第5章 simulink建模与仿真1
Simulink的控制系统建模与仿真
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）
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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。
Matlab第五章 Simulink模拟电路仿真
第五章Simulink模拟电路仿真武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜§5.1 电路仿真概要5.1.1 MATLAB仿真V.S. Simulink仿真利用MATLAB编写M文件和利用Simulink搭建仿真模型均可实现对电路的仿真，在实现电路仿真的过程中和仿真结果输出中，它们分别具有各自的优缺点。
武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜ex5_1.mclear;V=40;R=5;Ra=25;Rb=100;Rc=125;Rd=40;Re=37.5;R1=(Rb*Rc)/(Ra+Rb+Rc);R2=(Rc*Ra)/(Ra+Rb+Rc);R3=(Ra*Rb)/(Ra+Rb+Rc);Req=R+R1+1/(1/(R2+Re)+1/(R3+Rd));I=V/Req武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜ex5_1武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜注意Simulink仿真中imeasurement模块/vmeasurement模块和Display模块/Scope模块的联合使用Series RLC Branch模块中R、C、L的确定方式R：Resistance设置为真实值Capacitance设置为inf（无穷大）Inductance设置为0C：Resistance设置为0 Capacitance设置为真实值Inductance设置为0L：Resistance设置为0Capacitance设置为inf Inductance设置为真实值武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜MATLAB方式：步骤：建立等效模型→模型数学化→编写M文件计算→得到运算结果优点：理论性强，易于构建算法、模型缺点：较复杂，对电路观测量更改时需更改M文件适用范围：大系统抽象和原理性建模Simulink方式：步骤：选取模块→组成电路→运行仿真→观测仿真结果 优点：直观性强，易于与实际电路对应，易于观察结果 缺点：理论性不强，对电路原理不能得到解析适用范围：具体电路仿真武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜5.1.2 Power System Blockset模块集及powerlib窗口Power System Blockset模块集是MATLAB中专用的电路仿真模块集，其中内含有Electrical Source、Elements等子模块库，而电路仿真常用的DC Voltage Source、Series RLC Branch、Current Measurement等模块都被包含在这个模块集中。
第五章 Simulink系统建模与仿真
本章重点
Simulink基本结构 Simulink模块 系统模型及仿真
一、Simulink简介
Simulink 是MATLAB 的工具箱之一，提供交互式动态系统
建模、仿真和分析的图形环境
可以针对控制系统、信号处理及通信系统等进行系统的建 模、仿真、分析等工作 可以处理的系统包括：线性、非线性系统；离散、连续及 混合系统；单任务、多任务离散事件系统。
从模块库中选择合适的功能子模块并移至编辑窗口中，按 设计要求设置好各模块的参数，再将这些模块连接成系统 Simulink的仿真过程就是给系统加入合适的输入信号模块 和输出检测模块，运行系统，修改参数及观察输出结果等
过程
二、Simulink的基本结构
Simulink窗口的打开
命令窗口：simulink 工具栏图标：
三、Simulink模型创建
7、信号线的标志
信号线注释：双击需要添加注释的信号线，在弹出的文本编辑 框中输入信号线的注释内容
