1、机电控制基础课程设计指 导 书适用专业： 机械电子工程 江 苏 科 技 大 学 机 械 与 动 力 工 程 学 院2008 年 8 月目 录第一章 液压系统的设计1.1 液压系统的设计步骤 11.2 设计内容 11第二章 直流电机调速仿真2.1 PID电机调速原理图 132.2 Simulink仿真 132.3 要求 26第三章 机床电气控制3.1 三菱 F1系列 PLC的编程元件 273.2 三菱 F1系列 PLC的基本指令与编程 293.3 设计内容 34- 1 -第一章 液压系统的设计1.1 液压系统的设计步骤液压系统设计的步骤大致如下：1）明确设计要求，进行工况分析。2）初定液压系统的
2、主要参数。3）拟定液压系统原理图。4）计算和选择液压元件。5）估算液压系统性能。6）绘制工作图和编写技术文件。根据液压系统的具体内容，上述设计步骤可能会有所不同，下面对各步骤的具体内容进行介绍。1.1.1 明确设计要求进行工况分析在设计液压系统时，首先应明确以下问题，并将其作为设计依据。1）主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的位置和空间尺寸的要求。2）主机对液压系统的性能要求，如自动化程度、调速范围、运动平稳性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的要求。3）液压系统的工作环境，如温度、湿度、振动冲击以及是否有腐蚀性和易燃物质存在等情况。在上述工作的基础上，应对主机进行工况分析，
3、工况分析包括运动分析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，由此了解液压缸或液压马达的负载和速度随时间变化的规律，以下对工况分析的内容作具体介绍。图 1位移循环图- 2 - 运动分析主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图(Lt)，速度循环图(vt)，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。1）位移循环图 Lt图 1为液压机的液压缸位移循环图，纵坐标 L表示活塞位移，横坐标 t表示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。2）速度循环图 vt(或 vL)
4、 工程中液压缸的运动特点可归纳为三种类型。图 2为三种类型液压缸的vt图，第一种如图 2中实线所示，液压缸开始作匀加速运动，然后匀速运动， 图 2 速度循环图最后匀减速运动到终点；第二种，液压缸在总行程的前一半作匀加速运动，在另一半作匀减速运动，且加速度的数值相等；第三种，液压缸在总行程的一大半以上以较小的加速度作匀加速运动，然后匀减速至行程终点。vt 图的三条速度曲线，不仅清楚地表明了三种类型液压缸的运动规律，也间接地表明了三种工况的动力特性。 动力分析动力分析，是研究机器在工作过程中，其执行机构的受力情况，对液压系统而言，就是研究液压缸或液压马达的负载情况。1）液压缸的负载力计算。工作机构
5、作直线往复运动时，液压缸必须克服的负载由六部分组成：(1)bmGif FFc式中：Fc 为切削阻力；Ff 为摩擦阻力；Fi 为惯性阻力；FG 为重力；Fm为密封阻力；Fb 为排油阻力。- 3 -图 3导轨形式 切削阻力 Fc：为液压缸运动方向的工作阻力，对于机床来说就是沿工作部件运动方向的切削力，此作用力的方向如果与执行元件运动方向相反为正值，两者同向为负值。该作用力可能是恒定的，也可能是变化的，其值要根据具体情况计算或由实验测定。 摩擦阻力 Ff为液压缸带动的运动部件所受的摩擦阻力，它与导轨的形状、放置情况和运动状态有关，其计算方法可查有关的设计手册。图 3为最常见的两种导轨形式，其摩擦阻力
6、的值为：平导轨： (2)nfV形导轨： (3)2/si(aFf式中：f 为摩擦因数，参阅表 1选取；Fn 为作用在导轨上总的正压力或沿 V形导轨横截面中心线方向的总作用力； 为 V形角，一般为 90。 惯性阻力 Fi。惯性阻力 Fi为运动部件在启动和制动过程中的惯性力，可按下式计算：(4)tvGmaFi表 1 摩擦因数 f导轨类型 导轨材料 运动状态 摩擦因数(f)滑动导轨 铸铁对铸铁启动时低速(v0.16m/s) 高速(v0.16m/s)0.150.20 0.1 0.12 0.050.08滚动导轨铸铁对滚柱(珠) 淬火钢导轨对滚柱(珠)0.0050.020.0030.006静压导轨 铸铁 0
