Simulink的控制系统建模与仿真
第六讲Simulink仿真
Simulink操作基础
点击进入Simulink
点击打开新建模型
拖拽模块加入模型
添加连线
2 系统仿真模型
2.1 Simulink的模块 Simulink的模块库提供了大量模块。单击模 块库浏览器中Simulink前面的“+”号，将看到 Simulink模块库中包含的子模块库，单击所需要 的子模块库，在右边的窗口中将看到相应的基本 模块，选择所需基本模块，可用鼠标将其拖到模 型编辑窗口。同样，在模块库浏览器左侧的 Simulink栏上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单 中单击Open the ‘Simulink’ Libray 命令，将打开 Simulink基本模块库窗口。单击其中的子模块库 图标，打开子模块库，找到仿真所需要的基本模 块。
3.2 启动系统仿真与仿真结果分析
设置完仿真参数之后，从Simulation中选择 Start菜单项或单击模型编辑窗口中的Start Simulation命令按钮，便可启动对当前模型的仿 真。此时，Start菜单项变成不可选, 而Stop菜单项 变成可选, 以供中途停止仿真使用。从Simulation菜 单中选择Stop项停止仿真后，Start项又变成可选。 为了观察仿真结果的变化轨迹可以采用3种方法： (1) 把输出结果送给Scope模块或者XY Graph模块。 (2) 把仿真结果送到输出端口并作为返回变量，然后 使用MATLAB命令画出该变量的变化曲线。 (3) 把输出结果送到To Workspace模块，从而将结果 直接存入工作空间，然后用MATLAB命令画出该 变量的变化曲线。
连续系统 基本模块
微分环节 积分环节 状态方程 传递函数 时间延迟 可变时间延迟 可变传输延迟 零-极点模型
连续系统模块库（Continuous）
Simulink仿真教程
Simulink动态仿真
Simulink模块库 2. Sinks 库
③ ：示波器。显示在仿真过程产生的信号波形。双击该图 标,弹出示波器窗如右图所示：
建立Simulink仿真模型 f) 模块的连接 模块之间的连接是用连接线将一个模块的输出端与另一模块 的输入端连接起来；也可用分支线把一个模块的输出端与几 个模块的输入端连接起来。 连接线生成是将鼠标置于某模块的输出端口 ( 显一个十字光 标) ，按下鼠标左键拖动鼠标置另一模块的输入端口即可。 分支线则是将鼠标置于分支点，按下鼠标右键，其余同上。
建立Simulink仿真模型 e) 模块参数设置 用鼠标双击指定模块图标，打开模块对话框，根据对话框栏 目中提供的信息进行参数设置或修改。 例如双击模型窗口的传递函数模块，弹出图示对话框， 在对话框中分别输入分子、分母多项式的系数，点击OK 键，完成该模型的设置，如右下图所示：
Simulink动态仿真
[说明]若不设置仿真参数,则采用Simulink缺省设置 .
Simulink动态仿真
Simulink 基本操作
系统仿真运行 1. Simulink模型窗口下仿真 步骤 ③ 仿真运行和终止：在模型窗口选取菜单【Simulation: Start】， 仿真开始，至设置的仿真终止时间，仿真结束。若在仿真过程 中要中止仿真，可选择【Simulation: Stop】菜单。也可直接点 击模型窗口中的 （或 ）启动（或停止）仿真。
连接线(左键 )
MATLAB自动控制系统仿真simulink
目录1 绪论 (1)1.1 题目背景、研究意义 (1)1.2 国内外相关研究情况 (1)2 自动控制概述 (3)2.1 自动控制概念 (3)2.2 自动控制系统的分类 (4)2.3 对控制系统的性能要求 (5)2.4 典型环节 (6)3 MATLAB仿真软件的应用 (10)3.1 MATLAB的基本介绍 (10)3.2 MATLAB的仿真 (10)3.3 控制系统的动态仿真 (11)4 自动控制系统仿真 (14)4.1 直线一级倒立摆系统的建模及仿真 (14)4.1.1 系统组成 (14)4.1.2 模型的建立 (14)4.1.3 PID控制器的设计 (20)4.1.4 PID控制器MATLAB仿真 (22)4.2 三容水箱的建模及仿真 (24)4.2.1 建立三容水箱的数学模型 (24)4.2.2 系统校正 (25)总结 (28)致谢 (29)参考文献 (30)1 绪论1.1 题目背景、研究意义MATLAB语言是当今国际控制界最为流行的控制系统计算机辅助设计语言，它的出现为控制系统的计算机辅助分析和设计带来了全新的手段。
其中图形交互式的模型输入计算机仿真环境SIMULINK，为MATLAB应用的进一步推广起到了积极的推动作用。
现在，MATLAB语言已经风靡全世界，成为控制系统CAD领域最普及、也是最受欢迎的软件环境。
随着计算机技术的发展和应用，自动控制理论和技术在宇航、机器人控制、导弹制导及核动力等高新技术领域中的应用也愈来愈深入广泛。
不仅如此，自动控制技术的应用范围现在已扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域中，成为现代社会生活中不可缺少的一部分。
随着时代进步和人们生活水平的提高，在人类探知未来，认识和改造自然，建设高度文明和发达社会的活动中，自动控制理论和技术必将进一步发挥更加重要的作用。
作为一个工程技术人员，了解和掌握自动控制的有关知识是十分必要的。
自动控制技术的应用不仅使生产过程实现了自动化，极大地提高了劳动生产率，而且减轻了人的劳动强度。
simulink
五.设置仿真参数
பைடு நூலகம்
仿真参数对话框simulation/configuration parameters 设置如下仿真参数： Solver（算法） Data Import/Export（数据输入输出） Diagnostics（诊断） Optimization（优化） Hardware Implementation（硬件工具） Model Referencing（模块引用）
