1、2021-11-16主講人：鮑文退出退出Matlab及其應用 講座之五2021-11-16發展歷史基本使用模型介紹數值仿真高級分析例題退出退出主菜單主菜單2021-11-16 1、動態系統仿真 CSCAD(E) 80年代前：自己編程序，C/FORTRAN 90年代后：集成仿真環境 VisSim SimuLink 2、SimuLink發展 1990年出現，叫SimuLab 1992年改名為SimuLink1.0 +3.5 1999年SimuLink 3.0 +5.3 OO2021-11-16 1、Simulink的啟動 1). 命令窗口中鍵入simulink 2). file菜單中選擇new命令

2、的model 3). 工具欄中，按按鈕 4).模型窗口file菜單選擇new命令的model2021-11-16 仿真一個溫度計放入水中，顯示的變化。 1）仿真建立模型：慣性環節 1/(Ts+1) T=10s 2）搭建這個模型：使用simulink 3）開始仿真：a.開始/結束時間 b.仿真方法 4）看看顯示/修改模型參數2021-11-16 1）選擇(多個)/復制模型 2）連線/移動 3）修改模型參數 4）模型名字修改 5）旋轉模型 6）保存文件 7）打印2021-11-16只介紹一些經典模塊 1、數據源部分： A常數模塊 B階躍模塊 B信號發生器 只接受輸入的數字，不接受變量 D時鐘 輸出

3、仿真中的當前時間，以秒為單位。在記錄數據序列中需要這個模塊。2021-11-16 至少有兩行，單調遞增的時間，其它行為對應數據。文本文件或mat文件。對數據文件沒有描述的時間，采用線性插值的方法得到中間數據。使用這個模塊可以設定任意的輸入曲線，對測試試驗數據十分有用。需要注意輸入輸入不能過于稀少，免得導致仿真的精度降低。2021-11-16 這個模塊從工作空間中讀取數據，數據源至少有兩列，第一列為單調遞增的時間，其它列為對應的數據。這個模塊的其它特性和from file一樣。它常用于在MATLAB工作空間處理完數據后，讀入SIMULINK中。2021-11-16a)聚合一般用在顯示、保存或者狀

4、態空間系統的輸入中。b)分離一般用在處理從文件、工作空間讀入數據或者狀態控制系統的輸出分解。c)子系統2021-11-16 1） 示波器 示波器中可以同時顯示多個曲線 2）輸出到文件 3）輸出到工作空間 4）數字顯示 5）XY圖2021-11-16 A）Extras中的增強顯示 譜分析/相關分析 B）DSP模塊 作FFT顯示2021-11-16 1）增益 輸出為輸入與增益的乘積。 2）加法 對輸入作求和（差）操作，輸入可以使兩個或者多個。操作使用+-+-系統給出。 3)傳遞函數 分子分母多項式形式。分母的階次必須大于分子的階次，初始值條件為0。2021-11-16 4）積分 可以設定初始條件。

5、 5）狀態空間 a、b、c、d形式，可以給出初值。 6）擴展 a、PID b、可設定初值的傳函2021-11-16 1）常見非線性 2）MATLAB函數或表達式。它由一個表量或者向量輸入，下面的表達式是有效的：sin、u(1)/u(2)。死區、限幅、滯環、滯后。2021-11-16 3) Fcn:函數 對輸入進行符合c語言規范的數學表達式處理。模塊輸入為u。它使用的函數比較少。它可以進行如sin(u1)之類的計算。 4)保存一步memory2021-11-161）零階保持器。模擬A/D轉換器。2）一階保持器。3）離散積分器，實現離散的歐拉積分。4）離散傳遞函數和離散狀態空間模型（初值）5）延遲

6、：輸入信號做單位延時并保持一個采樣周期。沒有延遲采保，使用零階保持器，大于一個單位的延遲功能，采用Discrete Transfer FCN模塊。2021-11-161）NCD模塊：非線性控制系統設計。例子2）模糊3）神經元網絡4）電力系統5）其它：系統辨識、通訊例子：計算峰峰值 y=sqrt(x).*sin(x).22021-11-16 1）為什么建立子系統 a 減少模塊數 b 有利于調試 c 對大系統/復雜系統有利 2）建立方法 a Subsystem b Group命令 3）輸入輸出 a in / out b 更名2021-11-16 1）大部分模塊可連接向量、可改方向 2）連續系統和離

7、散系統可以共同使用 3）少用matlab FCN 4）模塊可以使用mask產生：iconedit 5）初始化數據:2021-11-16四、數值仿真1、仿真方法1）定步長仿真：1，2，3，4，5 仿真步長的選擇： a 穩定性：最小時間常數的一半 b 精度：更小一些 隨機特性/非線性2）變步長仿真：缺省2021-11-16A Runge-Kutta (包含rk23、rk45)適合于高度非線性或不連續系統，不適合剛性系統；B Adams方法:非線性小、時間常數變化小C stiff方法是專門用于剛性系統仿真D Euler方法比較差，盡量避免使用E Linsim方法適合于接近線性的系統，對線性剛性系統有

8、很大的優越性。2021-11-16步長控制1）容許誤差越大，仿真的精度越低。一般容許誤差應當在0.1到1e-6之間。2）最大步長足夠小，則仿真的精確度比較好，最大步長比較大，可能出現不穩定。3）仿真的最小步長，是仿真開始的步長。設置的過小，如系統不連續，在不連續處容易產生過多的點，會超出可用內存和資源；如果最小步長過大，導致結果不精確。2021-11-16五、高級分析1、模型線性化 函數linmod、dlinmod進行模型的線性化。 a,b,c,d=linmod(sfun,x,u) 注意： 1）SIMULINK模型的輸入輸出必須使用Connectios庫中的Inport和Output模塊來定義

9、，Signal Generator 和Scope不可以作為系統的輸入輸出。 2 ） 函 數 的 s f u n 參 數 必 不 可 少 ， 它 是SIMULINK模型的名字；2021-11-16 3）可使用x,u來設定系統的狀態和輸入工作點，缺省值全為零。 4）MATLAB還提供了一個linmod2函數，它比linmod要精確一些，但運行時間更長。 一旦得到了系統狀態空間形式描述的模型，就可以進一步的進行系統分析，如畫Bode圖，做階躍響應，判斷穩定性，還可以進行控制系統設計。2021-11-16平衡點確定 使用trim函數可以確定平衡點。它的調用格式為： x,u,y,dx=trim(sfun

10、,x0,u0,y0) 其中sfun為模型文件名，x0為初始猜測假設，u0、y0為輸入和輸出值。 MATLAB通過尋優的方式尋找最佳平衡點，多次使用不同的初值尋找平衡點是有必要的。2021-11-16T,X,Y1,.,Yn = sim(model,TIMESPAN,OPTIONS,UT)其中：TimeSpan: TStart OutputTimes TFinal2021-11-161、內存、cpu2、遞階結構：子結構 少用漢字3、代數環：仿真速度減慢.條件:前饋中有： a Gain b 大部分非線性 c 傳函的分子分母同階 d 狀態空間，d=0 解決：a插入memory b 加入高頻傳遞 2021-11-161、自主模塊：可使用s-func, c/fortran2、與其他toolbox聯合使用3、報警的處理:warning 4、simulink動畫2021-11-161、尋找工具箱2、