文档介绍：第 7 章动态系统 Simulink
建模与仿真
在前一章已经介绍了简单系统的 Simulink 建模与仿真的基本方法。从中可以看出,
Simulink 是一个集成化、智能化、图形化的建模与仿真工具,它摆脱了 MATLAB 命令行仿
真技术需要记忆大量命令及其使用方法的缺点。在这里只需要了解系统及其数学模型的基本
概念,利用鼠标进行模型选择、连接及基本参数设置就可以进行简单的 Simulink 建模与仿真。
当然对于复杂系统的 Simulink 建模与仿真,还需要进一步了解 Simulink 高级使用技术。本章
就从动态系统的 Simulink 建模与仿真出发,深入介绍 Simulink 的仿真技术。
动态系统 Simulink 仿真模型的建立
由系统框图建立 Simulink 仿真模型
在控制领域,控制系统通常以功能框图的形式进行描述,与 Simulink 仿真模型在结构上
十分相似,因此通过被控系统的框图,很容易建立其 Simulink 仿真模型。下面以直流电机双
闭环调速系统为例来说明通过系统框图建立 Simulink 仿真模型的基本方法。
【例 7-1】已知直流电机双闭环调速系统框图如图 7-1 所示。试设计电流调节器 ACR 和
转速调节器 ASR ,并进行 Simulink 建模仿真。
【解】图 7-1 中外环为电压环,内环为电流环,有关直流双闭环调速系统的参数整定方
法请参考相关专业的书籍,在这里侧重研究由已知系统模型建立 Simulink 仿真模型的方法。
图 7-1 直流双闭环调速系统框图
图中 r(t)为给定输入,采用阶跃信号。 Y(t)为系统输出,表示直流电机的转速。 ASR 为转速
调节器,由 PI 调节器组成。 ACR 为电流调节器,也是一个 PI 调节器。根据直流双闭环调速系统
ATLAB R2008
M 控制系统动态仿真实例教程
工程整定方法,进行 ASR 和 ACR 的参数整定时,首先断开转速环,整定电流调节器 ACR 。然
后接通转速环,整定转速环 ASR ,同时调节电流环参数。根据上述分析,首先建立直流双闭环
调速系统的高层仿真模型,其中转速调节器和电流调节器由空白子系统组成,如图 7-2 所示。
图 7-2 直流双闭环调速系统 Simulink 仿真模型
图 7-2 中给定速度输入信号 R(t)由信号源模块库的 Step (阶跃)信号生成,通过改变阶
跃信号的幅值,可以改变双闭环调速系统给定输入电压,其变化范围为- 10V~ 10V 。负载电
流信号 IL 也由阶跃信号生成,通过改变阶跃输入信号的幅值和时间,可观察系统在不同负载
下的转速响应。输入滤波环节 1 、 007 、 05 、转速
.0 01s + 1 .0 01s +1 .0 002s + 1
调节器输入滤波环节 1 及其他模块为传递函数描述的数学模型,在 Simulink 仿真中,
.0 002s + 1
可使用 Continue (连续系统)模块库的 Transfer Fcn 模块实现。增益模块可以使用 Math (数
学)模块库的 Gain 来实现。转速调节器 ASR 和电流调节器 ACR 首先由两个空白子系统组成,
结果如图 7-2 所示。
下面对转速调节器 ASR 和电流调节器 ACR 进行设计,结果如图 7-3 和图 7-4 所示。对
图 7-3 和图 7-4 所示的子系统进行封装,可得如图 7-5 所示的结果。利用工程整定及 Simulink
动态调试的方法,对转速调节器和电流调节器进行参数整定,参数结果如图 7-5 所示。
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第 7 章
动态系统 Simulink 建模与仿真
图 7-3 转速调节器子系统 Simulink 模型图 7-4 电流调节器子系统 Simulink 模型
图 7-5 转速调节器 ASR 与电流调节器 ACR 封装后参数设置对话框
Simulink 求解器取系统默认值,运行仿真可得如图 7-6 所示的转速、电流响应曲线及图
7-7 所示的转速调节器输出和电流调节器输出。从仿真结果可以看出,电流、转速响应达到
工程设计要求。
( a) 电流响应( b) 速度响应
图 7-6 直流双闭环调速系统电流及速度响应
( )转速调节器输出( )电流调节器输出
a b
图 7-7 转速调节器及电流调节器输出
由传递函数建立 Simulink 仿真模型
由系统传递函数建立 Simulink 仿真模型可直接使用 Continue 模块库的 Transf