建模仿真的一般过程是： 1.打开一个空白的编辑窗口； 2.将模块库中模块复制到编辑窗口里，并依照给定 的框图修改编辑窗口中模块的参数； 3.将各个模块按给定的框图连接起来； 4.用菜单选择或命令窗口键入命令进行仿真分析， 在仿真的同时，可以观察仿真结果，如果发现有不 正确的地方，可以停止仿真，对参数进行修正； 5.如果对结果满意，可以将模型保存。
10) 模块的输入输出信号：模块处理的信号包括标量信号和向量信号； 标量信号是一种单一信号，而向量信号为一种复合信号，是多个信 号的集合，它对应着系统中几条连线的合成。缺省情况下，大多数 模块的输出都为标量信号，对于输入信号，模块都具有一种“智能” 的识别功能，能自动进行匹配。某些模块通过对参数的设定，可以 使模块输出向量信号。
5.2 数据输入输出选项（Data Import and Export）
主要用来设置Simulink与MATLAB工作空间交换 数值的有关选项。 Load from workspace（从工作空间载入数据）选 中前面的复选框即可从MATLAB工作空间获取时 间和输入变量，一般时间变量定义为t，输入变量 定义为u。 Initial state用来定义从MATLAB工作空 间获得的状态初始值的变量名。 Save to workspace（将输出保存到工作空间） Save options（保存选项）。
第五章 SIMULINK仿真基础
设置仿真参数
28
1．解题器（Solver）选项
（1）Simulation time组：设置仿真起止时间。
（2）Solve options组：选择求解器，并为其
指定参数。
– 变步长算法（Variable-step） – 固定步长算法（Fixed-step）。
29
2．数据输入输出选项（Data Import/Export）
6
SIMULINK仿真基础
在工程实际中，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，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与仿真。
1990年MathWorks公司为MATLAB增加了 用于建立系统框图和仿真的环境 1992年公司将该软件改名为SIMULINK
– None：不做任何反应。 – Warning：提出警告，但警告信息不影响程序的运行。 – Error：提示错误，运行的程序停止。
31
观察Simulink的仿真结果
观察仿真结果的方法有以下几种：
– 将仿真结果信号输入到输出模块“Scope”示波
器、“XY Graph”二维X-Y图形显示器与
“Display”数字显示器中，直接查看。 – 将仿真结果信号输入到“To Workspace”模块中， 再用绘图命令在MATLAB命令窗口里绘制出图形。 – 将仿真结果信号返回到MATLAB命令窗口里，再 利用绘图命令绘制出图形。
25
第二节 SIMULINK功能模块的处理
基本操作包括： 1. 选取模块 2. 复制与删除模块 3. 模块的参数和属性设置 4. 模块外形的调整 5. 模块名的处理 6. 模块的连接 7. 在连线上反映信息
26
Simulink建模仿真实例详解
模型可以分为实体模型和数学模型。 实体模型又称物理效应模型，是根据系统之间的相似性而建 立起来的物理模型，如建筑模型等。 数学模型包括原始系统数学模型和仿真系统数学模型。原始 系统数学模型是对系统的原始数学描述。仿真系统数学模型 是一种适合于在计算机上演算的模型，主要是指根据计算机 的运算特点、仿真方式、计算方法、精度要求将原始系统数 学模型转换为计算机程序。
0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
例子2 单自由度系统： 初始条件：
& + cx & + kx = 0 m& x
解析解为：
& ( 0) = x &0 = 0 x(0) = x0 = 1, x
m 要求：采用 Simulink 对系统进行仿真。已知参数：
1.3.3 Simulink 应用举例
（原教材P6例子）
在Matlab命令窗口中输入 dblcart1 右图所示的模型用来 模拟双质量－弹簧系 统在光滑平面上受一 个周期力情况下的运 动状态，其中周期力 只作用在左边的质量 块上。 F(t)
x' = Ax+Bu y = Cx+Du Plant
Demux Actual Position
静态系统模型 动态系统模型 连续系统模型 代数方程 集中参数 微分方程 分布参数 偏微分方程 离散系统模型 差分方程
1.1.2 计算机仿真
1. 仿真的概念 仿真是以相似性原理、控制论、信息技术及相关领域的 有关知识为基础，以计算机和各种专用物理设备为工具，借 助系统模型对真实系统进行试验的一门综合性技术。 2. 仿真分类 （ 1 ）实物仿真：又称物理仿真。是指研制某些实体模型， 使之能够重现原系统的各种状态。早期的仿真大多属 于这一类。 优点：直观，形象，至今仍然广泛应用。 缺点：投资巨大、周期长，难于改变参数，灵活性差。
第4章 SIMULINK仿真
• （9）Signal Attributes（信号属性模块库）和Signal Attributes（信号属性模块库） Routing（信号路由模块库） Routing（信号路由模块库）
• • • • • • • • • • • • • • • 这两个模块库主要是由描述信号系统的模块构成，其中主要模块有： Data Type Conversion （数据类型转换器） IC（初始状态）； Probe（探测器）； Width（带宽）； Bus Creator（总线生成器）； Bus Selector（总线选择器）； Data Store Memory（数据记忆存储）； Data Store Read（数据读存储）； Data Store Write（数据写存储）； From（导入）； Goto（传出）； Goto Tag Visibility（传出标记符可视性）； Multiport Switch （多路选择开关）； Mux（混合）