7、.005- 4 -式中：m 为运动部件的质量(kg)；a 为运动部件的加速度(m/s2)；G 为运动部件的重量(N)；g 为重力加速度，g=9.81 (m/s2)；v 为速度变化值(m/s)；t 为启动或制动时间(s)，一般机床 t0.10.5s，运动部件重量大的取大值。 重力 FG垂直放置和倾斜放置的移动部件，其本身的重量也成为一种负载，当上移时，负载为正值，下移时为负值。 密封阻力 Fm密封阻力指装有密封装置的零件在相对移动时的摩擦力，其值与密封装置的类型、液压缸的制造质量和油液的工作压力有关。在初 算 时，可按缸的机械效率(m=0.9)考虑；验算时，按密封装置摩擦力的计算公式计算。 排油
8、阻力 Fb排油阻力为液压缸回油路上的阻力，该值与调速方案、系统所要求的稳定性、执行元件等因素有关，在系统方案未确定时无法计算，可放在液压缸的设计计算中考虑。2）液压缸运动循环各阶段的总负载力。液压缸运动循环各阶段的总负载力计算，一般包括启动加速、快进、工进、快退、减速制动等几个阶段，每个阶段的总负载力是有区别的。 启动加速阶段：这时液压缸或活塞处于由静止到启动并加速到一定速度，其总负载力包括导轨的摩擦力、密封装置的摩擦力(按缸的机械效率m=0.9 计算)、重力和惯性力等项，即：(5)bmGif FF 快速阶段： (6)f 工进阶段： (7)bmGcf 减速： (8)if FF对简单液压系统，上
9、述计算过程可简化。例如采用单定量泵供油，只需计算工进阶段的总负载力，若简单系统采用限压式变量泵或双联泵供油，则只需计算快速阶段和工进阶段的总负载力。3）液压缸的负载循环图。对较为复杂的液压系统，为了更清楚的了解该系统内各液压缸(或液压马达)的速度和负载的变化规律，应根据各阶段的总负载力和它所经历的工作时间 t或位移 L按相同的坐标绘制液压缸的负载时间(Ft)或负载位移(FL)图，- 5 -然后将各液压缸在同一时间 t (或位移)的负载力叠加。图 4为一部机器的 Ft图，其中：0t1 为启动过程；t1t2 为加速过程；t2t3 为恒速过程； t3t4 为制动过程。它清楚地表明了液压缸在动作循环内
10、负载的规律。图中最大负载是初选液压缸工作压力和确定液压缸结构尺寸的依据。图 4负载循环图1.1.2 液压缸的设计计算1) 初定液压缸工作压力 液压缸工作压力主要根据运动循环各阶段中的最大总负载力来确定，此外，还需要考虑以下因素：(1)各类设备的不同特点和使用场合。(2)考虑经济和重量因素，压力选得低，则元件尺寸大，重量重；压力选得高一些，则元件尺寸小，重量轻，但对元件的制造精度，密封性能要求高。所以，液压缸的工作压力的选择有两种方式：一是根据机械类型选；二是根据切削负载选。如表 2、表 3所示。表 2 按负载选执行文件的工作压力负载/N 5000 50010000 1000020000 200
11、0030000 3000050000 50000工作压力/MPa 0.81 1.52 2.53 34 45 5表 3 按机械类型选执行文件的工作压力机 床机械类型磨床 组合机床 龙门刨床 拉床 农业机械 工程机械工作压力MPa a2 35 8 810 1016 20322) 液压缸主要尺寸的计算缸的有效面积和活塞杆直径，可根据缸受力的平衡关系具体计算，详见- 6 -液压与气压传动教材。3) 液压缸的流量计算液压缸的最大流量： (10)/(3maxaxsAq式中：A 为液压缸的有效面积 或 ( )； 为液压缸的最大速度122max(m/s)。液压缸的最小流量： (11)/(3mininsAq式中
12、： 为液压缸的最小速度。min液压缸的最小流量 ，应等于或大于流量阀或变量泵的最小稳定流量。min若不满足此要求时，则需重新选定液压缸的工作压力，使工作压力低一些，缸的有效工作面积大一些，所需最小流量 也大一些，以满足上述要求。minq流量阀和变量泵的最小稳定流量，可从产品样本中查到。1.1.3 液压元件的选择1) 液压泵的确定与所需功率的计算 液压泵的确定(1)确定液压泵的最大工作压力。液压泵所需工作压力的确定，主要根据液压缸在工作循环各阶段所需最大压力 p1，再加上油泵的出油口到缸进油口处总的压力损失 p，即(12)pp1p 包括油液流经流量阀和其他元件的局部压力损失、管路沿程损失等，在系
