【正文】 n 實(shí)現(xiàn)舍入運(yùn)算 Sign 符號(hào)函數(shù) Slider gain 滑塊增益 Sum 輸入信號(hào)的和 Trigonometric function 實(shí)現(xiàn)三角函數(shù)運(yùn)算 華中科技大學(xué) 研究生課程 21 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 基本模塊 模 塊 名 說(shuō) 明 F 實(shí)現(xiàn)自定義表達(dá)式的輸入信號(hào) Lookup table 實(shí)現(xiàn)輸入的線(xiàn)性查表 Lookup table(2d) 實(shí)現(xiàn)兩維信號(hào)的線(xiàn)性查表 Matlab f 實(shí)現(xiàn) Matlab函數(shù)或表達(dá)式輸入信號(hào) SFunction S函數(shù)模塊 表 Function and Tables函數(shù) 華中科技大學(xué) 研究生課程 22 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 基本模塊 模 塊 名 說(shuō) 明 Backlash 偏移模塊 Coulombamp。圖 分模塊的屬性對(duì)話(huà)框，從圖可見(jiàn)，它有 9個(gè)可控參數(shù)。 (3) initial condition 此區(qū)域用來(lái)設(shè)置初始條件。 (7) Show saturation port 若此項(xiàng)被選中，則模塊上將增加一個(gè)飽和度端口。 本小節(jié)將介紹模塊的基本操作。用適當(dāng)?shù)姆椒ò迅鞣N模塊連接在一起就能夠建立任何動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的模型。 圖 選取多個(gè)模塊 華中科技大學(xué) 研究生課程 35 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 建模方法 ? 二、復(fù)制、刪除模塊 ? (1) 在不同的窗口之間復(fù)制 ? 當(dāng)我們建立模型時(shí)，需要從模塊庫(kù)窗口或者已經(jīng)存在的窗口把需要的模塊復(fù)制到新建模型文件的窗口。 ? (2) 在同一個(gè)模型窗口內(nèi)復(fù)制 ? 有時(shí)一個(gè)模型需要多個(gè)相同的模塊，這時(shí)的復(fù)制方法如下： ? 用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)住要復(fù)制的模塊，按住左鍵移動(dòng)鼠標(biāo)，同時(shí)按下Ctrl鍵，到適當(dāng)位置釋放鼠標(biāo)，該模塊就被復(fù)制到當(dāng)前位置。 圖 在同一模型窗口內(nèi)復(fù)制模塊 華中科技大學(xué) 研究生課程 37 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 建模方法 ? (3) 刪除模塊 ? 選定模塊，選擇 Edit菜單下的 Cut（刪除到剪貼板）或 Clear（徹底刪除）命令。這是正弦波模塊的參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框，您可以設(shè)置它的幅值、頻率、相位、采樣時(shí)間等參數(shù)。 ? (2) 優(yōu)先級(jí)（ Priority） ? 規(guī)定該模塊在模型中相對(duì)于其他模塊執(zhí)行的有限順序。 ? (4) 調(diào)用函數(shù)（ Open function） ? 當(dāng)用戶(hù)雙擊該模塊時(shí)調(diào)用的 Matlab函數(shù)。如果參數(shù)名無(wú)效，參數(shù)值的位置將顯示 “ ？？？ ” 。效果如圖 。選取 Show Name就會(huì)使模塊隱藏的名字顯示出來(lái) . ? (2) 修改模塊名 ? 用鼠標(biāo)左鍵單擊模塊名的區(qū)域，這時(shí)會(huì)在此處出現(xiàn)編輯狀態(tài)的光標(biāo)，在這種狀態(tài)下能夠?qū)δK名隨意修改?？梢杂檬髽?biāo)拖動(dòng)模塊名到其相對(duì)的位置；也可以選定模塊，用菜單 Format下的Flip Name實(shí)現(xiàn)相同的移動(dòng)。 ? 一、在模塊間連線(xiàn) ? (1) 連接兩個(gè)模塊 ? 