• （7）Model Verification（模型辨识模块库）和ModelVerification（模型辨识模块库） ModelUtilities（扩展模型模块库） Wide Utilities（扩展模型模块库） • 这两个模块库由描述模型辨识的和扩展模型模块构成，其 中主要模块有： • Assertion（确认）； • Check Discrete Gradient（检查离散梯度）； • Check Dynamic Range（检查动态系统范围）； • Check Dynamic Lower Bound（检查动态系统低段范围） • Check Static Range（检查静态系统范围）； • Check Input Resolution （检查输入分辨率）； • DocBlock（模块注释文本）； • Model Info（模型信息）； • Timed-Based Linearization（基于时间的线性化模型）
simulink热仿真
simulink热仿真摘要：1.Simulink 简介2.Simulink 热仿真的概念和原理3.Simulink 热仿真的应用领域4.Simulink 热仿真的优势和局限性5.Simulink 热仿真的未来发展趋势正文：一、Simulink 简介Simulink 是MathWorks 公司开发的一款与MATLAB 兼容的仿真环境，主要用于动态系统建模、仿真和分析。
通过Simulink，用户可以轻松地构建、模拟和测试复杂的动态系统，从而加速设计迭代过程，降低开发成本。
二、Simulink 热仿真的概念和原理Simulink 热仿真是指在Simulink 环境中进行的热力学系统建模和仿真。
热仿真主要包括热力学模型的构建、热传导过程的模拟以及热响应性能的分析。
Simulink 热仿真的原理主要基于MATLAB 的数值计算能力和Simulink 的图形化建模功能，通过将热力学系统的各个部分以图形化方式建模，再利用MATLAB 进行数值计算，从而实现对热力学系统的仿真。
三、Simulink 热仿真的应用领域Simulink 热仿真在多个领域具有广泛的应用，包括但不限于：1.航空航天：用于研究飞行器的热控制、热传导以及热膨胀等问题；2.汽车工程：用于分析发动机冷却系统、制动系统等的热性能；3.建筑节能：用于评估建筑物的热绝缘性能、热桥效应等；4.电子设备：用于分析电子设备的热设计、热散热等问题。
四、Simulink 热仿真的优势和局限性Simulink 热仿真的优势主要体现在以下几个方面：1.易于学习和使用：Simulink 具有直观的图形化界面，用户可以快速上手并进行建模；2.强大的计算能力：基于MATLAB 的数值计算能力，Simulink 可以处理复杂的数学模型和计算任务；3.高效的仿真速度：Simulink 利用高效的算法和技术，可以大幅缩短仿真时间，提高设计效率。
然而，Simulink 热仿真也存在一定的局限性，例如：1.对模型的精度和复杂度有一定要求；2.模型的参数调整和优化需要一定的经验。
simulink热仿真
simulink热仿真（原创版）目录1.Simulink 简介2.Simulink 热仿真的概念3.Simulink 热仿真的应用领域4.Simulink 热仿真的步骤5.Simulink 热仿真的优势与局限性正文【Simulink 简介】Simulink 是由 MathWorks 公司开发的一款与 MATLAB 兼容的仿真环境，主要用于动态系统建模、仿真和分析。
通过 Simulink，用户可以轻松地构建、模拟和测试各种复杂系统，例如控制系统、信号处理系统、通信系统等。
【Simulink 热仿真的概念】Simulink 热仿真是指在 Simulink 环境中，对模型进行实时仿真和热分析的过程。
热仿真可以帮助工程师在设计过程中发现系统的潜在问题，并及时进行调整和优化。
通过热仿真，工程师可以在短时间内得到系统的性能指标，从而提高设计效率和质量。
【Simulink 热仿真的应用领域】Simulink 热仿真广泛应用于各种工程领域，例如航空航天、汽车工程、能源系统、通信系统等。
在这些领域中，Simulink 热仿真可以帮助工程师进行各种复杂的系统设计和分析任务，例如系统性能评估、控制策略优化、故障诊断等。
【Simulink 热仿真的步骤】进行 Simulink 热仿真主要分为以下几个步骤：1.创建模型：首先，用户需要根据系统的需求，在 Simulink 环境中构建相应的模型。
2.添加热负荷：在模型中添加热负荷，以模拟系统的热行为。
3.配置仿真参数：根据系统的特性和仿真需求，配置仿真时间、求解器参数等。
4.进行仿真：启动 Simulink 仿真，观察系统在不同工况下的性能表现。
5.分析结果：根据仿真结果，对系统进行评估和优化。
【Simulink 热仿真的优势与局限性】Simulink 热仿真的优势主要体现在以下几个方面：1.简化建模过程：Simulink 提供了丰富的模块库和可视化建模环境，使得建模过程更加简单和高效。
基于Simulink进行系统仿真(微分方程、传递函数)
实验四 基于Simulink 进行系统仿真（微分方程、传递函数）一．实验目的1) 熟悉Simulink 的工作环境；2) 掌握Simulink 数学工具箱的使用；3) 掌握在Simulink 的工作环境中建立系统仿真模型。
二．实验内容 系统微分方程：)(10)(10)(10)(83322t u t y dt t dy dtt y d =++ 系统传递函数：8328101010)()()(++==s s s U s Y s G 1)(=t u ，)314sin()(t t u =，)90314sin()(o t t u +=模型微分方程时的过程Ut=1时tu 时)(tsin(314)tu+=时t)(o90)314sin(传递函数时的过程1tu时)(=tu=时)(t)314sin(t)=时tu+90)(o314sin(结论及感想从两种种不同方法的仿真结果，我们可以看出分别用微分方程和传递函数在Simulink中，仿真出来的结果没有很明显的区别，说明两种方法的精度都差不多。
但是，不同的电压源得出的仿真结果不一样，阶跃电源开始时震荡，后来幅度逐渐变小，趋近于1；正弦电源，初相不同时，初始时刻的结果也不相同，有初相时开始震荡会更剧烈，但最后都会变为稳态值，即为正弦值。
