Simulink动态系统建模与仿真ppt课件.ppt

1.1Simulink简介Simulink是一个用来建模、仿真和分析动态系统的软件包。它基于MATLAB的框图设计环境，支持线性系统和非线性系统，可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的可视的图形用户接口(GUI)，用户可以在这个可视窗口中通过单击和拖动鼠标操作来完成系统建模。利用这个接口，用户可以像用笔在草纸上绘制模型一样，只要构建出系统的方块图即可。这与以前的仿真软件包要求解算微分方程和编写算法语言程序不同，它提供的是一种更快捷、更直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。创建了系统模型后，用户可以利用Simulink菜单或在MATLAB命令窗口中键入命令的方式选择不同的积分方法来仿真系统模型。对于交互式的仿真过程，使用菜单是非常方便的，但要运行大量的仿真，使用命令行方法则更为有效。例如，执行蒙特卡洛仿真或想要扫描某一范围的参数值时，可以在命令行中输入变参数值，观察参数值改变后的系统输出。此外，利用示波器模块或其他的显示模块，用户可以在仿真运行的同时观察仿真结果，而且可以在仿真运行期间改变仿真参数，并同时观察改变后的仿真结果。最后的结果数据可以输出到MATLAB工作区进行后续处理，或利用命令行命令在图形窗口中绘制仿真曲线。Simulink中的模型分析工具包括线性化工具和调整工具，这可以从MATLAB命令行获取。MATLAB及其工具箱内还有许多其他的适用于不同工程领域的分析工具。由于MATLAB和Simulink是集成在一起的，因此无论何时用户都可以在这两个环境中仿真、分析和修改模型。Simulink系统建模的主要特性如下：框图式建模。Simulink提供了一个图形化的建模环境，通过鼠标单击和拖拉操作Simulink模块，用户可以在图形化的可视环境中进行框图式建模。支持非线性系统。支持混合系统仿真，即系统中包含连续采样时间和离散采样时间的系统。支持多速率系统仿真，即系统中存在以不同速率运行的组件。Simulink建立的系统模型可以是层级模型，因此用户可以采用自下而上或自上而下的方式建立模型，并一层一层地查看各级模型。用户可以根据需要建立自定义子系统，并把自定义子系统内的模块进行封装，封装后的自定义子系统具有与Simulink内嵌模块同样的属性，并可由用户设置模块的属性参数。所有的自定义子系统均可在系统模型中使用。MATLAB与Simulink集成在一起，因此，无论何时在这两个环境中的任一环境下都可以建模、分析和仿真用户模型。1.2运行Simulink演示程序Simulink自带了许多模型演示程序，这些演示程序分别说明了利用Simulink模块搭建的功能不同的模型系统。这里以房屋热力学系统模型为例介绍系统模型的组成及功能，以使读者对Simulink有一个基本认识。1.2.1运行房屋热力学系统演示模型首先运行MATLAB，在MATLAB的命令窗口内键入下列命令(如图1-1所示)：>>mdl='sldemo_househeat';>>open_system(mdl);图1-2图1-2显示的是房屋热力学系统模型的全貌。在模型图的最右侧有一个标注为PlotResults(系统曲线图)的模块，它实际上实现的就是示波器功能，双击该模块，可以打开示波器。在这个例程中，示波器中显示的是Indoorvs.OutdoorTemp(室内与室外温度)和HeatCost(加热费用)三条曲线。为了仿真这个模型系统，首先需要设置仿真参数，这里利用演示模型中已设置好的仿真参数进行仿真。选择Simulation菜单下的Start命令，或者单击Simulink工具栏上的“开始”按钮，系统开始按照模型中设置的参数进行仿真，仿真结果曲线将显示在示波器中。当打开加热器时，系统会自动计算加热所需要的费用，并将加热费用(HeatCost($))曲线在示波器中显示出来，而室内温度(IndoorTemp)也同时显示在示波器中。若要停止仿真，可选择Simulation菜单下的Stop命令，或者单击Simulink工具栏上的“停止”按钮。仿真结束后，选择File菜单下的Close命令关闭模型。图1-3是显示在示波器中的房屋热力学系统模型仿真结果曲线。图1-31.2.2房屋热力学系统模型说明演示程序使用Simulink模块建立了简单的房屋热力学系统模型，该模型使用Simulink中子系统模型的概念来简化模型图，并创建了可重用系统。Simulink中的子系统是一组由Subsystem(子系统)模块表示的模块组。房屋热力学系统模型包括5个子系统：Thermostat(恒温器)子系统、House(房屋)子系统、Heater(加热