13、统管路未设计之前，可根据同类系统经验估计，一般管路简单的节流阀调速系统p 为(25)10 5Pa，用调速阀及管路复杂的系统 p 为(515)10 5Pa，p 也可只考虑流经各控制阀的压力损失，而将管路系统的沿程损失忽略不计，各阀的额定压力损失可从液压元件手册或产品样本中查找，也可参照表 4选取。表 4 常用中、低压各类阀的压力损失(pn)阀名 pn(105Pa)阀名 pn(105Pa)阀名 pn(105Pa)阀名 pn(105Pa)单向阀 0.30. 背压阀 38 行程阀 1.52 转阀 1.52- 7 -5换向阀 1.53 节流阀 23 顺序阀 1.53 调速阀 35(2)确定液压泵的流量
14、。泵的流量 根据执行元件动作循环所需最大流pqpq量 和系统的泄漏确定。maxq 多液压缸同时动作时，液压泵的流量要大于同时动作的几个液压缸(或马达)所需的最大流量，并应考虑系统的泄漏和液压泵磨损后容积效率的下降，即(13)/(3maxsqKp式中：K 为系统泄漏系数，一般取 1.11.3，大流量取小值，小流量取大值； 为同时动作的液压缸(或马达)的最大总流量(m3/s)。maxq 采用差动液压缸回路时，液压泵所需流量为：(14)/()(3max21sAp式中： ， 为分别为液压缸无杆腔与有杆腔的有效面积(m 2)； 为max活塞的最大移动速度(m/s)。 当系统使用蓄能器时，液压泵流量按系统
15、在一个循环周期中的平均流量选取，即(15)ziipTKVq1/式中： 为液压缸在工作周期中的总耗油量(m3)； 为机器的工作周期(s)；i iTZ为液压缸的个数。(3) 选择液压泵的规格：根据上面所计算的最大压力 和流量 ，查液ppq压元件产品样本，选择与 和 相当的液压泵的规格型号。pq上面所计算的最大压力 是系统静态压力，系统工作过程中存在着过渡过程的动态压力，而动态压力往往比静态压力高得多，所以泵的额定压力应比系统最高压力大 25%60%，使液压泵有一定的压力储备。若系统属于p高压范围，压力储备取小值；若系统属于中低压范围，压力储备取大值。- 8 -(4)确定驱动液压泵的功率。 当液压泵
16、的压力和流量比较衡定时，所需功率为：(16)(10/kWqp式中： 为液压泵的最大工作压力(N/m2)； 为液压泵的流量(m3/s)；pq为液压泵的总效率，各种形式液压泵的总效率可参考表 5估取，液压泵规格大，取大值，反之取小值，定量泵取大值，变量泵取小值。表 5 液压泵的总效率液压泵类型 齿轮泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵总效率 0.60.7 0.650.80 0.600.75 0.800.85 在工作循环中，泵的压力和流量有显著变化时，可分别计算出工作循环中各个阶段所需的驱动功率，然后求其平均值，即(17)/(21221 nnttPttP式中： ， ， 为一个工作循环中各阶段所需的时间(s)；
17、t2n， ， 为一个工作循环中各阶段所需的功率(kW)。12n按上述功率和泵的转速，可以从产品样本中选取标准电动机，再进行验算，使电动机发出最大功率时，其超载量在允许范围内。 阀类元件的选择(1) 选择依据选择依据为：额定压力，最大流量，动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等。(2) 选择阀类元件应注意的问题1) 应尽量选用标准定型产品，除非不得已时才自行设计专用件。2) 阀类元件的规格主要根据流经该阀油液的最大压力和最大流量选取。选择溢流阀时，应按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，应考虑其最小稳定流量满足机器低速性能的要求。3) 一般选择控制阀的额定流量应比
18、系统管路实际通过的流量大一些，必要时，允许通过阀的最大流量超过其额定流量的 20%。 蓄能器的选择(1) 蓄能器用于补充液压泵供油不足时，其有效容积为：- 9 -(18)(3mtqKlAVpi式中： 为液压缸有效面积( )； 为液压缸行程(m)； 为液压缸损失2l K系数，估算时可取 1.2； 为液压泵供油流量( )；t 为动作时间(s)。p sm/3(2) 蓄能器作应急能源时，其有效容积为：(19)(3mKlAVi当蓄能器用于吸收脉动缓和液压冲击时，应将其作为系统中的一个环节与其关联部分一起综合考虑其有效容积。根据求出的有效容积并考虑其他要求，即可选择蓄能器的形式。 管道的选择(1) 油管类
