第十章SIMULINK基础.ppt

《第十章SIMULINK基础.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第十章SIMULINK基础.ppt（90页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、,第十章 Simulink 基础,第一节 Simulink概述,第三节 Simulink电力系统模块简介,第二节 Simulink 基本模块简介,第四节 Simulink 建模方法和步骤,第五节 Simulink 仿真运行及结果分析,第一节 Simulink概述,二、计算机仿真,建立系统的数学模型。,一、SIMULINK简介,仿真系统的组装，包括设计仿真算法，编制计算机程序 使仿真系统的数学模型能为计算机所接受并在计算机上 运行。,运行仿真模型，进行仿真试验，再根据仿真试验的结果 进一步修正系统的数学模型和仿真系统。,三、Simulink的工作环境,Simulink工作环境具有如下特性：,自动

2、代码生成，以处理连续时间，离散时间以及混合系统；,优化代码，以保证快速执行；,可移植的代码使其应用范围更加广泛；,从Simulink下载到外部硬件上的交互参数使系统在工作状态 下很容易调试；,一个菜单驱动的图形用户界面使得软件的使用非常容易。,为了便于读者对Simulink的初步认识，下面给出图 10-2所示的简单仿真环境，该仿真环境显示的是变频余弦 曲线。,图10-2 simulink的仿真环境,第二节 Simulink 基本模块简介,图10-3 Simulink模块库浏览器,第四章 Matlab数值运算基础,1、信号源模块库（Sources）,信号源模块库为仿真系统提供了连续时间和离散时间

3、的 信号源如表10-1所示：,表10-1 信号源模块及功能,2、 输出模块库（Sinks）,输出模块库中提供了各种功能的输出模块，包括图形显示和数据存贮等，如表10-2所示：,第四章 Matlab数值运算基础,表10-2 输出模块及功能,3 、 连续系统模块库（Continuous）,连续系统模块库提供了连续系统运算功能的多种模块，如表10-3所示：,表10-3 连续系统主要模块及功能,4 、 离散系统模块库（Discrete）,离散系统模块库中提供了滤波器、脉冲传递函数等离散系统模块，如表10-4所示：,表10-4 离散系统主要模块及功能,5、 数学运算模块库（Math operations

4、）,数学运算模块库中提供了包括数学运算、关系运算、复数运算等多种用于数学运算的模块，如表10-5所示：,表10-5 数学运算主要模块及功能,6、 通用模块库（Commonly Used Blocks）,通用模块库中提供了一般建模常用的模块，这些模块在各自的分类模块库中均能找到，但为了使用方便，特将一些常用的模块集中起来组成了该库如表10-6所示：,表10-6 通用模块及功能,7、 信号路径模块库（signal routing）,信号路径模块库提供了信号在模型中流动的各种路径通道的选择，包括信号的分离、汇合以及通道选择等模块，如表10-7所示：,表10-7 信号路径模块库,Simulink模块库

5、中的内置模块均提供了简单的描述与详细的帮助文档，这可以大大方便用户的使用与理解。要查询某个模块的帮助文档只需将该模块移到一个模型文件中，再右击它，在弹出的快捷菜单中选择help就能打开对应的帮助页面了，如图10-4 所示：,图10-4 打开模块的帮助文档 (a)打开帮助文档的命令 ; (b)打开的帮助文档,（a）,（b）,第三节 Simulink电力系统模块简介,图10-5 电力系统模块库,一、电源模块库（Electrical Source）,电源模块库提供了电路、电力系统中常用的各种 理想电源及可编程电源等，如表10-8所示：,表10-8 电源模块库,二、电器元件库（Elements）,电器

6、元件库中提供了各种线性网络电路元件 和非线性网 络电路元件，包括支路元件（Elements）、 输配电线路元件（Lines）、断路器元件（Circuit Breakers）、变压器元件（Transformers）等， 如表10-9所示：,表10-9 电器元件模块及功能,三、电机模块库（Machines）,电机模块库提供了各种形式的电机，并且为了 建模方便还将个别电机模块分成了标么制单位和有 名制单位两种，如表10-10所示：,表10-10 电机模块及功能,四、电力电子模块库（Power Electronics）,电力电子模块库提供了各种电力电子器件 及其附属电路（如脉冲触发电路）等实用的功能

7、模块，如表10-11所示：,表10-10 电机模块及功能,第四节 Simulink 建模方法和步骤,Simulink模型通常包括信源（Source）、功能系统（System）和显示（Sinks）三大部分，见图10-6，这三 部分又分别由相应的功能模块组成，从模块库中找到合 适的模块移到模型文件编辑区中，按要求连接后还要将 各模块元件的参数设置成实际的大小即可完成建模。,一、模块的选取,二、模块的编辑,2、模块的移动,1、模块的选择,3、模块的缩放,4、模块的复制、删除,5、模块的显示属性设置,三、模块的连接及参数设置,1、模块的连接,图10-11 模块的连接 (a)模块连接成功 ; (b)模块

