【正文】 ） 華中科技大學(xué) 研究生課程 45 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 建模方法 ? (3) 在連線之間插入模塊 ? 把該模塊用鼠標(biāo)拖到連線上，然后釋放鼠標(biāo)即可。結(jié)果如圖 。圖 。對(duì)不同的工程，精確程度要求不一樣。 。 22VP ?? ??AC D? ?tV w in10?? ?? ? txF w ?? ?? ? ??? ?xF h in30?? ?xxKF d e s i r e dec ?? ??cF desiredx? eK50?eK華中科技大學(xué) 研究生課程 53 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 系統(tǒng)仿真舉例 比例控制器的輸入為汽車的期望速度值，它由一個(gè)滑塊增益模塊（ Slider Gain）外加一個(gè)常數(shù)輸入模塊（ Constant）組成。 華中科技大學(xué) 研究生課程 55 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 系統(tǒng)仿真舉例 ? 混和系統(tǒng) PID控制器仿真 ? 混合系統(tǒng)包括連續(xù)和離散兩種元素。 ? 其表達(dá)式為： ? 對(duì)此積分部分需要注意的問題是，若 plant模塊對(duì)起輸入信號(hào)的變化響應(yīng)相對(duì)比較飽滿，則積分就會(huì)很快的增加，這種現(xiàn)象成為 “ 積分飽和 ” 。比例部分由一個(gè)領(lǐng)零階保持和一個(gè)比例增益模塊組成。 ? 得示波器圖形如圖 。 Sinlulilnk也提供了類似的功能 —— 子程序。如圖。 華中科技大學(xué) 研究生課程 65 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 下面分別介紹這兩種方法。 圖 壓縮后的模型圖 華中科技大學(xué) 研究生課程 68 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 若想查看子系統(tǒng)內(nèi)容或?qū)ψ酉到y(tǒng)進(jìn)行再編輯，可以雙擊子系統(tǒng)模塊，則會(huì)出現(xiàn)一個(gè)顯示子系統(tǒng)內(nèi)容的新窗口。 華中科技大學(xué) 研究生課程 69 2022/5/27 ? 要使用子系統(tǒng)模塊創(chuàng)建新的子系統(tǒng)，先從 Signals amp。 單個(gè)小車系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程如下： ? ? ? ?? ?nnnnnnn xxknxkmx ???? ??? 1111??1x 2x 3x圖 彈簧－質(zhì)量系統(tǒng) 先建立如圖 單個(gè)小車系統(tǒng)的子系統(tǒng) nx 1?nx1?nx圖 單個(gè)小車系統(tǒng) 華中科技大學(xué) 研究生課程 71 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 使用子系統(tǒng)模塊創(chuàng)建如圖 ，此子系統(tǒng)用來(lái)模擬一個(gè)小車的運(yùn)動(dòng)。設(shè)置速度積分模塊的初始值為 0，位置積分模塊的初始值為 1。 ? m3=2。雙擊 Springmass1模塊可以打開該模塊屬性的對(duì)話框。下面分別討論這三個(gè)選項(xiàng)卡的功能和使用。此頁(yè)也包括三個(gè)區(qū)域。而封裝子系統(tǒng)的模塊則不能。 ? Icon fram: 第一個(gè)屬性為圖標(biāo)框選項(xiàng)，他由一個(gè)下拉菜單組成，分別有可見、不可見選項(xiàng)。 ? Autoscale：該選項(xiàng)使得圖標(biāo)圖形恰好充滿整個(gè)模塊。 例如，通常雙擊一個(gè)模塊時(shí)，屏幕上將會(huì)顯示出此模 4塊的對(duì)話框。如果回調(diào)是關(guān)于模型動(dòng)作的，則 object為模型名。若模型以 ，其中常數(shù)塊的值設(shè)置為 In_val。 本小節(jié)介紹這種圖形界面的創(chuàng)建過(guò)程和相關(guān)的程序問題。 經(jīng)驗(yàn)表明在回調(diào) M文件中加入加載回調(diào)的語(yǔ)句是非常有用的。