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15.3 Simulink建模與基本操作
上一節(jié)15.2節(jié)簡單介紹了Simulink的啟動和文件的建立砾脑，并通過一個簡單的示例演示了Simulink仿真模型的建立過程幼驶，介紹了示波器的使用，數(shù)據(jù)處理以及仿真參數(shù)設(shè)置等基本知識韧衣。在這一節(jié)中盅藻，將繼續(xù)通過一個實例，更加深入地介紹Simulink各模塊的基本操作畅铭，包括模塊移動氏淑，復制，連線硕噩，輸出數(shù)據(jù)處理假残，示波器的使用，模型屬性設(shè)置炉擅，顏色設(shè)置和仿真參數(shù)設(shè)置等辉懒，通過這一部分的學習，讀者能夠更加深入地體會到Simulink模型的建立仿真過程谍失。
15.3.1 演示實例
考察下面一個二階RLC串聯(lián)電路電路開關(guān)閉合后狀態(tài)變量的變化情況眶俩。電路如圖15.15所示。
給定電路結(jié)構(gòu)的參數(shù)為：電源為直流電源快鱼，
颠印，
，
抹竹。電路開關(guān)閉合前為零狀態(tài)线罕，當開關(guān)
在
時刻閉合后，求電路狀態(tài)變量電感電流
和電容電壓
的變化情況柒莉。
對于如圖15.15所示的仿真系統(tǒng)中闻坚，可以用系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型來描述電路系統(tǒng)。即可以表示為：
其中 是系統(tǒng)的狀態(tài)變量兢孝，
是系統(tǒng)的輸入窿凤，
是系統(tǒng)的輸出。在Simulink仿真平臺下跨蟹，可以直接輸入變換矩陣
對控制系統(tǒng)進行仿真雳殊，在后面章節(jié)介紹完S-function后，可以使用s-function對這種以狀態(tài)空間模型描述的系統(tǒng)進行仿真窗轩。那么夯秃，首先對圖15.15所示電路進行分析。
以電感電流和電容電壓u_C為狀態(tài)變量，利用電流回路定律仓洼，可以列出電路的KCL方程：
加上電容電壓的方程：
于是可以寫出系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程：
令介陶，
，
色建，
哺呜，于是可以得到原系統(tǒng)的狀態(tài)方程可以表示為：
于是狀態(tài)方程中系數(shù)矩陣則分別為:
得到系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程后，那么就可以進行系統(tǒng)的模型仿真箕戳。在這里某残，首先使用Matlab的M語言對圖15.15所示電路進行仿真。然后利用Simulink仿真工具箱對系統(tǒng)進行仿真陵吸，比較二者的差異玻墅。同時通過Simulink仿真模型，介紹基本的Simulink操作壮虫。
（1）仿真方法一：M文件仿真
程序代碼如下澳厢，M文件仿真結(jié)果如圖15.16所示。
%Model parameters input
R1=4;
L1=0.2;
C1=1e-6;
V=5;
%state-space equation coefficient description
R=[R1 1;-1 0];
D=[-1;0];
L=[L1 0;0 C1];
%standard state-space equation model
%dx=A*x+B*u
A=-inv(L)*R;
B=-inv(L)*D;
C=eye(2);
D=zeros(2,1);
sys=ss(A,B,C,D);
s1=tf(sys);
[y,t]=step(s1);
y_amplitude=V*y;
%disp the result in diagram
subplot(211)
plot(t,y_amplitude(:,1))
grid on
ylabel('iL(A)');
subplot(212)
plot(t,y_amplitude(:,2))
grid on
ylabel('uc(V)');
（2）仿真方法二：基于Simulink模型仿真
按照上一節(jié)中Simulink文件建立的基本步驟建立圖15.17所示的仿真模型旨指。完成模型以后赏酥，按快捷鍵CTRL+S或者Simulink模型窗口菜單欄【File】下的【Save】選項。保存文件名為chapter3_1mdl谆构。要建立圖15.17所示的模型裸扶，需要以下的系統(tǒng)模塊：
· Signal Routing模塊庫中的Demux模塊：它的作用實現(xiàn)輸入向量信號的分解，在此模型中搬素，將輸出的狀態(tài)變量電感電流和電容電壓
分開呵晨；
· 系統(tǒng)輸出庫Sink中的Scope模塊：它的作用觀測輸出變量的圖形，在此模型中熬尺，用來觀測電路狀態(tài)變量,
的變化情況摸屠；
· 系統(tǒng)輸出庫Sink中的out模塊：它的作用作為信號的輸出端口，通常與輸入端口In相配合使用粱哼；
系統(tǒng)輸出庫Sink中的To Workspace模塊和To File模塊：它們的作用分別是把信號輸出到工作窗口中和輸出到數(shù)據(jù)文件.mat文件中季二。
選擇了模塊以后，需要將模塊拖放到新建立的仿真模型中揭措，這里有兩種方法：
①鼠標單擊選中的模塊不放胯舷，將其拖到新建空白仿真模型中，然后松開鼠標左鍵绊含；
②鼠標選中模塊桑嘶，然后單擊右鍵，單擊彈出菜單中的第一個選項Add to ‘chapter3_1_mdl’躬充，模塊就出現(xiàn)在空白仿真模型中逃顶。如圖15.18所示讨便。
將所有需要的模塊按上面兩種方法拖放到空白仿真模型后，擺好相應的位置以政，連接各個模塊霸褒，設(shè)置完模塊的參數(shù)和系統(tǒng)仿真參數(shù)，進行仿真盈蛮，得到圖15.19所示的結(jié)果傲霸。
作者：德特數(shù)據(jù)
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