信号线上附加说明：（1） 粗线表示向量信号：选中菜单Forma t|Wide nonscalar lines 即可以把图中传递向量信号的信号线用粗 线标出；（2）显示数据类型及信号维数：选择菜单Format|Port data types 及Format|Signaldimensions，即可在信号线上显示前 一个输出的数据类型及输入/输出信号的维数；（3） 信号线彩 色显示：选择菜单Format|Sample Time Color，SIMULINK 将用 不同颜色显示采样频率不同的模块和信号线，默认红色表示最 高采样频率，黑色表示连续信号流经的模块及线。
同一窗口内的模块复制： （1）按住鼠标右键，拖动鼠标到目标
设计报告--005---直接序列扩频系统的SIMULINK建模与仿真
直接序列扩频系统的SIMULINK建模与仿真一．直接扩频发射机系统设数据传输率为100 bps，扩频码片速率为2000chip/s，采用m序列作为扩频序列，以BPSK为调制方式。
试建立扩频系统仿真模型并仿真观察其数据波形、扩频输出波形以及扩频调制输出的频谱。
仿真模型如图5-1所示。
Bernoulli Binary Generator用于产生数据流，其采样时间设置为0.01s，这样输出的数据速率为100bps。
PN Sequence Generator用于产生伪随机扩频序列，其采样时间设置为0.0005s，这样输出的码片速率为2000chip/s。
为了使扩频模块（乘法器）上的数据采样速率相同，需要对数据流进行升速率处理。
Unipolar yo Bipolar Converter用于完成数据和扩频序列的双极性变换。
乘法器输出就是扩频输出，其码速率等于采样速率，即每个采样点代表一个码片。
扩频输出信号以BPSK方式进行调制。
模型中采用了调制的等效低通模型来实现，调制输出信号是复信号，采样率为2000次/s。
调制也可采用通带模型来实现。
为了使频谱观察范围达到4kHz，需要被观察信号的采样率达到8000次/s，为此，以升速率模块配合采样保持模块将调制输出信号采样率提高到8000次/s。
图5-1 直接扩频发射机仿真系统模型仿真执行后，两个频谱仪将分别显示扩频前后的信号频谱，采用BPSK调制的等效低通模型时，调制前后的功率频谱相同，如图5-2所示。
可见，数据信号的带宽约100Hz，其功率峰值约为20dB处，而扩频输出信号带宽展宽了20倍，为2kHz，而功率峰值下降到约7dB处。
仿真输出的时域波形结果如图5-3所示，图中显示了数据流、PN序列以及扩频输出信号的波形，当数据为+1时，扩频输出就是对应的PN序列，当数据为-1时，扩频输出是PN序列的反相结果。
图5-2 直接扩频发射机扩频前后的信号频谱仿真结果分析：图5-2分别为扩频之前与扩频之后的频谱图，由图可知，数据信号的带宽约100Hz，其功率峰值约为20dB处，而扩频输出信号带宽展宽了20倍，为2kHz，而功率峰值下降到约7dB处。
Simulink建模与仿真
《通信系统仿真》实验报告姓名杨利刚班级A0811 实验室203 组号28 学号28 实验日期实验名称实验三Simulink建模与仿真实验成绩教师签字一、实验目的1、了解simulink的相关知识2、掌握Matlab/simulink提供的基本模块库和常用的模块3、掌握simulink建模仿真的基本方法二、实验原理Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。
Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模。
它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率，并且提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。
Simulink基本库是系统建模中最常用的模块库，原则上一切模型都是可以由基本库中的模块来构建，为了方便专业用户使用，Simulink还提供了大量的专业模块库，如为通信系统和信号处理而提供的CDMA参考库、通信模块库和DSP模块库等，但是，建议初学者不宜过多使用这些专业库，而应当从所建摸的系统原理入手，利用基本模块来构建系统，以深入理解系统运行情况。
Simulink的常用库模块有12个：（1）连续时间线性系统库；（2）非连续系统库；（3）离散系统库；（4）查表操作模块；（5）数学函数库；（6）模型检查和建模辅助工具；（7）端口和子系统；（8）信号路由库；（9）信号属性转换库；（10）信号源库；（11）信宿和仿真显示仪器库；（12）用户自定义函数库。
Simulink的建模主要是子系统的建模，子系统建模完成后，再对其进行封装，即完成了一个基本模型的建立。
三、实验内容1、现有对RLC充放电电路进行仿真的模型。
请参照仿真模型，进行Simulink的建模仿真，相关参数按照例题中的参数设置。
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）。