19、型的选择液压系统中使用的油管分硬管和软管，选择的油管应有足够的通流截面和承压能力，同时，应尽量缩短管路，避免急转弯和截面突变。1)钢管：中高压系统选用无缝钢管，低压系统选用焊接钢管，钢管价格低，性能好，使用广泛。2)铜管：紫铜管工作压力在 6.510MPa 以下，易变曲，便于装配；黄铜管承受压力较高，达 25MPa，不如紫铜管易弯曲。铜管价格高，抗震能力弱，易使油液氧化，应尽量少用，只用于液压装置配接不方便的部位。3)软管：用于两个相对运动件之间的连接。高压橡胶软管中夹有钢丝编织物；低压橡胶软管中夹有棉线或麻线编织物；尼龙管是乳白色半透明管，承压能力为 2.58MPa，多用于低压管道。因软管弹
20、性变形大，容易引起运动部件爬行，所以软管不宜装在液压缸和调速阀之间。(2) 油管尺寸的确定1)油管内径 d按下式计算：(20)(103.4mqq式中： 为通过油管的最大流量(m3/s)； 为管道内允许的流速(m/s)。一般吸油管取 0.55(m/s)；压力油管取 2.55(m/s)；回油管取 1.52(m/s)。2)油管壁厚 按下式计算：pd/2 (21)- 10 -式中：p 为管内最大工作压力；为油管材料的许用压力， =b/n；b 为材料的抗拉强度；n 为安全系数，钢管 p7MPa 时，取n=8；p17.5MPa 时，取 n=6；p17.5MPa 时，取 n=4。根据计算出的油管内径和壁厚，
21、查手册选取标准规格油管。 油箱的设计油箱的作用是储油，散发油的热量，沉淀油中杂质，逸出油中的气体。其形式有开式和闭式两种：开式油箱油液液面与大气相通；闭式油箱油液液面与大气隔绝。开式油箱应用较多。(1) 油箱设计要点1) 油箱应有足够的容积以满足散热，同时其容积应保证系统中油液全部流回油箱时不渗出，油液液面不应超过油箱高度的 80%。2) 吸箱管和回油管的间距应尽量大。3) 油箱底部应有适当斜度，泄油口置于最低处，以便排油。4) 注油器上应装滤网。5) 油箱的箱壁应涂耐油防锈涂料。(2) 油箱容量计算油箱的有效容量 V可近似用液压泵单位时间内排出油液的体积确定。V=Kq (22)式中：K 为系
22、数，低压系统取 24，中、高压系统取 57；q 为同一油箱供油的各液压泵流量总和。 滤油器的选择选择滤油器的依据有以下几点：(1)承载能力：按系统管路工作压力确定。(2)过滤精度：按被保护元件的精度要求确定，选择时可参阅表 6。(3)通流能力：按通过最大流量确定。(4)阻力压降：应满足过滤材料强度与系数要求。表 6 滤油器过滤精度的选择系统 过滤精度(m) 元件 过滤精度(m)低压系统 100150 滑阀 1/3最小间隙70105Pa系统 50 节流孔 1/7孔径(孔径小于 1.8mm)100105Pa系统 25 流量控制阀 2.530140105Pa系统 1015 安全阀溢流阀 1525电液
23、伺服系统 5 高精度伺服系统 2.5 - 11 -1.2 设计内容1.2.1 题目（1）设计一台钻镗两用组合机床动力滑台的液压控制系统。要求其完成的工作循环是：快进工进二工进死挡铁停留快退原位停止。快进快退速度为 7.3m/min，工进速度应能在 6.6660mm/min 范围内无级调速，最大行程为 400mm（其中一工进为 100mm，二工进为 80mm），最大切削力为18KN，运 动部件的 总重量 为 25KN，采用平面 导轨 ，往复运 动加、减速时间均为 0.05s。（2）某厂要设计制造一台双头车床，加工压缩机拖车上一根长轴两端的轴颈。由于零件较长，拟采用零件固定，刀具旋转和进给的加工方
24、式。其加工动作循环是快进工进快退停止。同时要求各个车削头能单独调整。其最大切削力在导轨中心线方向估计为 12000N，所要移 动的总重量估计为 15000N，工作进给要求能在 0.0201.2mmin 范围内进行无级调 速，快速进、退速度一致，为 4 mmin，试设计该液压传动 系统。该机床的外形示意图- 12 -1-左主轴头；2-夹具；3-右主轴头；4-床身；5- 工件（3）设计某专用铣床的机电液控制系统，要求其完成的工作循环是：工件夹紧动力头快进动力头工进延时停留 1s动力头快退到原位工件松开。运动部件的总 重量为 25000N，快 进与快退速度相等，均为5m/min，工进速度为 100
