第5-6章simulink仿真基础知识及应用

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第五章 SIMULINK仿真基础知识 仿真基础知识在实际工程中，控制系统的结构往往很复杂， 在实际工程中，控制系统的结构往往很复杂，如果不 借助专用的系统建模软件， 借助专用的系统建模软件，则很难准确地把一个控制系统 的复杂模型输入计算机，对其进行进一步的分析和仿真。 的复杂模型输入计算机，对其进行进一步的分析和仿真。 因此，熟悉掌握SIMULINK对于从事自动控制方面、信息 对于从事自动控制方面、 因此，熟悉掌握 对于从事自动控制方面 处理、金融财务等领域的分析、 处理、金融财务等领域的分析、仿真和设计的工作来说是 非常重要的。 非常重要的。 SIMULINK是一个集建模、 SIMULINK是一个集建模、仿真和分析动态系统为一体 是一个集建模 的软件，是一种基于MATLAB的图形设计环境。 MATLAB的图形设计环境 的软件，是一种基于MATLAB的图形设计环境。通过 SIMULINK,可以轻松地完成对应用问题的仿真， SIMULINK,可以轻松地完成对应用问题的仿真，并实时地 观察可能出现的结果。 观察可能出现的结果。

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SIMULINK提供了一个建立模型方框图的图形用户接口 SIMULINK提供了一个建立模型方框图的图形用户接口 (GUI),模型的创建只需要单击和拖动鼠标即可完成。 GUI),模型的创建只需要单击和拖动鼠标即可完成。 ),模型的创建只需要单击和拖动鼠标即可完成 SIMULINK中包含了许多实现不同功能的模块库， SIMULINK中包含了许多实现不同功能的模块库，使得在这 中包含了许多实现不同功能的模块库 种设计中，不必考虑模块的内部结构而直接实现其“ 种设计中，不必考虑模块的内部结构而直接实现其“想要 ”的功能。同时，在建立模型之后，可以直接进行一种 的功能。同时，在建立模型之后， “交互式的”仿真，通过相关菜单或命令的使用来执行 交互式的”仿真， 仿真， 仿真，得到能够按照自己的设定来进行仿真并观察对应的 结果。利用此软件，几乎可以做到不用写一行代码， 结果。利用此软件，几乎可以做到不用写一行代码，就能 完成整个动态系统的建模工作。 完成整个动态系统的建模工作。

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SIMULINK启动 SIMULINK启动启动SIMULINK之前，首先要打开MATLAB, 启动SIMULINK之前，首先要打开MATLAB,具体方法可 SIMULINK之前 MATLAB 参见前面的章节。 参见前面的章节。 方法一：单击MATLAB主窗口工具栏的simulink MATLAB主窗口工具栏的simulink命令按 方法一：单击MATLAB主窗口工具栏的simulink命令按 就可以启动。 钮 ，就可以启动。 方法二：打开MATLAB主界面， MATLAB主界面 方法二：打开MATLAB主界面， 在命令窗口( Window) 在命令窗口(Command Window

) 输入命令simulink simulink, 输入命令simulink,回车即可 启动SIMULINK 即打开SIMUL SIMULINK, 启动SIMULINK,即打开SIMUL INK库浏览器 库浏览器( INK库浏览器(Simulink Lib Browser)窗口,如图所示。 rary Browser)窗口,如图所示。

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模型的建立是在模型窗口中实现的，其界面如图所示， 模型的建立是在模型窗口中实现的，其界面如图所示， 是在模型窗口中实现的 整个模型窗口由菜单栏、工具栏、编辑框和状态栏组成。 整个模型窗口由菜单栏、工具栏、编辑框和状态栏组成。

怎么建立模型窗口？ 怎么建立模型窗口？

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建立模型窗口方法一： 主窗口file---new---Model。 方法一：在MATLAB主窗口 主窗口 。 方法二：在SIMULINK模块库浏览器的工具栏中选 方法二： 模块库浏览器的工具栏中选 命令按钮。 ‘new model’命令按钮。 命令按钮 这时在出现SIMULINK模块库浏览器的同时，还会出现一 模块库浏览器的同时， 这时在出现 模块库浏览器的同时 个名为‘ 模型编辑窗口。 个名为‘untitled’模型编辑窗口。 模型编辑窗口 模型创建完成后，从模型编辑窗口的 模型创建完成后，从模型编辑窗口的file—save as保 保 存模型文件，其格式为XXX.mdl。 存模型文件，其格式为 。

