simulink仿真

2 SIMULINK的基本模块
在SIMULINK中包含： 连续系统模块库（Continuous）、 离散系统模块库（Discrete）、 数学运算模块库（Math）、 非线性模块库（Nonlinear）、 信号与系统模块库（Signal&System）、 接收（输出）模块库（Sinks）、 输入源模块库（Sources）等。 每一个模块又包含很多子模块。可见，正弦图线不够连续，这是因为显 示的采样步长参数没有调整到最好的结果。
在模型窗口选择菜单中的simulation下 的Configuration Parameters，进一步设置： 将max step size设置为0.01，将min step size设置为0.001，再次仿真得到新的图线：
输入源（Sources）模块组
Model & Subsystem Inputs
1
unti tl ed.m at
si mi n
In1
Ground
From Fi l e
From Workspace
Signal Generators
1 Constant
Signal Generator
Pul se Generator
输出选项output options refined output 细化输出 produce additional 产生附加输出 produce specified output only只产生指定输出
1、简单例子
例1 双击Signal Generator跳出属性窗口
Signal Generator模块的位置在模型库的simulink的source下， Scope模块的位置在模型库的simulink的sinks下。
采样保持，延迟一个周期
Discrete-Time Integrator 离散时间积分
Discrete State-Space
离散状态方程
Discrete Filter
离散滤波器（IIR、FIR）
Discrete Transfer Fcn 离散传递函数
Discrete Zero-Pole
离散零－极点模型
零－极点模型
Memory
把前一步的输入作为输出
Transport Delay
把输入信号按给定的时间做延迟
Variable Transport Delay 按第二个输入指定的时间把第一
个输入做延迟
离散系统模块Discrete功能：
模块名
功能简介
Zero-Order Hold
零阶保持器
Unite Delay
Dead Zone
死区特性
Relay
限制输出值在某一范围内变化
Switch
根据临界值自动判断选择所接受的输入端
Manual Switch
人工判断选择所接受的输入端
Mutiport Switch
在多输入中选一个输出
Coulumb & Viscous Friction 当输出值达到一定值时，输出才
会根据输入而改变
Signal 1
Signal Builder
Ra m p
Si ne Wave
Step
Repeati ng Sequence
Chi rp Si gnal
Random Nu m b e r
Uni form Random Band-Li mi ted
Nu m b e r
Whi te Noi se
lim
Repeati ng Sequence
Linsim
线性系统仿真算法
(2) 仿真时间与仿真步长的设置
start time 开始时间
stop time 结束时间
Relative Tolerance 相对精度
Absolute Tolerance 绝对精度
Max(min) step size最大(最小)允许的步长
最大步长=(停止时间-起始时间)/50,若仿真时间很长，有可能 会出现失根，这时可根据需要设置较小的步长。
脉冲发生器，和采样时间无关
Chirp Signal
频率不断变化的正弦信号
Clock
输出当前的仿真时间
Digital Clock
按指定速率输出当前仿真时间
From File
从文件读数据
Random Number 高斯分布的随机信号
Uniform Random Number 平均分布的随机信号
Band-Limited White Noise 带限白噪声
双击信号源对象，改变其可设置值 例如，阶跃信号的可设置参数有 Step time 阶跃时间 Initial value 初值 Final value 终值 2、示波器参数的设置 双击示波器，则出现示波器窗口，用于显示波形； 在示波器上端可设置属性，包括显示时间，采样周期等。 3、其他环节的设置 与输入信号的设置一样，通过双击对象弹出属性窗口， 设置不同的参数。
Simulink库浏览器
SIMULINK的基本操作
1、SIMULINK窗口：库浏览器、 SIMULINK模型窗口
2、 SIMULINK模块操作：
模块是建立SIMULINK模型的基本单元，用适当的方式把各种 模块连接在一起就能够建立任何动态系统模型。
选取模块、放大或缩小模块、改变模块名字
双击某一模块或在模块上单击鼠标右键，选择Block Parameters可以对参数进行设置，选择Block Properties可以设 置和查看模块的特性。 模块的连线：移动鼠标到某一模块的输出端，鼠标的箭头会变成 十字形光标，按住鼠标左键移动鼠标到另一模块的输入端，当十 字光标出现重影时，释放左键即可。P115
Data Viewers
Scope
Floating XY Graph Scope
0 Di sp l a y
Simulation Control
STOP Stop Simulation
• 用示波器模块来观察输出 – Sinks库 • Scope 示波器窗口 • X Y graph 绘制二维的图形 • Display 将数据以数字的形式显示出来
示波器 两个信号的关系图，用MATLAB图形显示
实时数值显示 保存到文件 输出到当前工作空间的变量 输入不为零时停止仿真
接收器（Sinks）模块组
Model & Subsystem Outputs
1 Out1
T erm i nator
untitled.mat To File
si m o u t To Workspace
Simulink建模的基础知识