25、1200mm/min，最大行程为 400mm，其中工进行程为180mm，最大切削力为 18000N，采用平面导轨，往复运动加、减速时间均为0.05s。（4）某立式组合机床的动力滑台采用液压传动，已知切削负载为 28000N，滑台工进速度为 50mm/min，快 进、快退速度为 6m/min，滑台（包括动力头）的质量为 1500kg，滑台对导轨 的法向作用力为 1500N，往复运动的加、减速时间为0.05s，滑台采用平面导轨 ，fs=0.2,fd=0.1,快速行程为 100mm，工作行程为 50mm1.2.2 设计要求 液压系统工况分析（含负载分析、速度循环分析、负载循环图等） 拟定液压系统原理
26、图（附运动部件动作循环图、电磁铁动作顺序表等） 液压系统的计算1.2.3 分组每个班级，根据学号分组设计1）18 号 第 1题2）916 号 第 2题3）1724 号 第 3题4）25 第 4题- 13 - 14 -第二章 直流电机调速仿真2.1 PID 电机调速原理图直流电机 PID调速原理图如下所示，输入信号 in与反馈信号 out相减后经过比例积分微分运算后传递给被控对象（电机） ，反馈信号可由测速发电机得到并输出至比较器，构成一个闭环系统。由于加入积分运算，整个系统是一个无差系统，可根据需要进行 P控制、PI 控制和 PID控制，实际速度控制中PI控制采用较多。比 例微 分积 分被 控
27、 对 象+-I n O u t+图 5 PID电机调速原理图2.2 Simulink 仿真2.2.1 Simulink 简介Simulink 是一种用来实现计算机仿真的软件工具。它是 MAILAB 的一个附加组件，用来提供一个系统级的建模与动态仿真工作平台。它一般可以附在MAILAB 上同时安装，也有独立安装。Simulink 是用模块组合的方法来使用户能够快速、准确地创建动态系统的计算机模型的，特别对于复杂的非线性系统，它的效果更为明显。Simulink 模型可以用来模拟线性或非线性、连续或离散或者两者的混合系统，也就是说它可以用来模拟几乎所有可遇到的动态系统。另外，Simulink 还提供
28、一套图形动画的处理方法，使用户可以方便地观察到仿真的整个过程。Simulink 没有单独的语言，但它提供了 s 函数规则。所谓的 s 函数可以是一个 M 文件、FORTRAN 程序、C 或 C+语言程序等，通过特殊的语法规则使之能够被 Simulink 模型或模块调用。 s 函数使 Simulink 更加充实、完备，具有更强的处理能力。同 MATLAB 一样，Simulink 也不是封闭的，它允许用户可以很方便地定制自己的模块和模块库。同时 Simulink 也同样有比较完整的帮助系统，使用- 15 -户可以随时找到对应模块的说明，便于应用。综上所述Simulink 就是一种开放性的，用来模拟
29、线性或非线性的以及连续或离散的或者两者混合的动态系统的强有力的系统级仿真工具。目前，随着软件的不断升级换代，Simulink 在软硬件的接口方面有了长足的进步，Simulink 已经可以很方便地进行实时信号控制和处理、信息通信以及DSP 的处理。许多知名大公司已经使用 Simulink 作为他们产品设计和开发的强有力工具。2.2.2 启用 Simulink 并建立系统模型由于 Simulink 是基于 MATLAB 环境之上的高性能的系统级仿真设计平台，因此启动 Simulink 之前必须首先运行 MATLAB，然后才能启动 Simulink 并建立系统模型。启动 Simulink 有两种方式
30、：(1) 用命令行方式启动 Simulink。即在 MATLAB 的命令窗口中直接键入如下命令：simulink(2) 使用工具栏按钮启动 Simulink。即用鼠标单击 MATLAB 工具栏中的Simulink 按钮。启动 Simulink，建立系统模型，其相应的基本操作如图 4.1 所示。当用户完成 Simulink 系统模型的编辑之后，需要保存系统模型，然后设置模块参数与系统仿真参数，最后便可以进行系统的仿真。无论采用何种方式，用户都可以在短短几分钟内熟练掌握启动 Simulink的方法并开始创建动态系统模型。在系统模型编辑器中，用户可以“拖动”Simulink 提供的大量的内置模块建立
