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动态仿真模块方框图

动态仿真模块®是动态系统的图形化建模和仿真环境。您可以创建块关系图,其中块表示系统的各个部分。一个块可以代表一个物理组件、一个小系统或一个功能。输入/输出关系充分表征了块。考虑以下例子:

  • 水以一定的流速进入桶里,桶就会变重。块可以表示桶,流量为输入,重量为输出。

  • 你用扩音器让别人听到你的声音——扩音器一端产生的声音在另一端被放大。扩音器是块,输入是声波的源头,输出是你听到的声波。

  • 你推一辆车,它就移动了——车是块,你施加的力是输入,车的位置是输出。

只有定义了块的输入和输出,块的定义才算完整;此任务与模型的目标相关。例如,如果建模目标不涉及它的位置,那么小车速度可能是一个自然的输出选择。

Simulink提供的块库是按功能分组的块的集合。例如,要对一个将输入乘以常数的扩音器建模,您可以使用获得阻挡数学操作图书馆。

一个声波进入扩音器作为它的输入,一个更响亮的版本的同一波出来作为它的输出。

>符号表示一个块的输入和输出,它可以连接到其他块。

您可以将块连接到其他块以形成系统并表示更复杂的功能。例如,音频播放器将数字文件转换为声音。数字表示从存储器中读取,经过数学解释,然后转化为物理声音。处理数字文件以计算声音波形的软件可以是一个块;接收波形并将其转化为声音的扬声器可以是另一个模块。生成输入的组件是另一个块。

要在Simulink中对扩音器的正弦波输入建模,需要包含一个正弦波源。

Simulink的主要功能是模拟系统组件随时间变化的行为。在其最简单的形式中,该任务包括保持一个时钟,确定模拟块的顺序,并将在框图中计算的输出传播到下一个块。以扩音器为例。在每个时间步,Simulink必须计算正弦波的值,将其传播到扩音器,然后计算其输出的值。

在每个时间步中,每个块从它的输入中计算它的输出。一旦图中的所有信号在给定的时间步长下被计算出来,Simulink就会确定下一个时间步长(基于模型配置和数值求解算法),并推进仿真时钟。然后每个块计算新的时间步长的输出。

在模拟中,时间的进程与真正的时钟不同。每个时间步所花费的时间与完成该时间步的计算所花费的时间相同,无论该时间步代表的是几分之一秒还是几年。

通常,组件的输入对其输出的影响不是瞬时的。例如,打开加热器不会导致温度立即变化。相反,这个作用为微分方程提供了输入。温度的历史(a状态)也是一个因素。当仿真需要求解微分或差分方程时,Simulink使用内存和数值求解器来计算时间步长的状态值。

Simulink处理数据分为三类:

  • 信号——阻断输入和输出,在模拟过程中计算

  • 状态——表示块动态的内部值,在模拟过程中计算

  • 参数——影响块行为的值,由用户控制

在每一个时间步,Simulink计算信号和状态的新值。相比之下,您可以在构建模型时指定参数,并且可以在模拟运行时偶尔更改它们。

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