实例介绍
【实例简介】第七章 Simulink建模和仿真 7.1 Simulink的概述和基本操作
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在计算机技术飞速发展的今天,许多科学研究、工程设计由 于其复杂性越来越高,因此与计算机的接合日趋紧密。也正 是计算机技术的介入,改变了许多学科的结构、研究内容和 研究方向。例如,计算流体力学、计算物理学、计算声学等 新兴学科的兴起,均与计算机技术的发展分不开。控制理论、 仿真技术本身与计算机的接合就十分紧密,而随着专业领域 的研究深入和计算机软硬件技术的发展,这种联系呈现更加 紧密。计算控制论的建立,足以说明这个问题。而这种发展, 又以系统仿真技术的发展分不开的。 • 为了满足用户对工程计算的要求,一些软件公司相继推出一 批数学类科技应用软件,如Matlab、Xmath、Mathematica、 Maple等。其中MathWorks公司推出的Matlab由于有强大的功 能和友好的用户界面受到越来越多的科技工作者的青睐,尤 其是控制领域的专家和学者 . 第七章 Simulink建模和仿真 • Matlab具有友好的工作平台和编程环境、简单易学的编程语言、 强大的科学计算和数据处理能力、出色的图形和图像处理功能、 能适应多领域应用的工具葙、适应多种语言的程序接口、模块化 的设计和系统级的仿真功能等,诸多的优点和特点。 • 支持Matlab仿真是Simulink工具箱,Simulink一般可以附在 Matlab上同时安装,也有独立版本来单独使用。但大多数用户都 是附在Matlab上,以便能更好地发挥Matlab在科学计算上的优势, 进一步扩展Simulink的使用领域和功能。 • 本章详细地向用户介绍Simulink地建模方法、使用操作、以及使 用Simulink进行系统级的仿真和设计原理。使读者通过本章地学 习,不但可以进一步掌握计算机仿真的基本概念和理论,也可以 初步学会使用Simulink去真正地运用仿真技术解决科研和工程中 地实际问题。 第七章 Simulink建模和仿真 7.1 Simulink的概述和基本操作 • 近几年来,在学术界和工业领域,Simulink已经成为动态系 统建模和仿真领域中应用最为广泛的软件之一。Simulink可 以很方便地创建和维护一个完整地模块,评估不同地算法和 结构,并验证系统的性能。由于Simulink是采用模块组合方 式来建模,从而可以使得用户能够快速、准确地创建动态系 统的计算机仿真模型,特别是对复杂的不确定非线性系统, 更为方便。 • Simulink模型可以用来模拟线性和非线性、连续和离散或者 两者的混合系统,也就是说它可以用来模拟几乎所有可能遇 到动态系统。另外Simulink还提供一套图形动画的处理方法, 使用户可以方便的观察到仿真的整个过程。 • Simulink没有单独的语言,但是它提供了S函数规则。所谓 的S函数可以是一个M函数文件、FORTRAN程序、C或C 语言 程序等,通过特殊的语法规则使之能够被Simulink模型或模 块调用。S函数使Simulink更加充实、完备,具有更强的处 理能力。 第七章 Simulink建模和仿真 7.1 Simulink的概述和基本操作 • 同Matlab一样,Simulink也不是封闭的,他允许用户可 以很方便的定制自己的模块和模块库。同时Simulink也 同样有比较完整的帮助系统,使用户可以随时找到对应 模块的说明,便于应用。 • 综上所述,Simulink就是一种开放性的,用来模拟线性 或非线性的以及连续或离散的或者两者混合的动态系统 的强有力的系统级仿真工具。 • 目前,随着软件的升级换代,在软硬件的接口方面有了 长足的进步,使用Simulink可以很方便地进行实时的信 号控制和处理、信息通信以及DSP的处理。世界上许多 知名的大公司已经使用Simulink作为他们产品设计和开 发的强有力工具。 第七章 Simulink建模和仿真 7.1 Simulink的概述和基本操作 源模块 系统模块 显示模块 图7.1.1 Simulink模型元素关联图 7.1.2 基本操作 一、模型基本结构 一个典型的Simulink模型包括如下三种类型的元素: ① 信号源模块 ② 被模拟的系统模块 ③ 输出显示模块 如图7.1.1所示说明了这三种元素之间的典型关系。系统 模块作为中心模块是Simulink仿真建模所要解决的主要部分; 信号源为系统的输入,它包括常数信号源函数信号发生器 (如正弦和阶跃函数波等)和用户自己在Matlab中创建的自 定义信号或Matlab工作间中三种。输出模块主要在Sinks库 中。 第七章Simulink建模和仿真 7.1 Simulink的概述和基本操作 • Simulink模型并不一定要包含全部的三种元素,在实际应用 中通常可以缺少其中的一个或两个。例如,若要模拟一个系 统偏离平衡位置后的恢复行为,就可以建立一个没有输入而 只有系统模块加一个显示模块的模型。在某种情况下,也可 以建立一个只有源模块和显示模块的系统。若需要一个由几 个函数复合的特殊信号,则可以使用源模块生成信号并将其 送入Matlab工作间或文件中。 二、仿真运行原理 Simulink仿真包括两个阶段;初始化阶段和模型执行阶段 (1) 模块初始化 在初始化阶段主要完成以下工作: ① 模型参数传给Matlab进行估值,得到的数值结果将作为模 型的实际参数; ② 展开模型的各个层次,每一个非条件执行的子系统被它所 包含的模块所代替;
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