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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。
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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。
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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
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simulink建模与仿真流程
simulink建模与仿真流程我们需要在Simulink中创建一个新的模型。
打开Simulink软件后，选择“File”菜单中的“New”选项，然后选择“Model”来创建一个新的模型。
接着，我们可以在模型中添加各种组件，如信号源、传感器、执行器等，以及各种数学运算、逻辑运算和控制算法等。
在建模过程中，我们需要定义模型的输入和输出。
在Simulink中，可以使用信号源模块来定义模型的输入信号，如阶跃信号、正弦信号等。
而模型的输出信号可以通过添加显示模块来实现，如示波器模块、作用域模块等。
接下来，我们需要配置模型的参数。
在Simulink中，可以通过双击组件来打开其参数设置对话框，然后根据需求进行参数配置。
例如，对于控制系统模型，我们可以设置控制器的增益、采样时间等参数。
完成模型的配置后，我们可以进行仿真运行。
在Simulink中，可以选择“Simulation”菜单中的“Run”选项来运行仿真。
在仿真过程中，Simulink会根据模型的输入和参数进行计算，并生成相应的输出结果。
我们可以通过示波器模块来实时显示模型的输出信号，以便进行结果分析和调试。
在仿真过程中，我们可以通过修改模型的参数来进行参数调优。
例如，可以改变控制器的增益值，然后重新运行仿真，观察输出结果的变化。
通过不断调整参数，我们可以优化模型的性能，使其达到设计要求。
除了单一模型的仿真，Simulink还支持多模型的联合仿真。
通过将多个模型进行连接，可以实现系统级的仿真。
例如，我们可以将控制系统模型和物理系统模型进行连接，以实现对整个控制系统的仿真。
在仿真完成后，我们可以对仿真结果进行分析和评估。
Simulink提供了丰富的分析工具，如频谱分析、时域分析和稳定性分析等。
通过对仿真结果的分析，我们可以评估模型的性能，并进行进一步的改进和优化。
Simulink建模与仿真流程包括创建模型、添加组件、定义输入输出、配置参数、运行仿真、参数调优、联合仿真和结果分析等步骤。
薛定宇simulink建模与仿真随书仿真
薛定宇simulink建模与仿真随书仿真
本文介绍了关于薛定宇在其著作《 MATLAB/Simulink在工程实践中的应用》中所提及的Simulink建模与仿真方法。
Simulink是MATLAB中的一个工具箱，可用于建立动态系统模型，并进行仿真分析。
首先是建模方面，Simulink中的模型结构可以看做一个有向图，其中包含系统中各个组件之间的输入输出关系。
对于系统中的各个组件，可以使用Simulink库中已有的组件，如数学运算、逻辑运算等，
也可以通过自定义S-Function的方式实现。
在建模时，需要注意各个
组件之间的连接方式，以确保输入输出之间的连通性。
其次是仿真方面，Simulink提供了多种仿真方法，包括常规仿真、加速仿真、硬件仿真等。
常规仿真是指按照离散时间步长逐步仿真整
个模型，进行结果输出；加速仿真则是在保证精度的前提下，通过一
系列技术加速仿真过程，缩短仿真时间；硬件仿真是指将模型加载到
特定的硬件设备上，进行真实环境的测试。
针对不同的仿真需求，可
以选择适合的仿真方法。
总之，Simulink作为一款强大的建模仿真工具，可以广泛应用于工程实践中，从而加速工程开发过程，提高工程设计效率。
MATLAB使用Simulink 进行建模与仿真方法
方法/步骤
第一步：我们打开MATLAB软件，然后 在命令窗口中输入simulink或点击左 上角的【新建】，然后选择 【simulink Model】，如下图所示。
方法/步骤
第二步：此时将进入如下图所示的 Simulink界面，我们点击工具栏中的 【Library Browser】，如下图所示。
方法/步骤
第五步：基本的仿真模型需要信号发 生装置，我们可以选择如下图所示的 各种信号发生器，如正弦波信号发生 器，我们将其拖动到仿真模型框图。
方法/步骤
第六步：有了信号发生装置，作为一 个合理的仿真模型则必有信号接收与 显示装置，如下图所示，我们可以选 择Scope进行波形显示。
