实验四-SIMULINK仿真模型的建立及仿真

实验四 SIMULINK仿真模型的建立及仿真（一）

一、实验目的：

1、熟悉SIMULINK模型文件的操作。

2、熟悉SIMULINK建模的有关库及示波器的使用。

3、熟悉Simulink仿真模型的建立。

4、掌握用不同的输入、不同的算法、不同的仿真时间的系统仿真。

二、实验内容：

1、设计SIMULINK仿真模型。

2、建立SIMULINK结构图仿真模型。

3、了解各模块参数的设定。

4、了解示波器的使用方法。

5、了解参数、算法、仿真时间的设定方法。

例7.1-1 已知质量m=1kg，阻尼b=2N.s/m。弹簧系数k=100N/m，且质量块的初始位移x(0)=0.05m，其初始速度x’(0)=0m/s，要求创建该系统的SIMULINK 模型，并进行仿真运行。

步骤：

1、打开SIMULINK模块库，在MATLAB工作界面的工具条单击SIMULINK图标，或在MATLAB指令窗口中运行simulink，就可引出如图一所示的SIMULINK模块浏览器。

图一：SIMULINK模块浏览器

2、新建模型窗，单击SIMULINK模块库浏览器工具条山的新建图标，引出如图二所示的空白模型窗。

图二：已经复制进库模块的新建模型窗

3、从模块库复制所需模块到新建模型窗，分别在模块子库中找到所需模块，然后拖进空白模型窗中，如图二。

4、新建模型窗中的模型再复制：按住Ctrl键，用鼠标“点亮并拖拉”积分模块到适当位置，便完成了积分模块的再复制。

5、模块间信号线的连接，使光标靠近模块输出口；待光标变为“单线十字叉”时，按下鼠标左键；移动十字叉，拖出一根“虚连线”；光标与另一个模块输入口靠近到一定程度，单十字变为双十字；放开鼠标左键，“虚连线”变变为带箭头的信号连线。如图三所示：

图三：已构建完成的新模型窗

6、根据理论数学模型设置模块参数：

①设置增益模块参数，双击模型窗重的增益模块，引出如图四所示的参数设置窗，把增益栏中默认数字改为2，单击[OK]键，完成设置；

图四：参数已经修改为2的增益模块设置窗

②参照以上方法把增益模块的增益系数改为100；

③修改求和模块输入口的代数符号，双击求和模块，引出如图五所示的参数

设置窗，把符号栏中的默认符号（++）修改成所需的代数符号（--），单击[OK]键，完成设置；

图五：改变输入口符号的求和模块参数设置窗

④对积分模块的初始状态进行设置：双击积分模块，引出如图六所示的参数设置窗，把初始条件Initial condition 栏中的默认0初始修改为题目给定的0.05，单击[OK]键，完成设置。

图六：实现初始位移0.05设置的设置窗

7、仿真运行参数采用默认解算器“ode45”、默认“变步长”和默认仿真终止时间10

8、把新建模型保存为exm070101.mdl

9、试运行，以便发现问题加以改善

①双击示波器模块，引出示波器显示窗，并使它不与exm070101模型窗重叠。

②单击exm070101模型窗上的仿真启动键，使该模型运行，在示波器上呈现的运行结果可能如图七所示。

图七：坐标范围设置不当时的信号显示

③单击Scope显示窗上的纵坐标范围自动设置图标，示波器显示窗改变为如图八所示。在显示窗中，可以看到位移x(t)的变化曲线，同时可以发现：纵坐标的适当范围大致在[-0.06，0.06]；仿真时间取[0,5]即可，显示曲线不够光滑。

图八：采用轴自动设置功能后的信号显示

10、据试运行结果，进行仿真参数的再设置

①示波器纵坐标设置：用鼠标点击示波器的黑色显示屏，在弹出菜单中选择Axes Properties，引出纵坐标设置对话窗（如图九），把纵坐标的下限、上限分别设置为-0.06和0.06，点击[OK]键，完成设置；

图九：对显示屏的纵坐标范围进行设置

②示波器时间显示范围的修改：单击示波器的参数设置图标，引出示波器参数设置窗（如图十）；在General卡片的Axes区的Time range栏中填写5或auto，

点击[OK]键，完成设置；

图十：对示波器时间显示范围的设置

③显示曲线的光滑化设置：选中exm070101模型窗的下拉菜单项Simulation\Configuration Parameters，引出仿真参数配置窗（如图十一）；再在该窗左侧的选择栏中，选中Data Import/Export项，与之相应的参数设置栏便出现在窗口的右侧；把右半窗下方Save options区中Refine factor栏中的默认值改为5，点击[OK]键，完成设置；

图十一：通过仿真参数配置窗设置输出曲线光滑因子

④完成以上修改后的模型窗（如图十二），再次运行exm070101，可得比较满意的位移变化曲线，如图十三。

图十二：仿真参数调整运行后的exm070101模型

图十三：适当地显示仿真所得的位移变化曲线

三、实验小结

在本次实验中，根据物理定理建立微分方程，并以此微分方程创建SIMULINK 模型的完整步骤：微分方程的整理，模块的复制，信号线的构画，模块参数设置，示波器的调整，仿真参数的设置。通过这次实验，让我知道了连续时间系统的建模与仿真，在实验中，要根据理论数学模型，从系统角度出发，对各模块的非结构参数进行设置，还要根据经验或采用默认方法，对仿真解算器和仿真终止时间进行设置。