计算机仿真第四章教程分析.pptVIP

第 4 章 MATLAB/Simulink下数学模型的建立与仿真 4.1Simulink模块库简介 在工程实际中，控制系统的结构往往很复杂，如果不借助专用的系统建模软件，则很难准确地把一个控制系统的复杂模型输入计算机，对其进行进一步的分析与仿真。 1990年，Math Works软件公司为MATLAB提供了新的控制系统模型图输入与仿真工具，并命名为SIMULAB，该工具很快就在控制工程界获得了广泛的认可，使得仿真软件进入了模型化图形组态阶段。但因其名字与当时比较著名的软件SIMULA类似，所以1992年正式将该软件更名为SIMULINK。 SIMULINK的出现，给复杂系统分析与设计带来了福音。顾名思义，该软件的名称表明了该系统的两个主要功能：Simu（仿真）和Link（连接），即该软件可以利用鼠标在模型窗口上绘制出所需要的系统模型，然后利用SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真和分析。 SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。 所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进行存取），进而进行仿真与分析。 Simulink 下常用模块 4.1.1信号源模块组 Sources 4.1.2连续模块组 Continuous 4.1.3离散模块组 Discrete 4.1.4函数与表格模块组 Look-Up Tables 4.1.5数学运算模块组 Math Operations 4.1.6非线性模块组Discontinuities 4.1.7输出池模块组 Sinks 4.1.8信号与系统模块组 Signal Routing 4.1.9子系统模块组Port Subsystems 4.2Simulink模型的建立 模块的选取 当选取单个模块时，只要用鼠标在模块上单击即可，此时模块的角上出现黑色小方块。选取多个模块时，选取拖拽鼠标的方式把要选择的模块全部包围即可，若所有被选取的模块都出现小黑方块，则表示模块被选中。 模块的连接 直接将两个模块的输出( )与输入( )端口相连即可，如果想快速连接，按【ctrl】。 模块的外形的调整 改变模块的大小 调整模块的方向 给模块加阴影 模块名的显示与消隐 修改模块名 仿真参数的选择 算法设置（Solver） 在Solver里需要设置仿真起始和终止时间、选择合适的解法（Solver）并指定参数、设置一些输出选择。 1、设置起始时间和终止时间（Simulation time） 【Simulation】|【Start time】设置起始时间，而【Stop time】设置终止时间，单位为“秒”。 2、算法设置(Solver option) （1）算法类型设置 仿真的主要过程一般是求解常微分方程组， 【Solver option】|【Type】用来选择仿真算 法的类型是变化的还是固定的。变步长解法可 以在仿真过程中根据要求调整运算步长，在采 用变步长解法时，应该先指定一个容许误差限 （【Relative tolerance】或【Absolute tolerance】），使得当误差超过误差限时自动 修正仿真步长，【Max step size】用于设置 最大步长，在缺省情况下为“auto”，并按下式 计算最大步长： 最大步长=（终止时间-起始时间）/50 （2）仿真算法设置 离散模型：对变步长和定步长解法均采用discrete(no continuous state)。 连续模型：有变步长和定步长两种解法。 变步长解法有：ode45、ode23、ode113、ode15s、ode23s、ode23t，ode23st ode45：四阶/五阶 Runge-Kutta 算法，属单步解法； ode23：二阶/三阶 Runge-Kutta 算法，属单步解法； ode113：可变阶次的 Adams-Bashforth-Moulton PECE算法，属于多步解法； ode15s：可变阶次的数值微分公式算法，属于多步解法； ode23s：基于修正的 Rosenbrock 公式，属单步解法。 定步长解法有：ode4、ode5、ode3、ode2、ode1 ode5：定步长的 ode45 解法； ode4：四阶 Run