方法/步骤
第七步：我们选择好基本的输入输出 装置后，如下图所示，我们在仿真模 型框图中布局好装置位置并进行连线。
方法/步骤
第八步：仿真模型连线完毕后，检查 无误后我们就可以按下【Run】按钮， 运行我们的仿真程序了，如下图所示， 我们可以在显示器件中观察仿真结果， 并进行模型调整与修改。
注意事项
Simulink是 MATLAB很强大的系统建模、仿真和分析功能组件，上述方法、步骤只介绍了使用 Simulink搭建最基础的输入输出模型。
参考资料：Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析
《Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析》是2008年清华大学出版的一本图书，作者是 邵玉斌。
参考资料：基于matlab/simulink的通信系统建模与仿真（十三五）
《基于matlab/simulink的通信系统建模与仿真（十三五）》是2017年10月北京航空航天大学出 版社出版的图书，作者张瑾，周原，姚巧鸽，赵静。本书以MATLAB R2016a为平台,通过大量的 MATLAB、Simulink仿真实例,加深读者对通信系统原理的理解。
如何使用MATLABSimulink进行动态系统建模与仿真
如何使用MATLABSimulink进行动态系统建模与仿真如何使用MATLAB Simulink进行动态系统建模与仿真一、引言MATLAB Simulink是一款强大的动态系统建模和仿真工具，广泛应用于各个领域的工程设计和研究中。
本文将介绍如何使用MATLAB Simulink进行动态系统建模与仿真的方法和步骤。
二、系统建模1. 模型构建在MATLAB Simulink中，可以通过拖拽模块的方式来构建系统模型。
首先，将系统的元件和子系统模块从库中拖拽到模型窗口中，然后连接这些模块，形成一个完整的系统模型。
2. 参数设置对于系统模型的各个组件，可以设置对应的参数和初始条件。
通过双击模块可以打开参数设置对话框，可以设置参数的数值、初始条件以及其他相关属性。
3. 信号连接在模型中，各个模块之间可以通过信号连接来传递信息。
在拖拽模块连接的同时，可以进行信号的名称设置，以便于后续仿真结果的分析和显示。
三、系统仿真1. 仿真参数设置在进行系统仿真之前，需要设置仿真的起止时间、步长等参数。
通过点击仿真器界面上的参数设置按钮，可以进行相关参数的设置。
2. 仿真运行在设置好仿真参数后，可以点击仿真器界面上的运行按钮来开始仿真过程。
仿真器将根据设置的参数对系统模型进行仿真计算，并输出仿真结果。
3. 仿真结果分析仿真结束后，可以通过查看仿真器界面上的仿真结果来分析系统的动态特性。
Simulink提供了丰富的结果显示和分析工具，可以对仿真结果进行绘图、数据处理等操作，以便于对系统模型的性能进行评估。
四、参数优化与系统设计1. 参数优化方法MATLAB Simulink还提供了多种参数优化算法，可以通过这些算法对系统模型进行优化。
可以通过设置优化目标和参数范围，以及定义参数约束条件等，来进行参数优化计算。
2. 系统设计方法Simulink还支持用于控制系统、信号处理系统和通信系统等领域的特定设计工具。
通过这些工具，可以对系统模型进行控制器设计、滤波器设计等操作，以满足系统性能要求。
实验5_SIMULINK建模与仿真实验
课外实验 SIMULINK 建模与仿真实验 实验目的1、 掌握用SIMULINK 创建和编辑仿真模型的方法2、 掌握用SIMUINK 进行离散时间系统建模仿真的方法3、 熟悉用SIMUINK 进行连续时间系统建模仿真的方法4、 掌握SIMULINK 中子系统的创建、装帧及控制执行方法5、 掌握S 函数模块的创建和使用方法6、 熟悉用MA TLAB 指令运行SIMULINK 模型的方法实验内容1、 启动SIMULINK （使用simulink 命令），浏览Simulink Libarory Browser ，熟悉Simulink 提供的各种模块，参照下图建立仿真模型，求解以下微分方程的数值解： 2)0(',1)0(,300,cos )(sin d d d d 22==≤≤=⋅-+--y y x x e x y x x y e x y x x 实验过程中，注意练习模块的选定、复制、移动、删除、调整大小、旋转、改名、隐藏模块名、模块加阴影、模块参数设置，信号线的产生、移动、删除、分支、折曲、宽度显示、色彩、插入模块、标识，模型注释、仿真配置等。
2、 加法器是数字系统中最基本的逻辑器件，它可用于二进制的减法运算、乘法运算，BCD 码的加、减法，码组变换，数码比较等。