通过本次实验，我认识到了建模与仿真的一般性方法，收获甚多，也更进一步了解了Matlab,Matlab不仅仅在平时的编程方面功能强大，在仿真方面也熠熠生辉。
电机控制基于Simulink的仿真
• 单击Simulink工具栏中的“新建模型”图标； • 在MATLAB的命令窗口中选择File | New | New Model菜单项；
第5页，共191页。
依次表示新建、打开 系统模型文件
– Simulink 最重要的特性就是支持矩阵形式 的信号，它可以区分行和列向量并传递矩阵 。通过对模块做适当的配置，可以使模块能 够接受矩阵作为模块参数。
第23页，共191页。
• MATLAB Function与Function模块
除了使用上述的方式进行Simulink与MATLAB之间的数据 交互，用户还可以使用Functions and Tables 模块库中的 Function模块（简称为Fcn模块）或Functions and Tables 模块 库中的MATLAB Function模块（简称为MATLAB Fcn模块） 进行彼此间的数据交互。
(2) 在模块搜索栏中搜索所需的系统模块。
第10页，共191页。
• 例：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： u(t)=sin t , t≥0
系统输出： y(t)=au(t), a≠0
第14页，共191页。
3 Simulink模型仿真
• 系统模块参数设置与系统仿真参数设置
– 双击系统模块，打开系统模块的参数设置对话框。 – 在参数设置对话框中设置合适的模块参数。 • 设置合适的系统仿真参数以进行动态系统的仿真 – 在Simulation菜单的Simulation parameters...子菜单中
过程控制：串级控制系统仿真
实验四 串级控制实验内容：SIMULINK 建模仿真 学生信息：自动化XXX 提交日期：20XX 年5月28日 报告内容： 串级控制一、实验目的1． 通过比较单回路控制系统与串级控制系统，进一步加深对串级控制的认识； 2． 掌握串级控制的参数整定方法。
二、实验设备1． 计算机1台2． MATLAB 7.X 软件1套。
三、实验步骤已知某串级控制系统的主副对象的传递函数G o1，G o2分别为：211,1001101o G s s ==++，121()101o o G s s =+，副回路干扰通道的传递函数为：221()201d G s s s =++。
1．用Simulink 画出串级控制系统的方框图及相同控制对象下的单回路控制系统方框图。
○1单回路控制系统方框图如下其中，PID C1为单回路PID 调节器，d1为一次扰动，取阶跃信号；d2为二次扰动，取阶跃信号；G o2为副对象，G o1为主对象；r 为系统输入，取阶跃信号；y 为系统输出，它连接到示波器上，可以方便地观测输出。
○2串级控制系统方框图如下其中，PID C1为主调节器，采用PD调节，PID C2为副调节器，采用P调节；q1为一次扰动，取阶跃信号；q2为二次扰动，取阶跃信号；G o2为副对象，G o1为主对象；r为系统输入，取阶跃信号；y为系统输出，它连接到示波器上，可以方便地观测输出。
2．选用PID调节器，整定调节器的参数，并绘制相应的单位阶跃响应曲线。
进行调节器的参数整定，当输入比例系数为260，积分系数为0，微分系数为140时，系统阶跃响应达到比较满意的效果，记录系统阶跃响应图。
采用这套PID参数时，二次扰动作用下，置输入为0，系统框图如下，记录系统的输出响应图。
采用这套PID参数时，一次扰动作用下，置输入为0，系统框图如下，记录系统的输出响应图。
综合以上各图可以看出采用单回路控制，系统的阶跃响应达到要求时，系统对一次和二次扰动的抑制效果不是很好。
SIMULINK基础(全)
SIMULINK简介
一、什么是SIMULINK
SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的 一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口 是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的 精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。 所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的 系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不 必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它 们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进行存取）， 进而进行仿真与分析。
– In1：输入端
– Out1：输出端
– SubSystem：建立新的封装（Mask）功能模块
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11、Logic and Bit operations（逻辑&位操作） Compare to constant :与常数比较
Compare to zero：与零比较
logical operator：逻辑操作算子 detect change:监测变化
– Rate limiter: 变化率限幅模块
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6、Signal routing （信号路由模块）
– Mux：将多个单一输入转化为一个复合输出 – Demux：将一个复合输入转化为多个单一输出 – Switch：开关选择，当第二个输入端大于临界值时，输出由第一个 输入端而来，否则输出由第三个输入端而来 – Manual Switch：手动选择开关
好是首先试试ode45。