8、连接失败,2、模块连接线的操作,图10-12 分支连接线示例,图10-13 改变连接线的走线形状,3、为信号线加文字标识,图10-14 在连接线上加文字标识,4、参数的设置,图10-15 模块的参数设置,第五节 Simulink 仿真运行及结果分析,图10-16 设置仿真参数,左侧树形图中的项目组含义如下：,Solver（解算器）,Data Import/Export（数据输入输出）,Optimization（优化）,Diagnostics（诊断）,Hardware Implementation（硬件工具）,Model Referencing（模块引用）,一、Solver（解算器）选项,二、数

9、据输入输出（Data Import/Export）,图10-17 数据输入输出参数的设置,三、诊断选项（Diagnostics）,图10-18 仿真异常诊断设置,四、观察Simulink的仿真结果,1）将信号输出到显示模块,2）将仿真结果存储到工作空间,3）将仿真结果通过输出端口返回到Matlab命令窗口， 再利用绘图命令绘出输出图形在Sinks模块组中有 一个名 Out1的模块，将数据输入到这个模块，该 模块就会将数据输出到Matlab命令窗口，并用名为 yout的变量保存，同时还将时间数据用tout变量保存。,五、简单的模型示例,图10-19所示是一个非常简单的电路分析，模拟工频 交流电的

10、阻感响应。,图10-19 一个简单的Simulink模型,图10-20 仿真的结果,第六节 SIMULINK典型模块使用的简单示例,【例10-1】：数组的乘法运算的SIMULINK仿真 在“SIMULINK”环境下，点击工具栏上的新建快 捷按钮，则空白的尚未命名的模型文件编辑区如 图10-21所示。,图10-21 空白模型文件编辑器,图10-22 数组的乘法运算模块连接图,图10-23 Constant模块参数设置对话框,图10-24 Constant1模块参数设置对话框,图10-25 数组的乘法运算的“Product”模块设置对话框,参数设置后的模型文件编辑界面如图10-26所示。,图10-

11、26 设置参数后的数组乘法运算模块连接图,仿真之前，点击菜单栏上的“Simulation” “Configuration Parameters”，出现一对话框，点击此对话框中“Solver”处的下拉箭头，从弹出的选项中选取“discrete(no continuous states)”；将“Solver options”中的“Max step size”设置为0.2。以下各例同此。 最后点击工具栏上的仿真按钮，仿真结果如图10-27所示。,图10-27 数组的乘法运算仿真结果,【例10-2】：矩阵的乘法运算的SIMULINK仿真 矩阵的乘法运算模块调用与数组的乘法运算模块调用一样，首先要对所调

12、用的模块进行参数的设置。比如要做size分别为34和43两个矩阵的乘法运算，对这两个矩阵的参数设置的“Constant”对话框分别如图10-28、图10-29所示：,图10-28 34矩阵的参数设置对话框,图10-29 43矩阵的参数设置对话框,图10-30 矩阵的乘法运算的“Product”模块设置对话框,图10-31 矩阵的乘法运算仿真结果,图10-32 数组的除法运算模块连接图,【例10-3】：数组的除法运算的SIMULINK仿真,图10-33 设置参数后的数组除法运算模块连接图,图10-34 数组的除法运算仿真结果,【例10-4】：矩阵的除法运算的SIMULINK仿真 矩阵AB代表in

13、v(A)*B。求A的逆阵inv(A)时， 从“Math Operations”中调用“Divide”模块。双击该 模块，对话框如图10-35所示。,图10-35 Divide设置对话框,在图10-35中，保留“Number of input”标签处的“/”，删去“*”，再选“Multiplication”标签处的“Matrix(*)”，设置后如图10-36所示，此时 “Divide” 模块的外观由原来的 变为 。,图10-36 设置后的Divide对话框,图10-37 矩阵除法运算模块连接图,图10-38 矩阵除法运算的仿真结果,【例10-5】：数组连接的SIMULINK仿真,图10-39 数

14、组的模块连接图,图10-40 “Matrix concatenation”模块设置对话框,图10-41 数组的水平连接仿真结果,图10-42 数组的水平连接另一仿真结果,图10-43 数组的垂直连接,【例10-6】：数组重组的SIMULINK仿真,图10-44 数组重组的模块连接,图10-45 “reshape”模块设置对话框,图25中的“Output dimensionality”中共有4个选项，选“Column vector”和“1-D array”选项，可将输 入的数组重塑成列向量，如图10-46所示。,图10-46 32的数组重塑成列向量,选“Row vector”选项，可将输入的数组