這是最基本的情況：從一個(gè)模塊的輸出端連到另一個(gè)模塊的輸入端。兩種連接的結(jié)果見(jiàn)圖 。調(diào)整方法和前一種情況類(lèi)似，不同之處在于按住鼠標(biāo)之前要先按下 Shift鍵，出現(xiàn)小黑方框之后，鼠標(biāo)點(diǎn)住小黑方框移動(dòng)，移動(dòng)好后釋放 Shift鍵和鼠標(biāo)。這種情況地步驟是：在先連好一條線(xiàn)以后，把鼠標(biāo)移到支線(xiàn)的起點(diǎn)位置，先按下鍵，然后按住 Ctrl鼠標(biāo)拖到目標(biāo)模塊的輸入端，釋放鼠標(biāo)和 Ctrl鍵。 圖 用粗線(xiàn)表示向量 華中科技大學(xué) 研究生課程 47 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 建模方法 ? (2) 顯示數(shù)據(jù)類(lèi)型 ? 在連線(xiàn)上可以顯示一個(gè)模塊輸出的數(shù)據(jù)類(lèi)型：選擇菜單Format下的 Port Data Types選項(xiàng)。信號(hào)標(biāo)記可以隨信號(hào)的傳輸從一些模塊中進(jìn)行傳遞。當(dāng)開(kāi)始仿真或執(zhí)行 Edit菜單下的 Updata Diagram命令時(shí)，傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)標(biāo)記就會(huì)顯示出來(lái)。在子模型與子模型之間，除了為實(shí)現(xiàn)研究目的所必需的信息聯(lián)系以外，相互耦合要盡可能少，結(jié)構(gòu)盡可能清晰。 華中科技大學(xué) 研究生課程 50 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 系統(tǒng)仿真舉例 ? 精確性 ? 同一個(gè)系統(tǒng)的模型按其精確程度要求可以分為許多級(jí)。例如對(duì)武器射擊精度的鑒定，并不十分關(guān)心每發(fā)子彈的射擊偏差，而著重討論多發(fā)子彈的統(tǒng)計(jì)特性。 在實(shí)際系統(tǒng)中總會(huì)有下界和上界，上界為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大推動(dòng)力，下界為剎車(chē)時(shí)的最大制動(dòng)力。 ? 假設(shè) ? 且風(fēng)速以下式的規(guī)律變化： ? 因此，空氣阻力可以近似為： ? 下面假設(shè)馬路的斜角于位移的變化率符合規(guī)律： ? 則下滑力為： ? 用簡(jiǎn)單的比例控制法來(lái)控制車(chē)速： ? 其中， 為驅(qū)動(dòng)力， 為期望速度值， 為反饋增益。此系統(tǒng)的Simulink模型如圖 ，仿真時(shí)間為 1000s。 圖 比例速度控制的汽車(chē)模型 華中科技大學(xué) 研究生課程 54 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 系統(tǒng)仿真舉例 ? 非線(xiàn)性的下滑力和空氣阻力分別由函數(shù)模塊來(lái)計(jì)算。 圖 汽車(chē)的速度變化曲線(xiàn) 說(shuō)明：此模型也是一個(gè)輕度剛性問(wèn)題的很好的例子，為了觀(guān)察剛性的影響，先以解法 0DE45l來(lái)運(yùn)行模型，然后選擇 0DE15S再運(yùn)行仿真，觀(guān)察其區(qū)別。 5s的離散比例積分－微分控制器代替。 圖 連續(xù) PID控制器 華中科技大學(xué) 研究生課程 56 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 系統(tǒng)仿真舉例 ? 其中比例部分對(duì) v信號(hào)提供一個(gè)比例增益， ? 其表達(dá)式為： ? 積分部分用來(lái)消除靜態(tài)誤差。其輸出正比于 v的變化率： vKu p?0?? tii v d tKu 0iuvKu dd ??華中科技大學(xué) 研究生課程 57 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 系統(tǒng)仿真舉例 ? 這就是連續(xù)的 PID控制器。 