Simulink基礎入門教程【完整版】.pdf

Simulink基礎入門教程【完整版】.pdf

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1、SIMULINK(1)SIMULINK(1)快速入門快速入門本章主要內容和學習目的首先介紹計算機仿真技術和仿真建模方法的基本概念,以便對建模和仿真有個初步和整體的認識;然后對Simulink進行簡單介紹,并以一個簡單例子進行引導;最后介紹Simulink的工作原理,為后續(xù)的深入掌握Simulink打下基礎。ò動態(tài)系統(tǒng)的計算機仿真ò仿真三要素òSimulink與建模仿真òSimulink的安裝ò創(chuàng)建一個簡單模型ò模型基本結構1.1動態(tài)系統(tǒng)的計算機仿真1.1.1系統(tǒng)與模型1.系統(tǒng)系統(tǒng)只指具有某些特定功能

2、、相互聯(lián)系、相互作用的元素的集合。這里的系統(tǒng)是指廣義上的系統(tǒng),泛指自然界的一切現(xiàn)象與過程,例如工程系統(tǒng)如控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等,非工程系統(tǒng)如股市系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等。2.系統(tǒng)模型系統(tǒng)模型是對實際系統(tǒng)的一種抽象,是對系統(tǒng)本質(或是系統(tǒng)的某種特性)的一種描述。模型具有與系統(tǒng)相似的特性。好的模型能夠反映實際系統(tǒng)的主要特征和運動規(guī)律。模型可以分為實體模型和數(shù)學模型。實體模型又稱物理效應模型,是根據(jù)系統(tǒng)之間的相似性而建立起來的物理模型,如建筑模型等。數(shù)學模型包括原始系統(tǒng)數(shù)學模型和仿真系統(tǒng)數(shù)學模型。原始系統(tǒng)

3、數(shù)學模型是對系統(tǒng)的原始數(shù)學描述。仿真系統(tǒng)數(shù)學模型是一種適合于在計算機上演算的模型,主要是指根據(jù)計算機的運算特點、仿真方式、計算方法、精度要求將原始系統(tǒng)數(shù)學模型轉換為計算機程序。靜態(tài)系統(tǒng)模型動態(tài)系統(tǒng)模型連續(xù)系統(tǒng)模型離散系統(tǒng)模型代數(shù)方程集中參數(shù)分布參數(shù)差分方程微分方程偏微分方程1.1.2計算機仿真1.仿真的概念仿真是以相似性原理、控制論、信息技術及相關領域的有關知識為基礎,以計算機和各種專用物理設備為工具,借助系統(tǒng)模型對真實系統(tǒng)進行試驗的一門綜合性技術。2.仿真分類(1)實物仿真:又稱物理仿真。是指研制

4、某些實體模型,使之能夠重現(xiàn)原系統(tǒng)的各種狀態(tài)。早期的仿真大多屬于這一類。優(yōu)點:直觀,形象,至今仍然廣泛應用。缺點:投資巨大、周期長,難于改變參數(shù),靈活性差。(2)數(shù)學仿真:是用數(shù)學語言去描述一個系統(tǒng),并編制程序在計算機上對實際系統(tǒng)進行研究的過程。優(yōu)點:靈活性高,便于改變系統(tǒng)結構和參數(shù),效率高(可以在很短時間內完成實際系統(tǒng)很長時間的動態(tài)演變過程),重復性好缺點:對某些復雜系統(tǒng)可能很難用數(shù)學模型來表達,或者難以建立其精確模型,或者由于數(shù)學模型過于復雜而難以求解(3)半實物仿真:又稱數(shù)學物理仿真或者混合仿真

5、。為了提高仿真的可信度或者針對一些難以建模的實體,在系統(tǒng)研究中往往把數(shù)學模型、物理模型和實體結合起來組成一個復雜的仿真系統(tǒng),這種在仿真環(huán)節(jié)中存在實體的仿真稱為半物理仿真或者半物理仿真,如飛機半實物仿真等。3.計算機仿真計算機仿真是在研究系統(tǒng)過程中根據(jù)相似性原理,利用計算機來逼真模擬研究系統(tǒng)。研究對象可以是實際的系統(tǒng),也可以是設想中的系統(tǒng)。在沒有計算機以前,仿真都是利用實物或者它的物理模型來進行研究的,即物理仿真。物理仿真的優(yōu)點是直接、形象、可信,缺點是模型受限、易破壞、難以重用。計算機仿真可以用于研

6、制產品或設計系統(tǒng)的全過程,包括方案論證、技術指標確定、設計分析、故障處理等各個階段。如訓練飛行員、宇航員的方針工作臺和仿真機艙等。1.2仿真的三要素計算機仿真的三個基本要素是系統(tǒng)、模型和計算機,聯(lián)系著它們的三項基本活動是模型建立、仿真模型建立(又稱二次建模)和仿真試驗。數(shù)學仿真采用數(shù)學模型,用數(shù)學語言對系統(tǒng)的特性進行描述,其工作過程是:ò建立系統(tǒng)的數(shù)學模型;ò建立系統(tǒng)仿真模型,即設計算法,并轉化為計算機程序,使系統(tǒng)的數(shù)學模型能為計算機所接受并能在計算機上運行;ò運行仿真模型,進行仿真試驗,再根據(jù)仿真

7、試驗的結果進一步修正系統(tǒng)的數(shù)學模型和仿真模型。1.3Simulink與建模仿真1.3.1SimulinkSimulink是一種用來實現(xiàn)計算機仿真的軟件工具。它是MATLAB的一個附加組件,可用于實現(xiàn)各種動態(tài)系統(tǒng)(包括連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)和混合系統(tǒng))的建模、分析和仿真。特點:易學易用,能夠依托MATLAB提供的豐富的仿真資源1.3.2Simulink的應用領域(1)通訊與衛(wèi)星系統(tǒng);(2)航空航天系統(tǒng);(3)生物系統(tǒng);(4)船舶系統(tǒng);(5)汽車系統(tǒng);(6)金融系統(tǒng);(7)控制系統(tǒng)。1.3.3Simulin

8、k應用舉例(原教材P6例子)在Matlab命令窗口中輸入dblcart1右圖所示的模型用來x'=Ax+BuDemuxy=Cx+Du模擬雙質量-彈簧系ActualPositionPlant統(tǒng)在光滑平面上受一個周期力情況下的運In1KOut1In1Out1In2crtanim2Inputs&動狀態(tài),其中周期力FeedbackStateSensorsAnimationgainusingestimatorfunction只作用在左邊的質量LQRdesign.塊上。Inputs

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