实验九_S函数应用实例

第九次实验 S-函数应用实例
例题：（1）用S 函数模块为下图所示单摆构造系统动力学模型；（2）利用Simulink 研究该单摆摆角的运动曲线。

(a) 写出该单摆的动力学方程为
22
g m d m d g F F F d d f K K dt M M M dt θθ=--=--其中，m f 实施加在单摆上的等效外力；d K 是等效摩擦系数；g K 是等效重力系数。

(b) 化成状态方程组：令1d x dt
θ=，2x θ=，m u f =，则上述二阶方程可写为 11sin d g dx K x K u dt
θ=--+ 21dx x dt
= (c) 根据状态方程对模板文件进行“裁剪”得到simpendzzy.m
从MATLAB 的toolbox\simulink\blocks 子目录下，复制sfuntmpl.m ，并把它改名为simpendzzy.m ，再根据状态方程对文件进行修改，最后如下形成文件：
function [sys,x0,str,ts]=simpendzzy(t,x,u,flag,dampzzy,gravzzy,angzzy) switch flag,
case 0,
[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(angzzy);
case 1,
sys=mdlDerivatives(t,x,u,dampzzy,gravzzy);
case 2,
sys=mdlUpdate(t,x,u);
case 3,
sys=mdlOutputs(t,x,u);
case 9,
sys=mdlTerminate(t,x,u);
otherwise
error(['Unhandled flag = ',num2str(flag)]);
end
% mdlInitializeSizes
function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(angzzy)
sizes = simsizes;
sizes.NumContStates = 2;
sizes.NumDiscStates = 0;
sizes.NumOutputs = 1;
sizes.NumInputs = 1;
m
sizes.DirFeedthrough = 0;
sizes.NumSampleTimes = 1;
sys = simsizes(sizes);
x0 = angzzy;
str = [];
ts = [0,0];
% mdlDerivatives
function sys=mdlDerivatives(t,x,u,dampzzy,gravzzy)
dx(1)=-dampzzy*x(1)-gravzzy*sin(x(2))+u;
dx(2)=x(1);
sys = dx;
% mdlUpdate
function sys=mdlUpdate(t,x,u)
sys = [];
% mdlOutputs
function sys=mdlOutputs(t,x,u)
sys = x(2);
% mdlTerminate
function sys=mdlTerminate(t,x,u)
sys = [];
(d)建立仿真模型exm1.mdl
先构成名为simpendzzy的S-函数模块,从simulink的“user-defined Function ”子库中复制S-Function框架模块到空白模型窗，再建立观察单摆事实运动的仿真模型exm1.mdl，如下图
信号发生器的参数设置：信号取square波形；幅值为1；频率为0.1rad/sec
双击S-Function框架模块，弹出对话窗：在“S-Function name ”栏中填
写函数名simpendzzy；在“S-Function parameters”栏中填写
dampzzy,gravzzy,angzzy(次序要对)；再点击【OK】
在该exm_1.mdl运行前，应先对该模型运行所需的3个参数dampzzy,gravzzy,angzzy进行设置。

在MATLAB命令窗口可键入下列命令：clear
dampzzy=0.8;gravzzy=2.45;angzzy=[0;0];
(e) 设置仿真时间为0到200秒，启动仿真，就可得到摆角运动曲线。

(f)将模型图和仿真结果曲线复制到Word文档中，写上学号和名字，上传到*************。