(2)ode23：二/三阶龙格－库塔法，它在误差限要求不高和求解的问题不太难 的情况下，可能会比ode45更有效。也是一个单步解法器。 (3)ode113：是一种阶数可变的解法器，它在误差容许要求严格的情况下通常 比ode45有效。ode113是一种多步解法器，也就是在计算当前时刻输出时 ，它需要以前多个时刻的解。 (4)ode15s：是一种基于数字微分公式的解法器（NDFs）。也是一种多步解
matlab Simulink仿真
Math Operations数学模块 Abs：求绝对值 Add：求和 Algebraic Constraint：代数约束 Sum：加减运算 Product：乘运算 Divide：除运算 Dot Product：点乘运算 Gain：比例运算
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Math Function ：包括指数函数、对数函数、求 平方、开根号等常用数学函数 Trigonometric Function：三角函数，包括正弦、 余弦、正切等 MinMax：最值运算 Sign：符号函数 Complex to Magnitude-Angle：由复数输入转为 幅值和相角输出 Magnitude-Angle to Complex：由幅值和相角输 入合成复数输出 Complex to Real-Imag：由复数输入转为实部和 虚部输出 Real-Imag to Complex：由实部和虚部输入合成 复数输出
28Biblioteka Sources 输入源模块
Band-Limited White Noise：限带白噪声 Chirp Signal：啁啾信号 Clock：时钟信号。 Constant：常数信号。 Ground：接地 In1：输入端。
这个通用库包含Simulink仿真常用的基本 模块，本章建模所需的模块大部分在 此库中
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图7-4 Simulink 通用模块库包含的子库情 况
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Simulink 通用模块库的子库简介如下: Commonly Used Blocks通用模块 Bus Creator输入信号合并成向量信号 Bus Selector输入向量分解成多个信号 Creator输出信号 Constant输出常量信号 Data Type Conversion数据类型转换 Demux输入向量转换成标量
Simulink仿真 实验报告
集美大学计算机工程学院实验报告一、实验目的：1.熟悉Simulink工作环境及特点2.掌握线性系统仿真常用基本模块的用法3.掌握Simulink的建模与仿真方法。
二、实验内容和步骤1.用信号发生器产生0.2Hz，幅度为1V的正弦波和方波信号，并通过示波器观察波形。
启动simulink->选择Blank Model->点击Library Browser选择输入源模块以及接收端模块选择Sources: Sine Wave作为输入源模块，并设置频率参数为2πf即0.4*pi，接收端选择Scope模块开始仿真选择Sources :Signal Generator: Square作为输入源，设置频率，选择示波器开始仿真问题1.1：请总结一下示波器的使用方法，有哪些主要参数需要设置？示波器的参数设置主要有：Number of input ports 这一项用来设置示波器的输入端口数Layout 这一个操作可以用来设置输出格式，比如同时输出三个不同的波形图Time span 这一项用来设置横坐标的长度Time display offset 用来设置横坐标的起始端点，通常都为0Y-Limits 用来设置纵坐标的最大最小值2.Simulink仿真实际应用1建立一个很小的系统，用示波器观察正弦信号的平方的波形，如图所示系统中所需的模块：正弦波模块、示波器模块。
正弦波仿真电路和参数如下：（在Scope的Parameters里面，把Number of Axes设为3，可以变成有3个输入端的示波器）正弦波1参数：1Hz，幅度为1v；正弦波2参数：1Hz，幅度为2v，通过示波器观察结果，写出数学表达式。
该题目需要将示波器的Number of Input Ports设置为3，并且通过设置Layout来改变示波器的输出格式问题2.1：改变两个正弦波的幅度和频率，观察输出的波形？问题2.2：通过m语言编程实现其波形，给出代码和显示图形。
第七章Simulink仿真案例
7.1 Simulink基础
• 1.启动Simulink的两种方法： • a.通过点击工具栏 “ ” 图标启动； • b.在MATLAB命令窗口输入simulink然后点 击回车键启动。 • 打开的Simulink Library Browser
2. Simulink模块库浏览器
名称 Commonly Used Blocks Continuous Discontinuities Discrete Logic and Bit Operations Lookup Tables Math Operations Model Verification Model-Wide Utilities Ports & Subsystems Signal Attributes Signal Routing Sinks Sources User-Defined Functions Additional Math & Discrete 描述
• 通过Subsystem模块创建子系统，可以按照下面 步骤： • (1) 打开Simulink模块库，将Ports & Sybsystems 模块库中Subsystem模块拖入模型窗口； • (2) 双击Subsystem模块，打开Subsystem窗口； • (3) 把要组合的模块拖入Subsystem窗口内，然后 在窗口中加入Inport模块表示从子系统外部到内部 的输入，加入Output模块表示从子系统内部到外 部的输出，把这些模块按顺序连接起来，子系统 建立。
• 例7.9 PID控制器是在自动控制中经常使用的模块 ，在工程应用中其标准的数字模型为