15、重塑成行向量。如图10-47所示。,图10-47 32的数组重塑成行向量,选“Customize”时，“Output dimensions”功能启用，在其下的可编辑框内输入新的行数和列数，如图10-48所示。,图10-48 32数组重塑成23数组的设置对话框,重塑后的数组仿真结果如图10-49所示。,图10-49 32数组重塑成23数组的仿真结果,【例10-7】：FIR数字带通滤波器的SIMULINK仿真示例 有一频率分别为10Hz、20Hz和30Hz的混合信号，利用带通滤波器将20Hz的信号从混合信号中分离出来，仿真过程如下： 从“Sourses”模块组中取出三个“Sine Wave”模块；

16、从“Math Operations”模块组中取出“Add”模块和“Gain”模块；滤波器模块取法如下：单击“Simulink Library Browser”“Signal Processing Blockset” “Filtering”“Filter Designs”，则在右侧出现“Digital Filter Designs”滤波器模块，如图10-50所示，从中取出此模块。,图10-50 定位“Digital Filter Design”模块图,从“Sinks”模块组中取出两个“Scope”模块，将各模块连接起来，如图10-51所示。模型文件命名为“firbandpass”。,图10-51

17、 FIR带通数字滤波器模块连接图1,图10-51中，“Add”模块，左端默认输入数是2，由于此例有三个输入，故需将其重新进行设置，设置方法为双击该模块，将出现的对话框中的“List of signs”标签下的“+”后再添一个“+”即可（图略）。同样，“Scope”模块默认的输入端是一个，图10-51中第一个“Scope”模块有四个输入端，设置方法为双击该模块，出现空的示波器（图略），点击工具栏上的参数设置按钮，出现如图10-52所示的会话框。,图10-52 示波器参数设置对话框,将会话框中的“Number of axes”中的默认值 “1” 改为“4”即可。四个输入端的“Scope”模块显示的

18、分别是10Hz、20Hz、30Hz和滤出的20Hz的信号波形。一个输入端的“Scope1”模块显示的是混合信号的波形。下面对输入的三个正弦波进行参数设置。双击第一个正弦波，将出现的会话框中的幅值改为2，频率改为10Hz，根据奈奎斯特准则，采样时间选为0.01s，参数设置后如图10-53所示。,图10-53 正弦波参数设置对话框,另外两个正弦波设置方法同（图略），幅值分别为“4” 和“6”，频率分别为“20Hz”和“30Hz”，采样频率依然是0.01s。 双击“Digital Filter Design”模块，对弹出的对话框中进行 参数设置，在“Response Type”标签下选“Bandpa

19、ss”；“Design Method”标签下选“FIR”，且选FIR的“Equiripple”方法；“Filter Order”中的“Specify order”填“100”；“Options”中的“Density Factor”填“30”；“Frequency Specifications”中的“Units”选“Hz”； “Fs”、“Fstop1”、“Fpass1”、“Fpass2”和“Fstop2”处分别填“100”、 “15”、“19”、“22”和“26”，其它不变，然后点最下行的“Design Filter” 按钮，所设计的带通滤波器如图10-54所示。,图10-54 FIR带通滤波器

20、设计界面图,参数设置好后，模块连接如图10-55所示。为了直观显示输入的不同频率的正弦波，将图10-54中输入端的三个正弦波的默认标识做了修改。方法很简单，只要单击原标识，在出现的动态文本框内修改即可，修改后新标识如图10-55中所示。同时，图中对各模块做了外观修饰，做法如下：用鼠标右击要修饰的模块弹出上下文菜单选择自己喜欢的风格即可。,图10-55 FIR带通滤波器设计模块连接图2,仿真之前，点击菜单栏上的“Simulation” “Configuration Parameters”，出现一对话框，点击 此对话框中“Solver”处的下拉箭头，从弹出的选项中 选取“discrete(no continuous states)”，如图10-56所示。,图10-56 “Configuration Parameters”对话框,点击工具栏上的仿真按钮，然后双击示波器“Scope”和“Scope1”，则仿真结果如图10-57、10-58 所示。,图10-57 FIR带通滤波器仿真结果1,图10-58 混合信号仿真波形图,图10-57中第四个波形显示的是被滤出的20Hz的信号，可见其衰减得很严重，为了清楚显示之，故在滤波器的输出端增加了放大器“Gain”，在此设置放大倍数为10。重新仿真后，如图10-59所示。,图10-59 FIR带通滤波器仿真结果2,