, init_f 。t o。 switch action, case 39。 ? 包含該模塊的子系統(tǒng)被關(guān)閉 (ParentCloseF)，則關(guān)閉界面。 線性模塊庫(kù)中的滑塊增益模塊就是一個(gè)很好的例子。 例如，回調(diào)一名為 M文件，則 value應(yīng)為字符串‘ set_gain’。 回調(diào)在更多的情況下是一個(gè)可以完成指定操作的 M文件。 若要再次封裝此子系統(tǒng)，選著 【 EditMask subsystem】 即可。它有三個(gè)選項(xiàng)： ? Pixed：用來(lái)設(shè)置繪圖系為絕對(duì)坐標(biāo)系，其效果為當(dāng)模塊圖調(diào)整大小時(shí)，圖標(biāo)不隨其大小的改變而改變。 【 Deawing mands】 區(qū)是以 MATLAB語(yǔ)句來(lái)繪制圖標(biāo)的編輯區(qū)。 華中科技大學(xué) 研究生課程 79 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 封裝子系統(tǒng)與非封裝子系統(tǒng)的一個(gè)重要的區(qū)別在于 模塊對(duì)話框中變量的作用范圍 。 ? Block help：當(dāng)對(duì)話框中的 【 help】 按鈕按下時(shí)， MATLAB的幫助系統(tǒng)將顯示此區(qū)中的內(nèi)容，其內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包括使用此模塊的詳細(xì)說(shuō)明。選中此模塊，在窗口的菜單中執(zhí)行【 EditMask subsystem】 指令，彈出如圖 。 為了更好的理解封裝的含義，見圖 。 ? m1=1。設(shè)置速度積分模塊的初始值為 0，位置積分模塊的初始值為 1。子系統(tǒng)作為模型的一部分，當(dāng)模型被保存時(shí)，子系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存。 二、子系統(tǒng)模塊 在創(chuàng)建模型的時(shí)候，如果需要一個(gè)子系統(tǒng)，也可以直接在子系統(tǒng)窗口中創(chuàng)建。輸入端口和輸出端口的默認(rèn)名分別為 In1和 Out1。一種辦法是對(duì)已存在的模型的某些部分或全部使用菜單命令 【 Edit/Create Subsystem】 進(jìn)行壓縮轉(zhuǎn)化，使之成為子系統(tǒng)； 在圖 ，將模型的這兩個(gè)部分轉(zhuǎn)化為子系統(tǒng)。 第七章 Simulink建模和仿真 華中科技大學(xué) 研究生課程 61 2022/5/27 ? Simulink子系統(tǒng) ? 絕大多數(shù)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言都有使用子程序的功能?？刂破鞯奈⒎植糠职ㄒ粋€(gè)離散傳遞函數(shù)模塊和一個(gè)增益模塊。其中 ? 此模型除控制器 ? 的部分之外都與例 1是完全相同的。這三個(gè)部分都對(duì)計(jì)算誤差v進(jìn)行 操作。顯示模塊（ Display）用作速度表，而示波器模塊（ Scope）則記錄了速度變化曲線，如圖 。于是選 。 xeFwFhF?圖 斜坡上的汽車 由牛頓第二定律，汽車的運(yùn)動(dòng)方程為： hwe FFFxm ?????eFKgF e 100,1 0 0 02 0 0 0 汽車的質(zhì)量為假設(shè)－ ??其中 m代表汽車的質(zhì)量， x為汽車的位移 。如研究空中管制問題，所關(guān)心的是飛機(jī)質(zhì)心動(dòng)力學(xué)與坐標(biāo)動(dòng)力學(xué)模型；如果研究飛機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性問題，則關(guān)心的是飛機(jī)繞質(zhì)心的動(dòng)力學(xué)和駕駛儀動(dòng)力學(xué)模型。如圖 。如圖 ，模塊 State Space的輸入為二維矩陣，在加粗的輸入輸出線的上方分別標(biāo)出了相應(yīng)矩陣的維數(shù)。 ? 還有一種情況如圖 ，要把一條直線分成斜線段。一下我們將討論模塊連接的相關(guān)問題。 