第8章__SIMULINK仿真基础.ppt

第8章 Simulink仿真基础 参考教材 : MATLAB程序设计与应用(第二版) 刘卫国 主编 高等教育出版社 Simulink由两个词组成:Simulation（仿真）和Link（连接）。 Simulink是MATLAB的仿真工具箱，该软件用来做系统建模、仿真和分析。 Simulink的特点是：提供了图形用户界面(GUI),使用框图建模，用户只需要一些鼠标操作,将模块库中的系统单元放入模型窗口上，绘制出所需要的系统模型，然后便可启动仿真和分析。 例: 数学模型 框图模型 8.1 Simulink仿真步骤 (1)启动Simulink Simulink Start| Simulink|Library Browser (2)模型建立 点击File|New|Model,打开模型编辑窗口。将模块库中的模块用鼠标左键拖入模型编辑窗口。 模型中用到的模块如下： Step：所在库Sources library Scope：所在库Sinks library Integrator ：所在库Continuous library Gain,Sum ：所在库Math Operations 在Simulink环境下，编辑如下模型 (3)设置系统参数及仿真参数,启动仿真。 仿真参数包括： 开始时间(Start time ) 终止时间(Stop time) 步长(Step size) 求解器(Solver) 误差容限(Error tolerance) 等。 8.2 模块连接 (1)自动连接两模块 选中源模块，按下Ctrl键，用鼠标单击目标模块。 (2)手动连接两模块 鼠标移到源模块的输出，光标变为“十”字形，按下LMB，拖动鼠标到目标模块的输入。 (3)画分支线 在分支处按下鼠标右键，拖动鼠标。 (4)改变模块的方向：选中模块，在Format菜单项中选择： Flip Block:翻转180度 Rotate Block：顺时针旋转90度 8.3 Simulink模块库简介 (1)Continuous（连续系统模块库） Derivative:数值微分 Integrator:连续时间积分 Transfer Fcn:传递函数 State-space:状态空间 (2) Discrete（离散系统模块库） (3) Math Operations（数学运算库） (4) Sinks（接收器模块库） (5) Sources（信号源模块库） 接收器 信号源 例: (1)建模 设置系统参数: R=6e-4 C=1700e-6 L=6E-9 设置仿真参数: 开始时间(Start time ):0 终止时间(Stop time):100微秒 最大步长:0.1微秒 仿真结果: 8.4 SIMULINK仿真参数设置 (1)仿真时间：设置Start time和Stop time (2)仿真步长模式： Variable-step（变步长）： 需设置最大步长，最小步长，初始步长。变步长模式可以在仿真的过程中改变步长，提供误差控制。 Fixed-step（固定步长） (3)求解器 变步长求解器： ode45：四阶/五级龙格－库塔法等。 定步长求解器： ode4：四阶龙格－库塔法等。 (4)误差容限 相对误差容限（ Relative error tolerance） 绝对误差容限（Absolute error tolerance ） 每计算一步，要满足下式要求： 编程仿真——对乒乓球的弹跳过程进行仿真 考虑到弹跳中的能量损耗，损耗系数K（0K=1)，仿真出乒乓球位移随时间变化的关系曲线。 初始条件假设： 初始时刻t0=0，球初始速度v0=v(v0)，初始位移y0=y(t0)。 受力分析：在空中受重力F=mg作用，其中，g=dv/dt。则在t+dt时刻小球的速度为 : v(t+dt)=v(t)-gdt 位移： y(t+dt)=y(t)+v(t)dt 在小球水平撞击的瞬间，即y(t)=0时刻，它的速度和方向改变，大小按损耗比例K衰减。当K=1时，就是无损耗弹跳情况。因此，小球反弹瞬间(t+dt时刻)的速度为： v(t+dt)=-Kv(t)-gdt 反弹瞬间的位移为： y(t+dt)=y(t)-Kv(t)dt=-Kv(t)dt