simulink建模仿真实例详解

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1、SIMULINK(1)SIMULINK(1)快速入门快速入门本章主要内容和学习目的首先介绍计算机仿真技术和仿真建模方法的基本概念，以便对建模和仿真有个初步和整体的认识；然后对Simulink进行简单介绍，并以一个简单例子进行引导；最后介绍Simulink的工作原理，为后续的深入掌握Simulink打下基础。ò动态系统的计算机仿真ò仿真三要素òSimulink与建模仿真òSimulink的安装ò创建一个简单模型ò模型基本结构1.1动态系统的计算机仿真1.1.1系统与模型1.系统系统只指具有某些特定功能、相互联

2、系、相互作用的元素的集合。这里的系统是指广义上的系统，泛指自然界的一切现象与过程，例如工程系统如控制系统、通讯系统等，非工程系统如股市系统、交通系统、生物系统等。2.系统模型系统模型是对实际系统的一种抽象，是对系统本质（或是系统的某种特性）的一种描述。模型具有与系统相似的特性。好的模型能够反映实际系统的主要特征和运动规律。模型可以分为实体模型和数学模型。实体模型又称物理效应模型，是根据系统之间的相似性而建立起来的物理模型，如建筑模型等。数学模型包括原始系统数学模型和仿真系统数学模型。原始系统数学模型是对系统

3、的原始数学描述。仿真系统数学模型是一种适合于在计算机上演算的模型，主要是指根据计算机的运算特点、仿真方式、计算方法、精度要求将原始系统数学模型转换为计算机程序。静态系统模型动态系统模型连续系统模型离散系统模型代数方程集中参数分布参数差分方程微分方程偏微分方程1.1.2计算机仿真1.仿真的概念仿真是以相似性原理、控制论、信息技术及相关领域的有关知识为基础，以计算机和各种专用物理设备为工具，借助系统模型对真实系统进行试验的一门综合性技术。2.仿真分类（1）实物仿真：又称物理仿真。是指研制某些实体模型，使之能够重

4、现原系统的各种状态。早期的仿真大多属于这一类。优点：直观，形象，至今仍然广泛应用。缺点：投资巨大、周期长，难于改变参数，灵活性差。（2）数学仿真：是用数学语言去描述一个系统，并编制程序在计算机上对实际系统进行研究的过程。优点：灵活性高，便于改变系统结构和参数，效率高（可以在很短时间内完成实际系统很长时间的动态演变过程），重复性好缺点：对某些复杂系统可能很难用数学模型来表达，或者难以建立其精确模型，或者由于数学模型过于复杂而难以求解（3）半实物仿真：又称数学物理仿真或者混合仿真。为了提高仿真的可信度或者针对一

5、些难以建模的实体，在系统研究中往往把数学模型、物理模型和实体结合起来组成一个复杂的仿真系统，这种在仿真环节中存在实体的仿真称为半物理仿真或者半物理仿真，如飞机半实物仿真等。3.计算机仿真计算机仿真是在研究系统过程中根据相似性原理，利用计算机来逼真模拟研究系统。研究对象可以是实际的系统，也可以是设想中的系统。在没有计算机以前，仿真都是利用实物或者它的物理模型来进行研究的，即物理仿真。物理仿真的优点是直接、形象、可信，缺点是模型受限、易破坏、难以重用。计算机仿真可以用于研制产品或设计系统的全过程，包括方案论证、

6、技术指标确定、设计分析、故障处理等各个阶段。如训练飞行员、宇航员的方针工作台和仿真机舱等。1.2仿真的三要素计算机仿真的三个基本要素是系统、模型和计算机，联系着它们的三项基本活动是模型建立、仿真模型建立（又称二次建模）和仿真试验。数学仿真采用数学模型，用数学语言对系统的特性进行描述，其工作过程是：ò建立系统的数学模型；ò建立系统仿真模型，即设计算法，并转化为计算机程序，使系统的数学模型能为计算机所接受并能在计算机上运行；ò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模型。1

7、.3Simulink与建模仿真1.3.1SimulinkSimulink是一种用来实现计算机仿真的软件工具。它是MATLAB的一个附加组件，可用于实现各种动态系统（包括连续系统、离散系统和混合系统）的建模、分析和仿真。特点：易学易用，能够依托MATLAB提供的丰富的仿真资源1.3.2Simulink的应用领域（1）通讯与卫星系统；（2）航空航天系统；（3）生物系统；（4）船舶系统；（5）汽车系统；（6）金融系统；（7）控制系统。1.3.3Simulink应用举例（原教材P6例子）在Matlab命令窗口中输入

8、dblcart1右图所示的模型用来x'=Ax+BuDemuxy=Cx+Du模拟双质量－弹簧系ActualPositionPlant统在光滑平面上受一个周期力情况下的运In1KOut1In1Out1In2crtanim2Inputs&动状态，其中周期力FeedbackStateSensorsAnimationgainusingestimatorfunction只作用在左边的质量LQRdesign.块上。Inputs