东北大学精品课程控制系统仿真chapter 5.ppt

高等应用数学问题的MATLAB求解 第5 章 Simulink 在系统仿真中的应用 主要内容 Simulink 建模的基础知识 Simulink 建模与仿真 非线性系统分析与仿真 子系统与模块封装技术 M-函数、S-函数编写及其应用 本章要点小结 5.1 Simulink 建模的基础知识 Simulink 简介 Simulink 下常用模块简介 Simulink 下其他工具箱的模块组 5.1.1 Simulink 简介 输入 open_system (‘ simulink ’) 命令将打开模型库，库中还有下一级的模块组，如连续模块组、离散模块组和输入输出模块组等，用户可以用双击的方式打开下一级的模块组，寻找及使用所需要的模块。 单击 MATLAB 命令窗口工具栏中的Simulink 图标，也可以打开 Simulink 模块浏览器窗口。 5.1.2 Simulink 下常用模块简介 5.1.3 Simulink 下其他工具箱的模块组 5.2Simulink 建模与仿真 Simulink 建模方法简介 仿真算法与控制参数选择 Simulink 在控制系统仿真研究中的应用举例 5.2.1 Simulink 建模方法简介 5.2.2 仿真算法与控制参数选择 Solver options 的 Type 栏目有两个选项，允许用户选择定步长和变步长算法。 仿真精度控制有 Relative Tolerance 选项、Absolute Tolerance 等，其中相对误差限的默认值设置为 1e-3，该值在实际仿真中显得偏大，建议选择 1e-6 和 1e-7。值得指出的是，由于采用的变步长仿真算法，所以将误差限设置到这样小的值也不会增加太大的运算量。 在仿真时还可以选定最大允许的步长和最小允许的步长，这可以通过填写 Max step size 栏目和 Min step size 的值来实现，如果变步长选择的步长超过这个限制则将弹出警告对话框。 一些警告信息和警告级别的设置可以从其中的 Diagnostics 标签下的对话框来实现，具体方法在这里就不赘述了。 5.2.3 Simulink 在控制系统 仿真研究中的应用举例 【例5-3】考虑例 4-19 中介绍的多变量系统阶跃响 应仿真问题。由于含有时间延迟，所以不可能直接 用 feedback( )函数构造闭环系统模型，所以在例 4-19的仿真中采用了 近似的方法将时间延迟近 似为二阶传递函数的形式进行仿真的，然而仿真的 精度到底如何当时无法验证。 有了 Simulink 这样的工具，就可以容易地建立起精确的仿真模型，如图 5.3.1分段线性的非线性环节 5.3.3 非线性系统的线性化 5.4 子系统与模块封装技术 5.4.1 子系统概念及构成方法 5.4.2 模块封装方法 5.5 Simulink中的M-函数和S-函数及其应用 M-函数模块的基本结构 S-函数的基本结构 用 MATLAB 编写S-函数举例 S-函数的封装 5.5.1 M-函数模块的基本结构 5.5.2 S-函数的基本结构 5.5.3 用 MATLAB 编写S-函数举例 5.5.4 S-函数的封装 5.4.3 模块集构造 blkStruct.Name = sprintf(PID Control\n Simulation\nBlockset); blkStruct.OpenFcn = pidblock; % 这个变量指向模块集文件名 blkStruct.MaskDisplay = disp(PID\nBlockset); % 模块显示 function y=satur_non(x) if abs(x)=3, y=2*sign(x); else, y=2/3*x; end 5.3.2 非线性系统的极限环研究 子系统概念及构成方法 模块封装方法 模块集构造 这时离散控制器的传递函数模型为: 这些语句能够得出和 Simulink 完全一致的结果，且分析格式更简单，但也应该注意到其局限性，因为该方法只能分析线性系统，若含有非线性环节则无能为力，而 Simulink 求解则没有这样的限制。 建立了仿真模型之后，就可以给出下面 MATLAB命令，对该系统进行仿真，并得出该时变系统的阶跃响应曲线，如图所示。 Simulink仿真框图如下： 5.3非线性系统分析与仿真 分段线性的非线性环节 非线性系统的极限环研究 非线性系统的线性化 控制系统计算机辅助设计－MATLAB语言与应用 (第二版) 东北大学信息学院 控制系统计算机辅助设计－MATLAB语言与应用 东北大学信息学院 薛定宇 著《控制系统计算机辅助设计—MATLAB 语言与应用》第二版，清华大