31、系统模型。下一节将对 Simulink 中的内置系统模块作一个比较全面的介绍，以便初学者无需查阅各个模块的帮助文献，便可以迅速建立所需的系统模型。- 16 -图 2.1 启动 Simulink，建立系统模型的基本操作2.2.3 Simulink 模块库简介与使用 在 2.1 节中，用户已经掌握了如何启动 Simulink 并新建一个动态系统模型。为便于用户能够快速构建自己所需的动态系统，Simulink 提供了大量以图形方式给出的内置系统模块，使用这些内置模块可以快速方便地设计出特定的动态系统。为了便于用户对 Simulink 内置模块库的认识与使用，本节简单介绍Simulink 中的模块库以
32、及模块库中具有代表意义的系统模块。图 2.2 所示为Simulink 的模块库浏览器。 依 次 表 示 新 建 、 打 开系 统 模 型 文 件 依 次 表 示 新 建 、 打 开 与保 存 系 统 模 型 文 件 - 17 -图 2.2 Simulink 的模块库浏览器Simulink 的模块库能够对系统模块进行有效的管理与组织，使用 Simulink模块库浏览器可以按照类型选择合适的系统模块、获得系统模块的简单描述以及查找系统模块等，并且可以直接将模块库中的模块拖动或者拷贝到用户的系统模型中以构建动态系统模型。 2.2.4 Simulink 公共模块库Simulink 公共模块库是 Sim
33、ulink 中最为基础、最为通用的模块库，它可以被应用到不同的专业领域中。Simulink 公共模块库共包含 9 个模块库，如图2.3 所示。下面分别介绍几个个模块的功能：模 块 搜 索 模 块 描 述 系 统 模 块 系 统 模 块 库 连 续 系 统 模 块 库 离 散 系 统 模 块 库 函 数 与 表 库 数 学 运 算 库 非 线 性 系 统 模 块 库 信 号 与 系 统 模 块 库 系 统 输 出 模 块 库 系 统 输 入 信 号 模 块 库 Simulink子 系 统 模 块 库 连 续 系 统 模 块 库离 散 系 统 模 块 库函 数 与 表 库数 学 运 算 库非 线
34、性 系 统 模 块 库信 号 与 系 统 模 块 库系 统 输 出 模 块 库系 统 输 入 模 块 库子 系 统 模 块 库- 18 -图 2.3 Simulink 的公共模块库1. Continuous（连续系统模块库）连续系统模块库以及其中各模块的功能如图 2.4 所示。图 2.4 连续系统模块库及其功能2. Discrete（离散系统模块库）离散系统模块库以及其中各模块的功能如图 2.5 所示。 图 2.5 离散系统模块库及其功能3. Functions & Tables（函数与表库）函数与表库以及其中各模块的功能如图 2.6 所示。4. Sinks（系统输出模块库）系统输出模块库以及
35、其中各模块的功能如图 2.7 所示。5. Sources（系统输入模块库）模 块 功 能 说 明 ： 连 续 信 号 的 数 值 微 分 输 入 信 号 的 连 续 时 间 积 分 单 步 积 分 延 迟 ， 输 出 为 前 一 个 输 入 线 性 连 续 系 统 的 状 态 空 间 描 述 线 性 连 续 系 统 的 传 递 函 数 描 述 对 输 入 信 号 进 行 固 定 时 间 延 迟 对 输 入 信 号 进 行 可 变 时 间 延 迟 线 性 连 续 系 统 的 零 极 点 模 型 模 块 功 能 说 明 ：连 续 信 号 的 数 值 微 分输 入 信 号 的 连 续 时 间 积 分
36、单 步 积 分 延 迟 ， 输 出 为 前 一 个 输 入线 性 连 续 系 统 的 状 态 空 间 描 述线 性 连 续 系 统 的 传 递 函 数 描 述对 输 入 信 号 进 行 固 定 时 间 延 迟对 输 入 信 号 进 行 可 变 时 间 延 迟线 性 连 续 系 统 的 零 极 点 模 型模 块 功 能 说 明 ： 线 性 离 散 系 统 的 传 递 函 数 描 述 线 性 离 散 系 统 的 零 极 点 模 型 描 述 线 性 离 散 系 统 的 滤 波 器 描 述 线 性 离 散 系 统 的 状 态 空 间 描 述 离 散 时 间 积 分 器 离 散 信 号 的 一 阶 保