U (s) K p (1 Td s 1 ) E ( s) Ti s 1 Td s / N
Simulink系统仿真课程设计
Simulink系统仿真课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解Simulink的基本原理和功能，掌握Simulink的常用模块及其使用方法。
2. 学生能运用Simulink构建数学模型，实现对动态系统的仿真和分析。
3. 学生能掌握Simulink与MATLAB的交互操作，实现数据传递和模型优化。
技能目标：1. 学生具备运用Simulink进行系统仿真的能力，能独立完成简单系统的建模和仿真。
2. 学生能通过Simulink对实际工程问题进行分析，提出解决方案，并验证其有效性。
3. 学生具备团队协作能力，能与他人合作完成复杂系统的仿真项目。
情感态度价值观目标：1. 学生对Simulink系统仿真产生兴趣，提高对工程学科的认识和热爱。
2. 学生在仿真实践中，培养严谨的科学态度和良好的工程素养。
3. 学生通过课程学习，增强解决实际问题的信心，形成积极向上的学习态度。
课程性质：本课程为实践性较强的学科，结合理论知识，培养学生运用Simulink进行系统仿真的能力。
学生特点：学生具备一定的MATLAB基础，对Simulink有一定了解，但实际操作能力较弱。
教学要求：注重理论与实践相结合，强化动手能力训练，培养学生解决实际问题的能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教，提高学生的综合素质。
通过课程学习，使学生能够独立完成系统仿真项目，并为后续相关课程打下坚实基础。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. Simulink基础操作与建模- 熟悉Simulink环境，掌握基本操作。
- 学习Simulink常用模块，如数学运算、信号处理、控制等模块。
- 结合教材章节，进行实际案例分析，让学生了解Simulink建模的基本过程。
2. 系统仿真与分析- 学习Simulink仿真参数设置，掌握仿真算法和步长设置。
- 利用Simulink对动态系统进行建模与仿真，分析系统性能。
- 结合实际案例，让学生通过仿真实验，掌握系统性能分析方法。
详解matlab simulink 通信系统建模与仿真
详解matlab simulink 通信系统建模与仿真MATLAB Simulink是一款广泛应用于通信系统建模和仿真的工具。
它提供了一种直观的方式来设计和测试通信系统，使得工程师可以更快地开发出高质量的通信系统。
本文将详细介绍MATLAB Simulink在通信系统建模和仿真方面的应用。
一、MATLAB Simulink的基本概念MATLAB Simulink是一种基于图形化界面的建模和仿真工具。
它可以通过拖拽和连接不同的模块来构建一个完整的系统模型。
每个模块代表了系统中的一个组件，例如滤波器、调制器、解调器等。
用户可以通过设置每个模块的参数来调整系统的性能。
二、通信系统建模在MATLAB Simulink中建立通信系统模型的第一步是选择合适的模块。
通信系统通常包括以下几个部分：1.信源：产生数字信号，例如文本、音频或视频。
2.编码器：将数字信号转换为模拟信号，例如调制信号。
3.信道：模拟信号在信道中传输，可能会受到干扰和噪声的影响。
4.解码器：将接收到的模拟信号转换为数字信号。
5.接收器：接收数字信号并进行后续处理，例如解码、解调、解密等。
在MATLAB Simulink中，每个部分都可以用一个或多个模块来表示。
例如，信源可以使用“信号生成器”模块，编码器可以使用“调制器”模块，解码器可以使用“解调器”模块等。
三、通信系统仿真在建立通信系统模型后，可以使用MATLAB Simulink进行仿真。
仿真可以帮助工程师评估系统的性能，例如误码率、信噪比等。
仿真还可以帮助工程师优化系统的设计，例如调整滤波器的参数、改变编码器的类型等。
在MATLAB Simulink中，可以使用“仿真器”模块来进行仿真。
用户可以设置仿真的时间范围、仿真步长等参数。
仿真器会根据系统模型和参数进行仿真，并输出仿真结果。
用户可以使用MATLAB的绘图工具来可视化仿真结果，例如绘制误码率曲线、信号波形等。
四、MATLAB Simulink的优点MATLAB Simulink具有以下几个优点：1.直观易用：MATLAB Simulink提供了一个直观的图形化界面，使得工程师可以更快地建立和调整系统模型。
自抗扰控制器的simulink建模与仿真_姜萍
《自动化技术与应用》２ ０ １ ０ 年第 ２ ９ 卷第 ２ 期
自抗扰控制器的 si muli nk 建模与仿真 *
姜 萍, 郝靖宇, 宗晓萍, 王培光
( 河北大学 电子信息工程学院 控制理论与控制工程, 河北 保定 071002)
摘 要: 通过对自抗扰控制器的基本原理及结构的研究, 具体讨论了自抗扰控制器用 simulink 建模的方法、子系统封装过程和创建 用户自定义库的方法。采用 simulink 模块建立的系统模型,不仅可以随时改变系统参数并可以观察参数变化后的仿真结果或 将结果存储于空间中, 使得仿真过程变得简单而有效, 而且不需要花费较多的时间编程。最后通过仿真实例, 证明了该方法的 实用性和有效性。 关键词: 自抗扰控制器;sim ulink; 子系统封装 ; 自定义库 中图分类号 :TP391 文献标识码 :A 文章编号:1003-7241(2010)02-0001-05
其中两个非线性函数 fal( x,α, d) 和 fhan ( x 1, x 2 , r , h )
2 | Techniques of Automation & Applications
控制理论与应用
Control Theory and Applications
《自动化技术与应用》２ ０ １ ０ 年第 ２ ９ 卷第 ２ 期
1
引言
PID 控制器在工业过程控制中占有主导地位, 是应