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打开模型文件如需对一个已经存在的模型文件进行编辑、修改， 如需对一个已经存在的模型文件进行编辑、修改， 需要打开该模型文件时，方法如下： 需要打开该模型文件时，方法如下： 方法一： 命令窗口直接输入模型文件名( 方法一：在MATLAB命令窗口直接输入模型文件名(不 命令窗口直接输入模型文件名 须加文件类型.mdl)。 须加文件类型 )。 注意：必须在该文件保存的目录下) (注意：必须在该文件保存的目录下) 方法二：在模型库浏览器窗口或模型编辑窗口的file菜单 方法二：在模型库浏览器窗口或模型编辑窗口的 菜单 中选择open,然后选择或输入编辑模型的名字。 中选择 ，然后选择或输入编辑模型的名字。 方法三： 方法三：单击在模型浏览器窗口工具栏上的 打开命令 按钮， 打开命令按钮。 按钮，或模型编辑窗口工具栏上的 打开命令按钮。

退出文件直接关闭模型窗口。 直接关闭模型窗口。

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SIMULINK的演示和帮助 的演示和帮助 help—demo—ModelingFeatures—Data Typing Filter SIMULINK模型库浏览器简介 SIMULINK模型库浏览器简介

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模型窗口工具栏和状态栏

按 钮

功 能 仿真启动或继续 结束仿真 设置仿真结束时间 选择仿真加速模式 准备 产生RTW代码 代码 产生

按 钮

功 能 模型框图修改后的 一致化 打开库浏览器查窗 口 打开或隐藏模型资 源管理器 切换模型单双窗口 外形 显示当前子系统的

父系统 启动SIMULINK的 的 启动 调试器

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模型窗口的状态栏 Ready表示随时间可以开始仿真。100%表示编辑栏中模 表示随时间可以开始仿真。 表示随时间可以开始仿真 表示编辑栏中模 型以100%比例显示。Ode45表示仿真所采用的积分算法 比例显示。 型以 比例显示 表示仿真所采用的积分算法 为Ode45。 。

SIMULINK模块库 模块库: 模块库常用模块库 Commonly use blocks 连续模块库 Continuous 非连续模块库 Discontinuous

离散模块库discrete 离散模块库

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逻辑与位操作模块库Logic and bit operation 逻辑与位操作模块库 查询表模块库lookup tables 查询表模块库 数学运算模块库math operations 数学运算模块库 模型检测模块库model verification 模型检测模块库 模型扩充工具箱模块库model-wide utilitises 模型扩充工具箱模块库 端口和子系统模块库ports&subsystems 端口和子系统模块库 信号属性signal attributes 信号属性 信号路线signal routing 信号路线 接收器模块库sinks 接收器模块库 输入源模块库sources 输入源模块库 用户自定义函数模块库user-defined functions 用户自定义函数模块库 附加模块库additional math&discrete 附加模块库

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常用的Commonly Used Blocks子库 常用的Commonly Blocks子库

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常用的Sourse子库 常用的Sourse子库 Sourse

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常用的Sink子库 常用的Sink子库 Sink

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例：显示振幅调制的功能正弦波

要用到的模块 Sine wave--正弦波 正弦波 该模块产生一个正弦波曲线， 该模块产生一个正弦波曲线，模块可以在连续或离散模块 中工作。输出由下式决定： 中工作。输出由下式决定： Y=amplitude*sin(frequency*time+phase)

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Gain –增益模块 增益模块 将模块的输入乘上一个指定的常数、变量或表达式后输出。 将模块的输入乘上一个指定的常数、变量或表达式后输出。 如果模块足够大， 的图标会显示gain参数域中输入 如果模块足够大，Gain的图标会显示 的图标会显示 参数域中输入 的值或变量等。如果参数过长，则显示-K-。 的值或变量等。如果参数过长，则显示 。 Bus creator—创建信号总线 创建信号总线 Scop—示波器 示波器

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书上图5-10 书上图

Chirp signal—噪声信号 噪声信号产生频率为随时间线性增加的正弦信号(调频信号)。 产生频率为随时间线性增加的正弦信号(调频信号)。 此模块用于非线性系统的频谱分析。 此模块用于非线性系统的频谱分析。模块产生标量或矢量 输出。 输出。 Transfer Fcn—分子分母形式的传递函数 分子分母形式的传递函数 传递函数是频域下常用来描述线性微分方程的一种方法， 传递函数是频域下常用来描述线性微分方程的一种方法， 通过引入laplace变换可以将原来的线性微分方程在零初 通过引入 变