查阅加法器及相关资料，完成以下实验：（1）利用Simulink 中的Logical Operator 等模块建立一个全加器逻辑电路仿真模型；（2）将所设计的全加器另存为一个新文件（以防止后续操作破坏原文件），将其封装（简装）成一个子系统；（3）对简装的全加器进一步进行装帧（精装）；（4）利用精装的全加器设计一个加法器应用系统仿真模型，设计的应用模型中，尽可能用到Enabled Subsystem 、Trigged Subsystem 和Trigged and Enabled Subsystem 等条件执行子系统。
3、 自编S 函数实现全加器功能，将上一实验第（4）步设计的应用系统中的全加器用S 函数模块替换，通过实验检验S 函数模块的功能是否正确。
第五讲 基于MATLAB-Simulink的建模与仿真
MATLAB软件简介？
MATLAB软件的典型应用领域：
❖科学研究； ❖工程技术应用研究 ❖CAI（Computer Aided Instruct） ❖数学实验（Mathematical Experiment） ❖数学建模（Mathematical Modeling）
模型 Transfer-Fcn：线性传递函数模型 Zero-Pole：以零极点表示的传递
函数模型 Memory：存储上一时刻的状态值 Transport Delay：输入信号延时 一个给定时间再输出 Variable Transport Delay：输入 信号延时一个可变时间再输出
✓ 离散模块（Discrete）
For循环不能用For循环内重新赋值循环变
量n来终止。
在For循环中循环控制量的范围可以是任
何有效的MATLAB矩阵。比如
data=[11 9 45 6; 7 16 -1 5];
for n=data
x=n(1)-n(2)
end 这时程序的输出有四个数值，分别是矩阵
data的两列相减的结果
x = 4 x = -7
x = 46 x = 1
For循环可按需要嵌套，即For循环体内的命 令组中可以出现另一个For循环体，这体现了 For循环体也是命令组。比如 for n=1:5
for m=5:-1:1
A(n,m)=n^2+m^2; End
end
MATLAB软件简介？
While-end循环以不定的次数求一组语句的值。 Whil-end 循环的一般形式是： while expression（控制表达式） {commands} end 只要在控制表达式（expression）里的所有元 素为真，就执行While和end语句之间的命令 串（{commands}）。
matlab语言第5章 Simulink仿真设计
信号源模块（Sources）
l Band-Limited White Noise：宽带限幅白噪声； l Chirp Signal：线性调频信号（频率随时间线性变 化的正弦波）；
l Clock：时钟信号； l Constant：常数输入； l Counter Free-Running：自动计数器，发生溢出后， 从0开始重新计数；
分； lPID Controller：PID控制； lPID Controller（2DOF）：二维PID控制； lState-Space：状态空间模型； lTransfer-Fcn：传递函数模型； lTransport Delay：输入信号延迟一个固定时间输出； lVariable Time Delay：输入可变时间信号延迟输出； lVariable Transport Delay：输入信号延迟可变输出； lZero-Pole：零极点模型。
3. Simulink模型的创建和仿真
以图示系统建立Simulink模型
模型建立
（1）启动工具箱 （2）建立Simulink空白模型 （3）根据系统模型选择模块 首先要确定所需模块所在的子模块库名称。例子中用 到的模块有单位阶跃信号﹑符号比较器﹑传递函数模 型和信号输出模块，分别属于信号源模块库﹑数学运 算模块库﹑连续模块库和输出模块库。在模块库浏览 器中打开相应的模块库，选择所需模块。
常用模块库（Commonly Used Blocks）
l Bus Creator：将输入信号合并为总线信号； l Bus Selector：由总线信号选择需要的信号输出； l Constant：常数信号； l Data Type Conversion：数据类型转换模块； l Delay：延迟模块； l Delux：信号分解模块； l Discrete-Time Integrator：离散时间积分器； l Gain：增益模块； l Ground：接地模块； l In1：输入模块； l Integrator：输入信号积分；
Simulink建模与仿真
3.2.2、仿真运行原理
Simulink仿真包括两个阶段；初始化阶段和模型执行阶段
(1) 模块初始化
在初始化阶段主要完成以下工作： ① 模型参数传给Matlab进行估值，得到的数值结果将作为模型 的实际参数； ② 展开模型的各个层次，每一个非条件执行的子系统被它所包 含的模块所代替；
