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Simulink交互式仿真
Simulink是一个进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。它可以处理的系统包括:线性、非线性系统;离散、连续及混合系统;单任务、多任务离散事件系统。
Simulink有两大特征:一,建模借助鼠标交互实现;二,模型运作以时间流方式进行。所以即使比较熟悉MATLAB工作环境和编程模式的读者,在初入Simulink领地时,也不免感到生疏。为帮助读者亲身跨过Simulink门槛,本章第2节以算例形式对建模的数学基础、基本器件、操作手法、工作平台进行了细节性的描述。就详细程度而言,尤以本章第一个算例为最,初学者切莫跳过。
像MATLAB编程需要函数、子函数、条件分支、循环控制一样,Simulink建模,尤其是创建较复杂的模型,就必须有简装子系统、精装子系统、使能子系统、触发子系统、循环子系统。本章的第3、4、5节就专门阐述这些子系统创建、工作机理、以及应用示例。
从时间角度分,Simulink模型有连续和离散之分。本章除第6节用于专述纯离散系统和采样离散系统建模外,其余章节所涉的内容对连续、离散两种系统都适用。
已建Simulink模型的运行、仿真分析,即可以通过鼠标手工操纵,也可以借助一组指令自动操控。鼠标操纵法的特点是:该法只能在Simulink模型窗中实施,参数的设置必须由“人”通过对话窗进行。而指令自动操控法可以摆脱Simulink模型窗,在执行过程中无须人工参与。本章第7节的内容就是为Simulink模型的指令自动操控而设计的。
本章第8节是出于Simulink模型解算的数值问题而编写的。该节还给出了消减仿真模型中“代数环困扰”的具体方法。
就像MATLAB编程中用户常常需要编写“供自己专用的模块化函数”那样,在Simulink建模中,用户也会需要创建一些“供自己专用的模块”,即S函数模块。有关S函数模块的创建在本章的最后一节介绍。
在这引言结束之前,本书读者再次诚恳地建议读者:对待本章的算例,一定要“眼、脑、手”并用,一定要在机器具体运作,切忌停留于“翻阅”。为读者参照需要,本章所有算例中带exm前缀的MDL模型文件和相关的M文件都存放在随书光盘的mfile目录上。
引导
Simulink模型本质和一般结构
(1)Simulink块图模型的本质
Simulink模型的一般结构
创建块图模型的方法和基本环境
(1)
(2)
(3)
图 -2 Simulink库浏览器的组成
(4)
(5)
连续系统建模
微分方程建模和积分模块
微分方程块图模型的创建和操作细节
【-1】-1所示的系统中,已知质量kg,,弹簧系数N/m,且质量块的初始位移m,其初始速度m/sec,要求创建该系统的Simulink模型,并进行仿真运行。
-1 弹簧—质量—阻尼系统
(1)
(2)
(3)
-2 复制进建模所需的各种库模块后的模型编辑器
图 -3 常用模块子库的库藏
(4)
(5)
-4 经模型窗内模块再复制后的模型编辑器
(6)
(7)
图 -5 经布局和增益模块方向反转的模型草图
(8)
图 -6 完成前馈通路连接的模型草图
图 -7 完成<Gian>模块的输入输出口信号线的连接
(9)
-8 改变<Gain>模块的增益
-9 完成连线和增益设置后的模型窗
(10)
图 -10 <Integrator1>设置窗
(11)
(12)
-11 完全符合题给要求的系统仿真模型
-12 默认设置下示波器显示的信号曲线
(13)
-13 经纵轴范围自动调整后显示的信号曲线
创建微分方程的向量化块图模型
【-2】利用模块的向量处理能力,-1系统的Simulink仿真模型。
(1)
(2)
-13 示波器参数设置对话框
-14 上显示窗的纵坐标范围设置
(3)
(4)
-15 利用库模块处理向量信号的能力构件的仿真模型