37、持 器 单 位 延 迟 离 散 信 号 的 零 阶 保 持 器 模 块 功 能 说 明 ：线 性 离 散 系 统 的 传 递 函 数 描 述线 性 离 散 系 统 的 零 极 点 模 型 描 述线 性 离 散 系 统 的 滤 波 器 描 述线 性 离 散 系 统 的 状 态 空 间 描 述离 散 时 间 积 分 器离 散 信 号 的 一 阶 保 持 器单 位 延 迟离 散 信 号 的 零 阶 保 持 器模 块 功 能 说 明 ：线 性 离 散 系 统 的 传 递 函 数 描 述线 性 离 散 系 统 的 零 极 点 模 型 描 述线 性 离 散 系 统 的 滤 波 器 描 述线 性 离 散 系
38、 统 的 状 态 空 间 描 述离 散 时 间 积 分 器离 散 信 号 的 一 阶 保 持 器单 位 延 迟离 散 信 号 的 零 阶 保 持 器- 19 -系统输入模块库以及其中各模块的功能如图 2.8 所示。6. Math（数学运算库）数学运算库以及其中各模块的功能如图 2.9 所示。图 2.6 函数与表库及其功能图 2.7 系统输出模块库及其功能模 块 功 能 说 明 ： 表 数 据 选 择 器 （ 从 表 中 选 择 数 据 ） 求 取 输 入 信 号 的 数 学 函 数 值 对 输 入 信 号 进 行 内 插 运 算 输 入 信 号 的 一 维 线 性 内 插 输 入 信 号 的
39、二 维 线 性 内 插 输 入 信 号 的 n维 线 性 内 插 M函 数 ， 对 输 入 进 行 运 算 输 出 结 果 多 项 式 求 值 查 找 输 入 信 号 所 在 范 围 S函 数 模 块 S函 数 生 成 器 模 块 功 能 说 明 ：表 数 据 选 择 器 （ 从 表 中 选 择 数 据 ）求 取 输 入 信 号 的 数 学 函 数 值对 输 入 信 号 进 行 内 插 运 算输 入 信 号 的 一 维 线 性 内 插输 入 信 号 的 二 维 线 性 内 插输 入 信 号 的 n维 线 性 内 插函 数 （ 对 输 入 进 行 运 算 输 出 结 果 ）多 项 式 求 值查
40、找 输 入 信 号 所 在 范 围S-函 数 模 块S-函 数 生 成 器模 块 功 能 说 明 ： 以 数 值 形 式 显 示 输 入 信 号 悬 浮 信 号 显 示 器 为 子 系 统 或 模 型 提 供 输 出 端 口 信 号 显 示 器 当 输 入 非 零 时 停 止 仿 真 中 断 输 出 信 号 将 仿 真 数 据 写 入 mat文 件 将 仿 真 数 据 输 出 到 Matlb工 作 空 间 使 用 Matlb图 形 显 示 数 据 模 块 功 能 说 明 ：以 数 值 形 式 显 示 输 入 信 号悬 浮 信 号 显 示 器为 子 系 统 或 模 型 提 供 输 出 端 口信
41、号 显 示 器当 输 入 非 零 时 停 止 仿 真中 断 输 出 信 号将 仿 真 数 据 写 入 .at文 件将 仿 真 数 据 输 出 到 ATLB工 作 空 间使 用 ATLB图 形 显 示 数 据- 20 -图 2.8 系统输入模块库及其功能模 块 功 能 说 明 ： 有 限 带 宽 白 噪 声 输 出 频 率 随 时 间 线 性 变 换 的 正 弦 信 号 输 出 当 前 仿 真 时 间 常 数 输 入 以 固 定 速 率 输 出 当 前 仿 真 时 间 从 Matlb工 作 空 间 中 输 入 数 据 从 mat文 件 中 输 入 数 据 接 地 信 号 为 子 系 统 或 其
42、它 模 型 提 供 输 入 端 口 输 入 脉 冲 信 号 输 入 斜 坡 信 号 输 入 服 从 高 斯 分 布 的 随 机 信 号 输 入 周 期 信 号 信 号 发 生 器 正 弦 信 号 初 始 器 输 入 阶 跃 信 号 输 入 服 从 高 斯 分 布 的 随 机 信 号 模 块 功 能 说 明 ：有 限 带 宽 白 噪 声输 出 频 率 随 时 间 线 性 变 换 的 正 弦 信 号输 出 当 前 仿 真 时 间常 数 输 入以 固 定 速 率 输 出 当 前 仿 真 时 间从 ATLB工 作 空 间 中 输 入 数 据从 .mat文 件 中 输 入 数 据接 地 信 号为 子 系
43、 统 或 其 它 模 型 提 供 输 入 端 口输 入 脉 冲 信 号输 入 斜 坡 信 号输 入 服 从 高 斯 分 布 的 随 机 信 号输 入 周 期 信 号信 号 发 生 器正 弦 信 号 初 始 器输 入 阶 跃 信 号输 入 服 从 高 斯 分 布 的 随 机 信 号- 21 -图 2.9 数学运算库及其能2.2.5 构建 Simulink 框图2.2 节中简单介绍了 Simulink 中的一些比较常用的系统模块。本节将介绍如何使用这些系统模块以构建用户自己的系统模型。当 Simulink 库浏览器被启动之后，通过鼠标左键单击模块库的名称可以查看模块库中的模块。模块库中包含的系统模
