠标按钮和Ctrl键，那么 Simulink就在起始位置和目标端口 之间创建了一条新信号线。
9.1.4 确定模型参数
在模型窗口选中一个模块，用鼠标双击该模
▪ 注释文字的字体控制
在相应模块单击，再选择【Format】→【Font】菜单 项，选择字体及文字大小
9.2.3 修改模块
▪ 模块的选定
选多个模块时，按下Shift键，依次选定所需的模块，或 者按住鼠标左键，拉虚线框
▪ 模块的移动
按住鼠标左键
▪ 改变模块的方向
单击【Format】→【Flip Block】菜单项，可将模块 旋转180o，单击【Format】→【Rotate Block】菜单 项，可将模块旋转90o
9.2.4 修改信号线
▪ 一般方法：
将鼠标指向待移动信号线，按下鼠标左键
多线引出
按住Ctrl键，或只按住鼠标右键
▪ 分割信号线
将鼠标指针移到信号线上的某一点，按下Shift键，同时 按鼠标左键拖动。
9.2.5 修改模型参数
▪ 主要是修改模块参数
9.2.6 模型分组
▪ 生成子系统：
在模型窗口中，选中需要包含进子系统的模块，单击 【Edit】→【Create subsystem】,将选中的模块包装 在一个名为Subsystem的模块中；
step size n Zero-crossing control（零点穿越控制） n Relative tolerance, Absolute tolerance （容许误差控
制）
2、数据输入输出(Data Inport/Export)的设置
3、优化属性 (Optimization)的设置
4、诊断页 (Diagnostics)的设置
此例中，模型包括四个模块： • 正弦波模块 (sine Wave)、 积分模块(Integrator)、示波器模块 (Scope)、 组合模块 (Mux)
9.1.3 增加信号线
▪ 把一个模块的输出与另一个模块的输入连接起来 ▪ 在一条已有的信号线上引出另一条信号线，这两 条线将传送相同信号给各自对象。
9.1.5 仿真
仿真过程的启动 在模型窗口选择【Simulation】→【Start】
仿真过程的诊断 如果仿真过程出现错误，仿真一般会自动停止，并弹 出一个诊断对话框显示错误的相关信息。
• Message：错误类型，如模块错误或警告； • Source：发生错误的模块名称； • Fullpath：导致错误的对象的完整路径； • Summary：错误的简单说明； • Reported by ：报告错误的组件。