型变得越来越庞大而不易读懂。在 sim ulin k 环境下用 其固有模块建立的自抗扰控制器模型十分复杂 , 因此 , 使用创建子系统的方法并采用子系统封装技术[4]把自抗 扰控制器的模型分割成跟踪微分器、扩张状态观测器 和非线性状态误差反馈律三个小的模型 , 再根据参数之 间的关系组合成自抗扰控制器 , 这样以使得整个模型更 加简捷, 可读性更高。用户还可以在 simulink 模块库中 建立自己的库 , 把常用的子系统模块加入到该库中 , 这 些子系统可以反复调用 , 节省了建模时间。
MATLABsimulink系统仿真分析仿真报告
仿真报告课程名称：自动化技术导论报告题目：MATLAB/simulink系统仿真分析班级姓名学号xxxxxx自动化学院2016年4月软件版本：MATLAB R2010bMATLAB强处理能力MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。
其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。
函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而且经过了各种优化和容错处理。
在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++ 。
在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。
MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。
函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。
MATLAB图形处理MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。
高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。
可用于科学计算和工程绘图。
新版本的MATLAB 对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。
同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。
另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。
MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。
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变量延迟模块
Variable Transport Delay
与可变时间延迟模块相似。 7
非连续模块组（Discontinuities）
8
非连续模块组的模块及功能介绍
名称
饱和模块 Saturation
死区模块 Dead Zone 动态死区模块 Dead Zone Dynamic 磁滞回环模块 Backlash 滞环继电模块
离散零极点增益模块 Discrete Zero-Pole
离散状态空间模块 Discrete State-Space
一阶保持器模块 First-Order Hold
零阶保持器模块 Zero-Older Hold
实现数字滤波器的数学模型。
实现零极点增益形式脉冲传递函数模型 。 实现离散状态空间模型。
实现一阶保持器。
脉冲信号输出。
斜坡信号输出。
正弦波信号输出。
阶跃信号输出。
随机数输出。
连续仿真时钟；在每一仿真步输 出当前仿真时间。 离散仿真时钟；在指定的采样间 隔内输出仿真时间。
16
信宿模块组（Sinks）
17
信宿模块组的模块及功能介绍
名称
输出端口模块 Out1
示波器模块 Scope
X-Y示波器模块 XY Graph
4
输出端口模块 ut1
示波器模块 Scope
求和模块 Sum
饱和模块 Saturation
积分模块 Integrator
子系统模块 Subsystems
单位延迟模块 Unit Delay
标准输出端口；生成子系统或作为模型的 输出端口。 显示实时信号。
实现代数求和；与ADD模块功能相同。
实现饱和特性；可设置线性段宽度。
第五章 Simulink的控制系统建模 与仿真
本节基于MATLAB 7.1版本， Simulink 6.3版本详细介绍Simulink在控
制系统中的建模与仿真方法。
1
5.1 Simulink模块库
图5.1.1 Simulink启动界面
2
常用模块组（Commonly Used Blocks）
图5.1.2 常用模块组 3
计算微分。
创建状态空间模型。
传递函数模块 Transfer Fcn
零极点增益模块 Zero-Pole
时间延迟模块 Transport Delay
可变时间延迟模块 Variable Time Delay
创建传递函数模型。
创建零极点增益模型。
创建延迟环节模型；输入、输出信号在给 定时间的延迟。 输入、输出信号的可变时间延迟。
Relay 量化模块 Quantizer 库仑与粘性摩擦模块 Coulomb & Viscous Friction
形状
功能说明 实现饱和特征。
实现死区非线性特征。
实现动态死区。
实现磁滞回环。
实现有滞环的继电特性。
对输入信号进行数字化处理 。 实现库仑摩擦加粘性摩擦。
9
离散模块组（Discrete）
将幅值和相角输入转换为复数。
13
信源模块组（Sources）
14
信源模块组的模块及功能介绍
名称
输入端口模块 In1
接地模块 Ground
从文件中输入数据模块 From File
从工作空间输入数据模块 From Workspace
形状
功能介绍 标准输入端口。 将未连接的输入端接地，输出为零 从MATLAB文件中获取数据 从MATLAB工作空间中获取数据
显示数据模块 Display
终止仿真模块 Stop Simulation
形状
功能介绍 标准输出端口。 示波器。 显示X-Y图形。 数值显示。 终止仿真。
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5.2 Simulink基本操作