44、块显示在 Simulink 库浏览器右边的一栏中。对 Simulink 库浏览器的基本操作有：(1) 使用鼠标左键单击系统模块库，如果模块库为多层结构，则单击“+”号载入库。模 块 功 能 说 明 ： 求 取 信 号 的 绝 对 值 输 出 强 制 系 统 输 入 为 零 的 代 数 状 态 按 位 逻 辑 运 算 逻 辑 真 值 查 找 输 出 输 入 复 数 的 幅 值 与 相 位 输 出 系 统 输 入 的 实 部 或 虚 部 点 乘 运 算 信 号 增 益 信 号 逻 辑 运 算 幅 值 与 相 位 转 化 为 复 数 形 式 特 定 的 一 些 数 学 函 数 矩 阵 增 益 求 取
45、 输 入 的 最 小 或 最 大 值 乘 法 或 除 法 器 从 输 入 实 部 与 虚 部 构 造 复 数 关 系 运 算 器 求 整 运 算 器 符 号 运 算 渐 变 增 益 对 输 入 求 和 或 差 三 角 与 双 曲 函 数 模 块 功 能 说 明 ：求 取 信 号 的 绝 对 值输 出 强 制 系 统 输 入 为 零 的 代 数 状 态按 位 逻 辑 运 算逻 辑 真 值 查 找输 出 输 入 复 数 的 幅 值 与 相 位输 出 系 统 输 入 的 实 部 或 虚 部点 乘 运 算信 号 增 益信 号 逻 辑 运 算幅 值 与 相 位 转 化 为 复 数 形 式特 定 的 一
46、些 数 学 函 数矩 阵 增 益求 取 输 入 的 最 小 或 最 大 值乘 法 或 除 法 器从 输 入 实 部 与 虚 部 构 造 复 数关 系 运 算 器求 整 运 算 器符 号 运 算渐 变 增 益对 输 入 求 和 或 差三 角 与 双 曲 函 数- 22 -(2) 使用鼠标右键单击系统模块库，在单独的窗口打开库(3) 使用鼠标左键单击系统模块，在模块描述栏中显示此模块的描述。(4) 使用鼠标右键单击系统模块，可以得到系统模块的帮助信息，将系统模块插入到系统模型中，查看系统模块的参数设置，以及回到系统模块的上一层库。此外还可以进行以下操作：(1) 使用鼠标左键选择并拖动系统模块，并将
47、其拷贝到系统模型中。(2) 在模块搜索栏中搜索所需的系统模块。 2.2.6 模块选择这里用一个非常简单的例子介绍如何建立动态系统模型。此简单系统的输入为一个正弦波信号，输出为此正弦波信号与一个常数的乘积。要求建立系统模型，并以图形方式输出系统运算结果。已知系统的数学描述为系统输入： ，t0系统输出： 启动 Simulink 并新建一个系统模型文件。欲建立此简单系统的模型，需要如下的系统模块（均在 Simulink 公共模块库中）：(1) 系统输入模块库 Sources 中的 Sine Wave 模块：产生一个正弦波信号。(2) 数学库 Math 中的 Gain 模块：将信号乘上一个常数（即信号
48、增益） 。(3) 系统输出库 Sinks 中的 Scope 模块：图形方式显示结果。选择相应的系统模块并将其拷贝（或拖动）到新建的系统模型中，如图2.10 所示。图 2.10 选择系统所需模块tusin)(),(ay- 23 -在选择构建系统模型所需的所有模块后，需要按照系统的信号流程将各系统模块正确连接起来。连接系统模块的步骤如下：(1) 将光标指向起始块的输出端口，此时光标变成“+” 。(2) 单击鼠标左键并拖动到目标模块的输入端口，在接近到一定程度时光标变成双十字。这时松开鼠标键，连接完成。完成后在连接点处出现一个箭头，表示系统中信号的流向，如图 2.11 所示。图 2.11 系统模块之间的连线在 Simulink 的最新版本中，连接系统模块还有如下更有效的方式：(1) 使用鼠标左键单击起始模块。(2) 按下 Ctrl 键，并用鼠标左键单击目标块。 2.2.7 模块操作下面介绍一些对系统模块进行操作的基本技巧，掌握它们可使建立动态系统模型变得更为方便快捷。1、模块的复制如果需要几个同样的模块，可以使用鼠标右键单击并拖动某个块进行拷贝。也可以在选中所需的模块后，使用 Edit 菜单上的 Copy 和 Paste 或使用热键Ctrl+C 和 C