圖 離散控制器的汽車(chē)模型 75,50 ??? dip KKK華中科技大學(xué) 研究生課程 59 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 系統(tǒng)仿真舉例 ? 它的控制器的三個(gè)部分分別是： ? 積分部分由一個(gè)時(shí)間離散積分模塊和一個(gè)增益模塊組成。 ? 在此例中設(shè)仿真運(yùn)行時(shí)間為 100s，滑塊增益為 80。然而隨著模型越來(lái)越復(fù)雜，用這些基本操作創(chuàng)建的 Simulink模變得越來(lái)越龐大而難于讀懂。在 FORTRAN里有 subroutine子程序和 function子程序； C語(yǔ)言中的子程序被稱(chēng)為 “ 函數(shù) ” ； Matlab的子程序稱(chēng)為函數(shù)式 M文件。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，考慮在例 1中提到的汽車(chē)模型，其 Simulink模型圖見(jiàn)圖 。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化后，主模型圖中的結(jié)構(gòu)就變得很明了了，只是兩個(gè)子系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)被隱藏起來(lái)了，雙擊子系統(tǒng)模塊，則會(huì)在一個(gè)新的窗口中顯示子系統(tǒng)的模塊圖。這樣的控制系統(tǒng)就可以反復(fù)利用。另一種方法是使用 Connections模塊庫(kù)中的 Subsystem模塊直接創(chuàng)建子系統(tǒng)。 為了能使范圍框框住所有需要的模塊，重新安排模塊的 位置常常似乎是必要的。調(diào)整子系統(tǒng)和模型窗口的大小使之美觀(guān)，如圖 。 特別注意：菜單命令 【 Edit/Creat Subsystem】 沒(méi)有相反的操作命令。這樣就省去了上面的壓縮子系統(tǒng)和重新安排窗口的步驟。 ? 注意： 在信號(hào)輸入端口要使用一個(gè)輸入模塊，在信號(hào)輸出端口要使用一個(gè)輸出模塊。 第七章 Simulink建模和仿真 華中科技大學(xué) 研究生課程 70 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 例 模擬如圖 －質(zhì)量系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 圖 小車(chē) 1的子系統(tǒng)模型 圖 使用子系統(tǒng)的三小車(chē)模型 華中科技大學(xué) 研究生課程 72 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 為了可以對(duì)每個(gè)小車(chē)的參數(shù)進(jìn)行賦值，要做以下設(shè)置： ⑴ 對(duì)小車(chē) 1，將標(biāo)簽為 LeftSpring的增益模塊的增益系數(shù)設(shè)置為 k1，標(biāo)簽為RightSpring 的增益模塊的增益系數(shù)設(shè)置為 k2，標(biāo)簽為 1/mass的增益模塊的增益系數(shù)設(shè)置為 1/m1。 ⑶ 對(duì)小車(chē) 3，將標(biāo)簽為 LeftSpring的增益模塊的增益系數(shù)設(shè)置為 k3，標(biāo)簽為RightSpring 的增益模塊的增益系數(shù)設(shè)置為 k4，標(biāo)簽為 1/mass的增益模塊的增益系數(shù)設(shè)置為 1/m3。set the spring constants and block mass values ? k1=1。 ? m2=3。 ? 仿真結(jié)束后，在 Matlab窗口中把所得到的小車(chē) 3的顯示數(shù)據(jù)繪制成圖。此模型與例 全等價(jià)，但它要更容易使用。 本節(jié)將主要以此彈簧－質(zhì)量系統(tǒng)為例來(lái)詳細(xì)介紹創(chuàng)建一個(gè)封裝模塊的步驟。該對(duì)話(huà)框有三個(gè)選項(xiàng)卡。 ? Mask type：該區(qū)內(nèi)容將作為模塊的類(lèi)型顯示在封裝模塊的對(duì)話(huà)框中。 華中科技大學(xué) 研究生課程 78 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 (2) 初始化頁(yè) Initialization 初始化頁(yè)是用來(lái)設(shè)置封裝模塊參數(shù)項(xiàng)的，如圖 。 ? 中區(qū)是用來(lái)設(shè)置封裝模塊對(duì)話(huà)框中的輸入變量項(xiàng)目，如輸入變量或操作選擇等等。非封裝子系統(tǒng)模塊中的變量可以直接在 MATLAB工作間中賦值。 華中科技大學(xué) 研究生課程 80 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 圖 封裝編輯器的文本頁(yè) 圖 封裝編輯器的初始化頁(yè) 華中科技大學(xué) 研究生課程 81 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 (3) 圖標(biāo)頁(yè) Icon 編輯器的圖標(biāo)頁(yè)如圖 ，它是用來(lái)給封裝模塊設(shè)計(jì)自定義圖標(biāo)的。其余的 4個(gè)區(qū)是用來(lái)指定圖標(biāo)的屬性，理解了圖標(biāo)的這些屬性再來(lái)分析圖標(biāo)的繪制命令是很容易的。 華中科技大學(xué) 研究生課程 82 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 ? Icon rotation：第三個(gè)選項(xiàng)為圖標(biāo)旋轉(zhuǎn)選項(xiàng)，其下拉菜單選項(xiàng)為固定和旋轉(zhuǎn)。此參數(shù)下的坐標(biāo)系應(yīng)為象素點(diǎn)坐標(biāo)，圖標(biāo)的左下角為坐標(biāo)系的原點(diǎn)。當(dāng)模塊調(diào)整大小的時(shí)候，坐標(biāo)系同樣被調(diào)整。 華中科技大學(xué) 研究生課程 84 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 回調(diào) 回調(diào)是一種 MATLAB命令，他在某種事件，如打開(kāi)模塊或雙擊模塊等情況發(fā)生時(shí)執(zhí)行。 例如，當(dāng)使用圖形處理工具創(chuàng)建一個(gè)菜單時(shí)，每個(gè)菜單選項(xiàng)通常是與同一個(gè)回調(diào)相對(duì)應(yīng)的，它會(huì)在選項(xiàng)被選中時(shí)自動(dòng)執(zhí)行。 華中科技大學(xué) 研究生課程 85 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 回調(diào) 回調(diào)函數(shù)的介紹 使用 MATLAB的 set_param命令可以加載回調(diào)，具體格式為 set_param(object,parameter,value) 其中： ? object為包含模型名或模塊路徑的 MATLAB字符串。例如，對(duì)于 car_mod模型中的子系統(tǒng) Controller中的 Gain_1模塊， object應(yīng)為字符串‘ car_mod/Controller/Gain_1’。 華中科技大學(xué) 研究生課程 86 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 回調(diào) 例 考慮圖 Simulink模型。 華中科技大學(xué) 研究生課程 87 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 回調(diào) 為了在模型打開(kāi)的時(shí)候自動(dòng)加載此回調(diào)，打開(kāi)模型，并在 MATLAB命令窗口中輸入： set_param(‘callb_1’,’PreloadF’,’im_1’) 保存此模型并關(guān)閉。此模塊是一個(gè)帶有回調(diào)所產(chǎn)生的用戶(hù)界面的增益模塊，其界面如圖 。此回調(diào)應(yīng)包括創(chuàng)建界面圖形并對(duì)其初始化的程序，而且程序還要確認(rèn)在打開(kāi)之前沒(méi)有其它同一模塊的圖形界面打開(kāi)。 ? 界面窗口的控制按鈕操作。 function clbktplt(varargin) % Callback function template % Install this callback by invoking it with the mand % clbktplt(39。init_block39。, if(findobj(