实验四SIMULINK仿真模型的建立及仿真.docx
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实验四SIMULINK仿真模型的建立及仿真
实验四SIMULINK仿真模型的建立及仿真
(一)
一、实验目的:
1、熟悉SIMULINK模型文件的操作。
2、熟悉SIMULINK建模的有关库及示波器的使用。
3、熟悉Simulink仿真模型的建立。
4、掌握用不同的输入、不同的算法、不同的仿真时间的系统仿真。
二、实验内容:
1、设计SIMULINK仿真模型。
2、建立SIMULINK结构图仿真模型。
3、了解各模块参数的设定。
4、了解示波器的使用方法。
5、了解参数、算法、仿真时间的设定方法。
例7.1-1已知质量m=1kg,阻尼b=2N.s/m。
弹簧系数k=100N/m,且质量块的初始位移x(0)=0.05m,其初始速度x’(0)=0m/s,要求创建该系统的SIMULINK模型,并进行仿真运行。
步骤:
1、打开SIMULINK模块库,在MATLAB工作界面的工具条单击SIMULINK图标,或在MATLAB指令窗口中运行simulink,就可引出如图一所示的SIMULINK模块浏览器。
图一:
SIMULINK模块浏览器
2、新建模型窗,单击SIMULINK模块库浏览器工具条山的新建图标,引出如图二所示的空白模型窗。
图二:
已经复制进库模块的新建模型窗
3、从模块库复制所需模块到新建模型窗,分别在模块子库中找到所需模块,然后拖进空白模型窗中,如图二。
4、新建模型窗中的模型再复制:
按住Ctrl键,用鼠标“点亮并拖拉”积分模块到适当位置,便完成了积分模块的再复制。
5、模块间信号线的连接,使光标靠近模块输出口;待光标变为“单线十字叉”时,按下鼠标左键;移动十字叉,拖出一根“虚连线”;光标与另一个模块输入口靠近到一定程度,单十字变为双十字;放开鼠标左键,“虚连线”变变为带箭头的信号连线。
如图三所示:
图三:
已构建完成的新模型窗
6、根据理论数学模型设置模块参数:
设置增益模块参数,双击模型窗重的增益模块,引出如图四所示的参数设置窗,把增益栏中默认数字改为2,单击[OK]键,完成设置;
图四:
参数已经修改为2的增益模块设置窗
参照以上方法把增益模块的增益系数改为100;
修改求和模块输入口的代数符号,双击求和模块,引出如图五所示的参数设置窗,把符号栏中的默认符号(++)修改成所需的代数符号(--),单击[OK]键,完成设置;
图五:
改变输入口符号的求和模块参数设置窗
对积分模块的初始状态进行设置:
双击积分模块,引出如图六所示的参数设置窗,把初始条件Initialcondition栏中的默认0初始修改为题目给定的0.05,单击[OK]键,完成设置。
图六:
实现初始位移0.05设置的设置窗
7、仿真运行参数采用默认解算器“ode45”、默认“变步长”和默认仿真终止时间10
8、把新建模型保存为exm070101.mdl
9、试运行,以便发现问题加以改善
双击示波器模块,引出示波器显示窗,并使它不与exm070101模型窗重叠。
单击exm070101模型窗上的仿真启动键,使该模型运行,在示波器上呈现的运行结果可能如图七所示。
图七:
坐标范围设置不当时的信号显示
单击Scope显示窗上的纵坐标范围自动设置图标,示波器显示窗改变为如图八所示。
在显示窗中,可以看到位移x(t)的变化曲线,同时可以发现:
纵坐标的适当范围大致在[-0.06,0.06];仿真时间取[0,5]即可,显示曲线不够光滑。
图八:
采用轴自动设置功能后的信号显示
10、据试运行结果,进行仿真参数的再设置
示波器纵坐标设置:
用鼠标点击示波器的黑色显示屏,在弹出菜单中选择AxesProperties,引出纵坐标设置对话窗(如图九),把纵坐标的下限、上限分别设置为-0.06和0.06,点击[OK]键,完成设置;
图九:
对显示屏的纵坐标范围进行设置
示波器时间显示范围的修改:
单击示波器的参数设置图标,引出示波器参数设置窗(如图十);在General卡片的Axes区的Timerange栏中填写5或auto,点击[OK]键,完成设置;
图十:
对示波器时间显示范围的设置
显示曲线的光滑化设置:
选中exm070101模型窗的下拉菜单项Simulation\ConfigurationParameters,引出仿真参数配置窗(如图十一);再在该窗左侧的选择栏中,选中DataImport/Export项,与之相应的参数设置栏便出现在窗口的右侧;把右半窗下方Saveoptions区中Refinefactor栏中的默认值改为5,点击[OK]键,完成设置;
图十一:
通过仿真参数配置窗设置输出曲线光滑因子
完成以上修改后的模型窗(如图十二),再次运行exm070101,可得比较满意的位移变化曲线,如图十三。
图十二:
仿真参数调整运行后的exm070101模型
图十三:
适当地显示仿真所得的位移变化曲线
三、实验小结
在本次实验中,根据物理定理建立微分方程,并以此微分方程创建SIMULINK模型的完整步骤:
微分方程的整理,模块的复制,信号线的构画,模块参数设置,示波器的调整,仿真参数的设置。
通过这次实验,让我知道了连续时间系统的建模与仿真,在实验中,要根据理论数学模型,从系统角度出发,对各模块的非结构参数进行设置,还要根据经验或采用默认方法,对仿真解算器和仿真终止时间进行设置。