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综上所述，Simulink就是一种开放性的，用来模拟线性或非线 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。
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Simulink的特点:
(1)丰富的可扩充的预定义模块库 ； (2)交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图 ； (3)以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理； (4)通过Model Explorer 导航、创建、配置、搜索模型中的任
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Simulink模型并不一定要包含全部的三种元素，在实际应用 中通常可以缺少其中的一个或两个。
例如，若要模拟一个系统偏离平衡位置后的恢复行为，就可 以建立一个没有输入而只有系统模块加一个显示模块的模型。
在某种情况下，也可以建立一个只有源模块和显示模块的系 统。若需要一个由几个函数复合的特殊信号，则可以使用源模块 生成信号并将其送入Matlab工作间或文件中。
Simulink 仿真基础
1 Simulink的概述 2 基本操作 3 基本模块 4 建模方法 5 系统仿真举例
1
3.1 Simulink的概述
Simulink已经成为动态系统建模和仿真领域中应用最为广泛的软件之 一。Simulink可以很方便地创建和维护一个完整的模块，评估不同的 算法和结构，并验证系统的性能。由于Simulink是采用模块组合方式 来建模，从而可以使得用户能够快速、准确地创建动态系统的计算机 仿真模型，特别是对复杂的不确定非线性系统，更为方便。
了解MATLABSimulink进行系统建模与仿真
了解MATLABSimulink进行系统建模与仿真MATLAB Simulink是一款功能强大的工具，专门用于系统建模和仿真。
它可以帮助工程师和科研人员设计复杂的系统、开展仿真分析，并支持快速原型设计和自动生成可执行代码。
本文将详细介绍MATLAB Simulink的基本概念、系统建模与仿真流程，以及其在各个领域中的应用。
第一章：MATLAB Simulink简介MATLAB Simulink是MathWorks公司开发的一款图形化建模和仿真环境。
它包含了一系列模块，可以通过简单地拖拽和连接来模拟和分析复杂的系统。
Simulink中的模块代表不同的系统组件，例如传感器、执行器、控制器等。
用户可以通过连接这些模块来构建整个系统，并通过仿真运行模型以评估系统的性能。
第二章：系统建模基础系统建模是使用Simulink进行系统设计的关键步骤。
在建模之前，需要明确系统的输入、输出和所涉及的物理量。
Simulink提供了广泛的模块库，包括数学运算、信号处理、控制等，这些模块可以方便地应用到系统中。
用户可以选择合适的模块，并通过线连接它们来形成系统结构。
此外，Simulink还支持用户自定义模块，以满足特定的需求。
第三章：MATLAB与Simulink的联合应用MATLAB和Simulink是密切相关的工具，它们可以互相配合使用。
MATLAB提供了强大的数学计算和数据分析功能，可以用于生成仿真所需的输入信号，以及分析仿真结果。
同时，Simulink也可以调用MATLAB代码，用户可以在模型中插入MATLAB函数块，以实现更复杂的计算和控制逻辑。
第四章：系统仿真与验证系统仿真是利用Simulink来验证系统设计的重要步骤。
通过设置仿真参数和初始条件，用户可以运行模型来模拟系统的行为。
仿真可以包括不同的输入场景和工况，以验证系统在不同条件下的性能和稳定性。
Simulink提供了丰富的仿真分析工具，例如波形显示器、频谱分析等，可以帮助用户分析仿真结果并进行必要的调整。
五章SIMULINK仿真基础
第一节 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。
4) 转向：为了能够顺序连接功能模块的输入和输出端，功能模块有时 需要转向。在菜单Format中选择Flip Block旋转180度，选择Rotate Block顺时针旋转90度。或者直接按Ctrl+F键执行Flip Block，按 Ctrl+R键执行Rotate Block。
5) 改变大小：选中模块，对模块出现的4个黑色标记进行拖曳即可。