换可以将原来的线性微分方程在零初 始条件下变化为‘代数’的形式， 始条件下变化为‘代数’的形式，从而以多项式的比值形 式描述系统。传递函数的形式： 式描述系统。传递函数的形式： m m 1

num ( s ) b1 s + b2 s + ... + bm +1 G (s) = = den ( s ) a1 s n + a 2 s n 1 + ... + a n +1

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XYgraph—XY图表 图表 该模块将输入的X-Y平面图显示在一个 平面图显示在一个MATLAB图形窗口 该模块将输入的 平面图显示在一个 图形窗口 模块有两个输入。模块根据第一个输入的数据( 方 上。模块有两个输入。模块根据第一个输入的数据(X方 和第二个输入的数据( 方向 绘图。 方向) 向)和第二个输入的数据(Y方向)绘图。此模块在检查 和其他双态数据等方面是很有用的， 和其他双态数据等方面是很有用的，超出指定范围的数据 将不显示。 将不显示。

模块的连接操作注意：改变连线的粗细 注意： Format—port/signal displays—wide vector lines 设定连线标签 直接在连线上双击鼠标，就可以输入该线的说明标签。 直接在连线上双击鼠标，就可以输入该线的说明标签。 连线的分支 在需要分支的地方， 在需要分支的地方，按住鼠标右键不放拉出到需要连 接的地方；或按住ctrl键拉出。 键拉出。 接的地方；或按住 键拉出

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连线弯转在要弯转的地方按住shift,再按住鼠标左键不放拉出。 ,再按住鼠标左键不放拉出。 在要弯转的地方按住 模块旋转的方式有两种： 模块旋转的方式有两种： 使用快捷键Ctrl+R进行顺时针90°旋转，注意是模块端 使用快捷键Ctrl+R进行顺时针90°旋转， Ctrl+R进行顺时针90 口顺序的变化。 口顺序的变化。 使用模型窗口菜单栏中【Format】菜单。选择菜单栏 使用模型窗口菜单栏中【Format】菜单。 Block】选项，可将模块旋转180 180° 【Format/Flip Block】选项，可将模块旋转180°。选择 Block】可将模块旋转90 90° 【Format/Rotate Block】可将模块旋转90°,与使用快捷 Ctrl+R效果相同 效果相同。 键Ctrl+R效果相同。 模块的移动 按住shift拖动，是脱离连线的移动；不按shift拖动， 按住shift拖动，是脱离连线的移动；不按shift拖动，会 shift拖动 shift拖动 与线保持连接状态移动。 与线保持连接状态移动。

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改变模块效果 制定任何模块或者标注的前景色和背景色， 制定任何模块或者标注的前景色和背景色，也可以设定整 个模型框图的背景色。 个模型框图的背景色。 改变模块或标注的前景色(模块边框色)。选择要改变 改变模块或标注的前景色(模块边框色)。选择要改变 )。 的模块或标注，然后选择菜单栏【 的模块或标注，然后选择菜单栏【Format/Foreground color】选项设

置。 color】选项设置。 改变模块或标注的背景色(模块填充色)。选择要改变 改变模块或标注的背景色(模块填充色)。选择要改变 )。 的模块或标注，然后选择菜单栏【 的模块或标注，然后选择菜单栏【Format/Background color】选项设置。 color】选项设置。 设置模型框图的背景色(整个窗口色)。选择菜单栏 设置模型框图的背景色(整个窗口色)。选择菜单栏 )。 color】选项设置。 【Format/Screen color】选项设置。 显示模块阴影效果。选中要添加阴影的模块，选择菜单 显示模块阴影效果。选中要添加阴影的模块， Shadow】 栏【Format/Show Drop Shadow】选项来为选中模块添加 阴影效果

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复制按住鼠标右键拖住不放； 按住鼠标右键拖住不放；或ctrl+c/v

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第六章SIMULINK系统建模及仿真应用 系统建模及仿真应用 第六章 6.1创建模型的步骤 创建模型的步骤 新建模型窗口 将所需的模块方框图拖到模块窗口。 将所需的模块方框图拖到模块窗口。 设置模块参数系统仿真参数，并连接各个模块组成仿真 设置模块参数系统仿真参数， 模型。 模型。 连接各模块(最好按信号流动顺序连) 连接各模块(最好按信号流动顺序连) 保存模型(保存为XXX.mdl文件) XXX.mdl文件 保存模型(保存为XXX.mdl文件) 开始系统仿真 观察结果 步骤主要包括建立模型窗口、 步骤主要包括建立模型窗口、将所需要的模块方框图拖动 到模型窗口、调整模块输入端口数目、模块间连线、 到模型窗口、调整模块输入端口数目、模块间连线、模块 相应参数的设置和模型保存等。 相应参数的设置和模型保存等。

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