圖 模塊的陰影效果 圖 調(diào)整模塊的方向 華中科技大學(xué) 研究生課程 42 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 建模方法 ? 五、模塊名的處理 ? (1) 模塊名的顯示與否選定模塊，選取菜單 Format下的 Hide Name，模塊名就會(huì)被隱藏，同時(shí) Hide Name改為 Show Name。例如，對(duì)一個(gè)傳遞函數(shù)模塊指定如下的屬性格式字符串： ? 優(yōu)先級(jí)＝％ priority\n傳函分母＝％ Denominator ? 該模塊顯示如圖 ： 如果參數(shù)的值不是字符串或數(shù)字，參數(shù)值的位置會(huì)顯示 N/S(not supported)。它包括如下幾項(xiàng)： ? (1) 說(shuō)明（ Description） ? 是對(duì)該模塊在模型中用法的注釋。 ? 在圖 的基礎(chǔ)上又加了編號(hào)，這是 Simulink的約定：每個(gè)模型中的模塊和名稱是一一對(duì)應(yīng)的，相同的模塊或不同的模塊都不能用同一個(gè)名字。此過(guò)程如圖 。 圖 積分模塊屬性對(duì)話框 華中科技大學(xué) 研究生課程 33 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 建模方法 利用 Simulink建立物理系統(tǒng)和數(shù)學(xué)系統(tǒng)的仿真模型， 關(guān)鍵是對(duì) Simulink提供的功能模塊進(jìn)行操作，即用適當(dāng)?shù)姆绞綄⒏鞣N模塊連接在一起。 (2) initial condition source 此項(xiàng)用來(lái)從初始條件參數(shù)或外部模塊中獲取初始條件。圖 。這條規(guī)則確保了模塊被更新時(shí)輸入有效。 ? (3) 定模塊更新次序 ? 在仿真中， Simulink更新狀態(tài)和輸出都要根據(jù)事先確定的模塊更新次序，而更新次序?qū)Ψ结樈Y(jié)果的有效性來(lái)說(shuō)非常關(guān)鍵。 Simulink只把當(dāng)前值、模塊的輸入以及狀態(tài)量傳給這些函數(shù)計(jì)算模塊的輸出。計(jì)算微分可以分兩步進(jìn)行： 華中科技大學(xué) 研究生課程 11 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 Simulink的概述和基本操作 ① 首先，按照排序所決定的次序計(jì)算每個(gè)模塊的輸出。 二、仿真運(yùn)行原理 Simulink仿真包括兩個(gè)階段；初始化階段和模型執(zhí)行階段 (1) 模塊初始化 在初始化階段主要完成以下工作 ： ① 模型參數(shù)傳給 Matlab進(jìn)行估值，得到的數(shù)值結(jié)果將作為模型的實(shí)際參數(shù)； ② 展開模型的各個(gè)層次，每一個(gè)非條件執(zhí)行的子系統(tǒng)被它所包含的模塊所代替； 華中科技大學(xué) 研究生課程 10 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 Simulink的概述和基本操作 ③ 模型中的模塊按更新的次序進(jìn)行排序。世界上許多知名的大公司已經(jīng)使用 Simulink作為他們產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)的強(qiáng)有力工具。另外 Simulink還提供一套圖形動(dòng)畫的處理方法，使用戶可以方便的觀察到仿真的整個(gè)過(guò)程。 ? 支持 Matlab仿真是 Simulink工具箱， Simulink一般可以附在Matlab上同時(shí)安裝，也有獨(dú)立版本來(lái)單獨(dú)使用。研究生課程 材料科學(xué)與工程學(xué)院 控制與接口技術(shù) 主講教師：葉春生 Tel:02787558370 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 華中科技大學(xué) 研究生課程 2 2022/5/27 控制與接口技術(shù) ?第一章 緒論 ?第二章 線性離散系統(tǒng)的分析與校正 ?第三章 控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與綜合 ?第四章 STM32處理器及其應(yīng)用 ?第五章 數(shù)控（ CNC）系統(tǒng)及其插補(bǔ)原理 ?