6) 模块命名：先用鼠标在需要更改的名称上单击一下，然后直接更改 即可。名称在功能模块上的位置也可以变换180度，可以用Format菜 单中的Flip Name来实现，也可以直接通过鼠标进行拖曳。Hide Name可以隐藏模块名称。
7) 颜色设定： Format菜单中的Foreground Color可以改变模块的前景颜 色，Background Color可以改变模块的背景颜色；而模型窗口的颜色 可以通过Screen Color来改变。
4、 Math（数学模块） math.mdl
Sum：加减运算 Product：乘运算 Dot Product：点乘运算 Gain：比例运算 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 Abs：取绝对值 Sign：符号函数
matlabsimulink动力学建模与仿真
matlabsimulink动力学建模与仿真
Matlab Simulink是一种功能强大的动力学建模和仿真软件。
它
可以帮助工程师和科研人员以直观的方式创建和分析各种系统的数学
模型。
使用Matlab Simulink，我们可以轻松地建立复杂的动力学系统模型，例如机械系统、电力系统、控制系统等。
Matlab Simulink提供了丰富的图形化建模功能，用户可以使用
预定义的模块和组件来组装模型。
这些模块包括各种传感器、执行器、控制器等，用户只需拖拽和连接这些模块即可快速搭建所需的系统模型。
用户还可以通过自定义模块来增加系统的特定功能。
在模型建立完成后，Matlab Simulink提供了各种仿真和分析工具，可以帮助用户验证和优化系统设计。
用户可以设置仿真参数，例
如仿真时间、信号输入等，然后运行仿真以观察系统的动态行为。
通
过仿真结果，用户可以评估系统的性能指标，并进行参数调整和优化。
此外，Matlab Simulink还支持与MATLAB的深度集成，用户可以在仿
真过程中使用MATLAB的强大数学和数据处理功能。
总之，Matlab Simulink是一个强大的动力学建模和仿真工具，
它可以帮助工程师和科研人员快速建立和分析各种系统模型。
通过使
用Matlab Simulink，我们可以更好地理解和预测系统的行为，从而提供有效的解决方案。
Simulink模型建模与仿真说明书
Six Distinct Blocks
The Simulink model will consist of 6 distinct blocks, namely, Sine Wave, Scope, Mux, Clock, and To Workspace. The Sine Wave is a source block from which a sinusoidal input signal originates. The signal is transferred through a line in the direction indicated by the arrow to the Gain block. The Gain block modifies its input (scales it by 5) and outputs a new signal through a line. The output of the Gain block and the output of the Sine Wave are combined in the multiplexer (Mux) to form a signal vector. The signal vector is transferred through a line to the Scope block used to display a signal much like an oscilloscope.
- Building a Simulink model
Building a Simulink model of a system consists of selecting the appropriate blocks and connecting them in a way that represents the mathematical models. Since the best way to learn a simulation tool is to work with it, this first tutorial will guide you through a simple example. We will build the block diagram for a simple model consisting of a sinusoidal input multiplied by a constant gain, which is depicted below.
