第九章 SIMULINK仿真环境

第九章 SIMULINK仿真环境

制作: 陈学明

Simulink 简介 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。 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控制系统模型，然后利 用SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真和分析。

Simulink 简介 Simulink是MATLAB的重要组成部分，提供建 立系统模型、选择仿真参数和数值算法、启动 仿真程序对该系统进行仿真、设置不同的输出 方式来观察仿真结果等功能。 大部分专用工具箱只要以matlab主包为基础就 能运行，有少数工具箱(通讯工具箱、信号处 理工具箱等)则要求有simulink工具箱的支持。

Simulink 简介 由于matlab和simulink是集成在一起的，因此用户可 以在两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修 改。 不用命令行编程，由方框图产生.mdl文件(s函数) 当创建好的框图保存后，相应的.mdl文件就自动生成， 这个.mdl文件包含了该框图的所有图形及数学关系信 息。 框图表示比较直观，容易构造，运行速度较快。

系统仿真技术 系统仿真技术涉及到建模理论、计算机软件、数值 方法、嵌入式系统、网络、工程设计等方面的知识， 是学科交叉发展的结果。 仿真技术几乎应用于所有的研究与技术领域，它可 以缩短研发周期、改进生产过程、降低成本以及辅 助决策 系统仿真是以计算机和其它专用物理效应设备为工 具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验， 并借助于专家经验知识、统计数据和信息资料对试 验结果进行分析研究，进而做出决策的一门综合性 的和试验性的学科

系统相关知识 定义：相互联系且相互作用的对象的有机组合 系统的特征：– 均由一些相关的实体组合而成 – 实体具有自身的特征：属性 – 系统通常是动态的，其变化过程称为活动

对系统的研究从以下三个方面入手：– 实体：组成系统的元素，对象 – 属性：实体的特征 – 活动：系统状态变化的过程

系统的分类 按物理特征分类– 工程系统：电气、机械、化工、水利等 – 非工程系统：经济、交通、管理、生态等

按状态变化方式分类– 连续系统»系统状态量随时间连续变化

– 离散事件系统»系统状态只在一些时间点上由于某种随机事件的驱动而 发生变化

系统的分

类其它分类确定系统 随机系统

特征系统输入和输出变量间有完全确定的函数关系 系统内部或环境存在不确定因素并影响输出变量

自治系统(autonomous) 系统无输入变量 非自治系统 系统有输入变量 闭环系统 开环系统 无记忆系统 有记忆系统 线性系统 非线性系统 系统无输入、输出变量 系统有输入、输出变量 系统无状态变量 系统有状态变量 系统的输入输出满足齐次性和叠加性 系统的输入输出不满足齐次性和叠加性

齐次性和叠加性 齐次性：若对于离散系统，如果对任意的输入与 给定的任意常数，恒有 T{au(n)}=aT{u(n)} 叠加性：如果系统对于输入和，输出分别为和，恒 有 T{u1(n) + u2(n)}= T{u1(n)}+ T{u2(n)} 则称系统满足叠加性。 当离散系统同时满足齐次性与叠加性时，则称此离 散系统为线性离散系统。

系统模型 研究系统的目的– 了解系统各组成部分间的关系(内部特性) – 预测系统在一种新的工作策略下的执行情况(外部行为)

有时不能直接把系统作为试验对象– – – – 不具有可行性：系统未建成、行为预测 代价昂贵：生产过程、大型系统、生态系统 不安全：核试验、碰撞试验、军事演习 其它包括涉及到主观因素影响或者不能复原的试验等等

即从可行性、经济性以及安全性等角度考虑，需要 在能模拟实际系统或待设计系统的系统模型上进行 研究

系统模型 模型分类(按表示方式)– 物理模型：实体模型。实际系统尺寸上缩小或放 大后的相似体。描述的逼真感强，但建模费用大， 不易试验，修改参数或结构困难 – 数学模型：用数学形式描述实际系统的结构和性 能，可以描述系统的静态或动态特性。建模费用 低，可反复试验

复杂系统仿真时往往两者相结合

数学建模 数学建模是指对现实世界的一特定对象,为了某特定目的,做出 一些重要的简化和假设,运用适当的数学工具得到一个数学结 构,用它来解释特定现象的现实性态,预测对象的未来状况,提 供处理对象的优化决策和控制,设计满足某种需要的产品等。 一般来说数学建模过程可用如下图所示实际问题 模型假设 模型建立 模型求解

模型应用

模型评价

模型分析

数学模型分类 按照对研究对象的了解程度可以分为白箱模型，灰 箱模型，和黑箱模型。– 白箱模型：可以用力学、电学理论等基本原理清楚地描述 的对象。研究的主要问题是优化设计和控制方面的问题。 – 灰箱模型：主要是指化工、水力、地质、气象、交通和经 济领域中机理尚不清楚的现象。 – 黑箱模型：这类模型主要包括可能是生态、生理、社会领 域中机理 …… 此处隐藏：1544字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……