第六章 數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) ?第七章 SIMULINK交互式仿真集成環(huán)境 華中科技大學(xué) 研究生課程 3 2022/5/27 ? Simulink的概述和基本操作 ? 基本模塊 ? 建模方法 ? 系統(tǒng)仿真舉例 ? ? 回調(diào) ? S函數(shù) ?本章小結(jié) 內(nèi)容提要 華中科技大學(xué) 研究生課程 4 2022/5/27 概述 ? 在計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，許多科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)由于其復(fù)雜性越來(lái)越高，因此與計(jì)算機(jī)的接合日趨緊密。其中 MathWorks公司推出的 Matlab由于有強(qiáng)大的功能和友好的用戶界面受到越來(lái)越多的科技工作者的青睞，尤其是控制領(lǐng)域的專家和學(xué)者 . 華中科技大學(xué) 研究生課程 5 2022/5/27 ? Matlab具有友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境、簡(jiǎn)單易學(xué)的編程語(yǔ)言、強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理能力、出色的圖形和圖像處理功能、能適應(yīng)多領(lǐng)域應(yīng)用的工具葙、適應(yīng)多種語(yǔ)言的程序接口、模塊化的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)級(jí)的仿真功能等，諸多的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。 ? Simulink模型可以用來(lái)模擬線性和非線性、連續(xù)和離散或者兩者的混合系統(tǒng) ， 也就是說(shuō)它可以用來(lái)模擬幾乎所有可能遇到動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。 ? 目前，隨著軟件的升級(jí)換代，在軟硬件的接口方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，使用 Simulink可以很方便地進(jìn)行實(shí)時(shí)的信號(hào)控制和處理、信息通信以及 DSP的處理。若需要一個(gè)由幾個(gè)函數(shù)復(fù)合的特殊信號(hào)，則可以使用源模塊生成信號(hào)并將其送入 Matlab工作間或文件中。所運(yùn)用的仿真解法器（仿真算法）依賴于模型提供它的連續(xù)狀態(tài)微分能力。 Simulink通過(guò)調(diào)用模塊的輸出函數(shù)計(jì)算模塊的輸出。這是通過(guò)調(diào)用模塊獲得下一個(gè)采樣時(shí)間函數(shù)來(lái)完成的。 ? 基于上述分類， Simulink使用下面兩個(gè)基本規(guī)則對(duì)模塊進(jìn)行排序： ? ① 每個(gè)模塊必須在它驅(qū)動(dòng)的所有模塊更新之前被更新。 ? 表 。它用在當(dāng)重置信號(hào)中發(fā)生觸發(fā)事件時(shí)，模塊將照初始條件重置狀態(tài)。 華中科技大學(xué) 研究生課程 32 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 基本模塊 ? (9) Absolute tolerance 此參數(shù)用來(lái)設(shè)置模塊狀態(tài)的絕對(duì)誤差。選取多個(gè)模塊時(shí)，在所有模塊所占區(qū)域的一角按下鼠標(biāo)左鍵不放，拖向該區(qū)域的對(duì)角，在此過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)虛框，當(dāng)虛框包住了要選的所有模塊后，放開鼠標(biāo)左鍵，這時(shí)在所有被選模塊的角上都會(huì)出現(xiàn)小黑方塊，表示模塊被選中了。 華中科技大學(xué) 研究生課程 36 2022/5/27 第七章 Simulink建模和仿真 建模方法 ? 另一種方法是先選定要復(fù)制的模塊，選擇 Edit下的 Copy命令，然后選擇 Paste命令。