Simulink含两层含义：“Simu”表示仿真（simulation）；而link表示 它能够进行系统连接，即：把一系列模块连接起来，构成复杂的系 统模型。正是由于它的这些功能和特色，使得它成为计算机仿真领 域首选的仿真环境。
启动simulink， 只需要在 matlab命 令窗口输入： >>simulink 或者单击命 令窗口里 工具栏上 的按钮。
2. 运行模型 用户在选择适当的算法并且设置好仿真参数后，就可以运行 Simulink仿真模型了。有两种方法可以启动仿真：1）选择 Simulation→Start；2）点击图标“ ”。
注意：缺省时，示波器历史数据只保存最后的5000个。如果我们希 望显示完整的仿真曲线，就需要将“Limit data to last 5000”前面 复选框中的“√”去掉。
1
z+0.5 Di scre te T ransfer Fcn
1 1+0.5z-1 Discrete Filter
(z-1)
z(z-0.5) Di scre te Ze ro -Po l e
z-1 z
Di ffe re n ce
K (z-1) Ts z
Discrete Derivative
y(n)=Cx(n)+Du(n) x(n+1)=Ax(n)+Bu(n)
连续系统模块Continuous功能： Continuous-Time Linear Systems
模块名
功能简介
1 s
Integrator
du/dt De ri va ti ve
Integrator Derivative State-Space Transfer Fcn Zero-Pole
积分环节 微分环节 状态方程 传递函数
Discrete State-Space
0.05z
z-0.95 T ransfer Fcn
First Order
z-0.75
z-0.95 T ransfer Fcn Lead or Lag
z-0.75
z T ransfer Fcn
Real Zero
We i g h te d Moving Average
Sample & Hold Delays
M e m o ry
Fi rst-Ord e r Ho l d
Zero-Order Ho l d
非线性模块库
Rate Limiter
限制输入变化率的变化大小
Saturation
让输出超过某一值时能够饱和
Quantizer Backlash
把输入转化成阶梯状的量化输出 由deadband设定， 输出依据输入的改变而改变
Stai r
Repeati ng Sequence Interpol ated
Counter Free-Runni ng
Counter Li m i ted
Cl ock
12:34 Di gi tal Cl ock
3仿真模型参数的设置
建立模型之后，就可以对模型进行动态仿真，但在仿真前 必须对模型的仿真参数进行相应的设置。 1、输入信号的参数设置
不连续（Discontinuities）模块组
Discontinuities
Sa tu ra ti o n
up
u
y
lo
Sa tu ra ti o n Dyn a m i c
Dead Zone
Rate Limiter
up
u
y
lo
Dead Zone Dyn a m i c
up u lo
Rate Limiter Dyn a m i c
First-Order Hold
一阶保持器
离散（Discrete）模块组
Discrete-Time Linear Systems
1
z Unit Delay
-4 Z
Integer Delay
4 De l a ys
T apped Delay
K Ts
z-1 Discrete-T ime
Integrator
4、仿真参数的设置：
主菜单Simulation选项下的Parameters选项用于设置仿真参数，主要包 括：
(1) 仿真算法，分别为：
Euler
欧拉法
Runge-Kutta3 三阶龙格库塔法
Runge-Kutta5 五阶龙格库塔法（缺省）
Adams
Adams算法
Gear
基耶算法
Adams/Gear A/G混合算法
第六章Simulink在系统仿真中的应用
Simulink是一种用于在MATLAB下建立模块化的集成软件工具包。
前面涉及到的仿真都是较为简单的静态仿真，为了处理更复 杂的和时间有关的动态系统，就必须学习simulink的使用。 Simulink是matlab提供的实现系统建模和仿真的一个软件包。它 让用户把精力从编程转向模型的构造。
Ba ckl a sh
Re l a y
Qu a n ti ze r
Hi t Cro ssi n g
Coulomb & Viscous Friction
Wrap To Zero
接收模块sink功能：
模块名
功能简介
Scope XY Graph Display To File To Workspace Stop Simulation
x' = Ax+Bu y = Cx+Du
State-Space
1 s+1 Transfer Fcn
(s-1) s(s+1) Ze ro -Po l e
Continuous-Time Delays
T ransport De l a y
To
Ti
Va ri a b l e
Va ri a b l e
Time DelayTransport Delay
• 使用Workspace模块 – 将信号输入至Workspace模块，该模块将 数据输出到Matlab的命令窗口中，以 ‘simout’变量名保存下来，也可以改变变 量名用另外的名字保存
– 时间数据用sources中的clock模块 • 使用返回值将输出返回Matlab命令窗口中
– out1
输入源模块source功能：
模块名
功能简介
Constant
常数
Signal Generator 信号发生器
Step
阶跃信号
Ramp
斜坡信号
Sine Wave
正弦波
Repeating Sequence 重复的线性信号，类似锯齿形
Discrete Pulse Generator 离散脉冲发生器，和采样时间有关
Pulse Generator