• 利用Simulink进行建模和仿真，首先应该熟悉 Simulink的一些基本操作，包括对Simulink模块的 操作，对模块间信号线的操作，以及最后模块的仿 真操作等。
• Simulink的建模和仿真是在其模型窗口内操作的。 用户可以选择菜单“File｜new”，选择 “Model”打开模型窗口
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• 模块操作
最重要的是模块参数的设置。用鼠标双击模块即可 打开其参数设置对话框，然后可以通过改变对话框 提供的对象进行参数的设置。
• 信号线操作
和模块操作类似，信号线的移动可以用鼠标左键按 住拖拉，信号线的删除可以按下“Delete”键。
输入输出信号的连续时间积分；可设置输 入信号的初始值。 子系统模块。
将信号延迟一个时间单位；可设置初始条 件
5
连续模块组（Continuous）
6
连续模块组的模块及功能介绍
名称
积分模块 Integrator
微分模块 Derivative 状态空间模块 State-Space
形状
计算积分。
功能说明
• 仿真操作
Simulink模型建立完成后，就可以对其进行仿真运 行。用鼠标单击Simulink模型窗口工具栏内“仿真 启动或继续”图标，即可启动仿真；当仿真开始时 图标就变成“暂停仿真”图标。仿真过程结束后， 图标又变回。
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5.3 Simulink建模与仿真
• Simulink提供了友好的图形用户界面，模型又模块 组成的框图表示，用户通过单击和拖动鼠标的动作 即可完成系统的建模，如同使用笔来画图一样简单 。而且Simulink支持线性和非线性系统、连续和离 散时间系统以及混合系统的建模与仿真。
实现零阶保持器。 11
数学运算模块组（Math Operations）
12
数学运算模块组的模块及功能介绍
名称
求和模块 Sum
相减模块 Subtract
增益模块 Gain
叉乘模块 Product
点乘模块 Dot Product
符号函数模块 Sign
数学函数模块 Math Function
正弦波模块 Sine Wave Function
常数模块 Constant
信号发生器模块 Signal Generator
恒值输出。 周期信号输出。
15
脉冲信号发生器 Pulse Generator
斜坡信号模块 Ramp
正弦波信号模块 Sine Wave
阶跃信号模块 Step
随机信号模块 Random Number
时钟模块 Clock
数字时钟模块 Digital Clock
23
• 【例5.3.3】已知控制系统的状态空间方程为
0 1 0 0
x
0
0 1 x 0 u
3 2 0 1
y 1 0 0 x
试求系统单位阶跃响应。
24
非线性连续时间系统的建模与仿真
• 在工程实际中，严格意义上的线性系统很少存 在，大量的系统或器件都是非线性的。非线性系 统的Simulink建模方法很灵活。应用Simulink构建 非线性连续时间系统的仿真模型时，根据非线性 元件参数的取值，既可以使用典型非线性模块直 接实现，也可通过对典型非线性模块进行适当组 合实现。
21
线性连续时间系统的建模与仿真
• 【例5.3.1】控制系统结构图如下图所示，试建 立Simulink模型并显示在单位阶跃信号输入下 的仿真结果。
0.1s R(s)
10
CHale Waihona Puke s)s(s 1)22
• 【例5.3.2】考虑下图所示的阻尼二阶 系统。图中，小车所受外力为，小车的 位移为。设小车质量，弹簧的弹性系数 ，阻尼系数。并设系统的初始状态为静 止在平衡点处，即，，外力函数为幅值 恒等于1的阶跃量。试仿真其运动。
实部和虚部转换为复数模块 Real-Imag to Complex
幅相转换成复数模块 Magnitude-Angle to Complex
形状
功能介绍 实现代数求和；和ADD模块功能相同。 对输入信号进行减运算。 将输入信号值乘以该增益值输出。 实现乘法运算。 对两个输入矢量进行点积运算。 实现符号函数运算。 实现数学函数运算。 正弦波输出。 将实部和虚部的输入转换为复数。
表5.1.1 常用模块组模块介绍及说明
模块名称
模块形状
功能说明
常数模块 Constant
分路器模块 Demux
混路器模块 Mux
增益模块 Gain
输入端口模 块 In1
恒值输出；数值可设置。
将一路信号分解成多路信号。
将几路信号按向量形式混合成 一路信号。 将模块的输入信号乘以设定的 增益值。 标准输入端口；生成子系统或 作为外部输入的输入端。
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• 【例5.3.4】设具有饱和非线性特性的控 制系统如图5.3.14所示，通过仿真研究 系统的运动。
r0 e
2
2
10
c
s(s 1)
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线性离散时间系统的建模与仿真
• 离散系统包括离散时间系统和连续-离散系统混 合系统。离散时间系统既可以用差分方程描述，也 可以用脉冲传递函数描述。而连续-离散系统混合系 统则可用微分-差分方程，或传递函数-脉冲传递函数 描述。
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• 【例5.3.5】如图5.3.18所示的离散系 统，采样周期Ts =1s，Gh (s)为零阶保 持器，而 G(s) 10 ，求系统
s(s 5)
的单位阶跃响应。
R(s) Ts
Gh (s)
C(s) G(s)
H (s)
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离散模块组的模块及功能介绍
名称
形状
功能介绍
单位延迟模块 Unit Delay
离散时间积分模块 Discrete-Time Integrator
实现Z域单位延迟，等同于离散时间算 子z-1。