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建立子系统的方法：
直接选中已有模块，形成子系统
添加一个Subsystem模块到模型中，然后进行编辑
1、使能子系统
需要添加使能端，在使能信号为所需要状态时，系统才 会激活运行
使能子系统及对应内部结构
一个系统中不能含多个enable和triggered信号
例题5-1：
2、触发子系统
存在一个出发端，通过触发事件是否发生来控制子系 统是否执行。 例题5-2：
1）参数控制设置
2）参数描述：对模块输入的参数作简单的说明 3）参数对应变量：键入的参数值将传递给封装后的子系统工 作空间中相对应的变量，因此要求此处的变量名应和子系统中 所使用的变量具有相同的名称 4）参数设置描述
control type：edit：需要用户键入参数值
checkbox:复选框 popup：参数选项（用|隔开） assignment：参数分配类型（evaluate:求值字符串 literal：普通文字）
通用子系统
Switch-case子系统 Switch-case动作子系统 上升沿触发
触发子系统 当型循环子系统
连续模块库（Continuous）
连续信号数值积分 输入信号连续时间积分
线性连续系统的状态空间描述
线性连续系统传递函数描述 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
实时仿真：需要专用的实时仿真硬件
欠实时仿真：比实际时钟慢
超实时仿真：比实际时钟快
3、计算机仿真
根据相似性原理，利用计算机逼真模拟研究对象。
模拟机、模拟数字机、数字通用机、仿真专用机。
三、仿真的作用 1）优化系统设计 2）系统故障再现 3）验证系统设计的正确性
4）对系统，子系统进行性能评估
5）训练系统操作员
框图被更新或模块被旋转
绘制封装子系统模块图标时
4、封装编辑器之文档对话框
motorola(TI) DSP developer’s kit
3、提供仿真库的扩充和定制功能
4、应用领域
通信与卫星系统 航空航天
生物系统
汽车系统
船舶系统
金融系统
5、simulink在matlab家族中的位置
Stateflow Blockset Toolboxes coder RTW compiler
5.6 simulink的基本模块库
1、simulink公共模块库 信源模块（Source） 信宿模块（Sinks） 信号路由（Signal Routing） 数学运算模块库（Math operations） 端口及子系统库（Ports and Subsystems） 连续模块库（Continuous） 离散模块库（Discrete） 查表模块库（Look-Up Table） 用户定义函数模块（User-Defined Functions） 非线性模块库（Discontinuities）
rate=biterr(msg,msg_r);
2、时间流仿真
所有模块在同一时间步长上同时执行。
时间 信号发生 差错控制编码
数 据
数字调制 差错控制译码 信宿
5.3 simulink窗口环境简介
标题栏 菜单栏
5.4 基于simulink的一个简单仿真系统
信源 系统 信宿
5.5 simulink的基本操作
2）仿真语言：在高级语言的基础上，为面向专门 问题而开发的。 3）集成仿真环境
五、计算机仿真的一般过程
仿真问题和仿真目的描述
确定仿真方案 系统描述 建立系统数学模型 建立仿真数学模型 编写仿真程序 验证模型
是否符合要求 是否符合要求 是否符合要求
修改方案
修改模型
修改程序
是否符合要求
进行仿真研究
5.2 simulink与matlab仿真
多端口输出选择器
量化器 信号上升、下降速率控制器 信号延迟器 饱和信号
三路选择器（根据输入2控制输出）
2、simulink专业模块库
5.7 仿真参数设置
解算器 仿真时间 仿真解法 误差容忍度
输出设置
discrere:针对无连续状态系统的特殊解法
变 ode45:基于Dormand-Prince 4-5阶的Runge-Kutta公式 步 长 ode23:基于Bogachi-Shampine 2-3阶的Runge-Kutta公式 解 ode113:变阶次Adams-Bashforth-Moulton解法 法
6）为管理、技术决策提供支持
四、仿真软件
仿真软件是一类面向仿真用途的专用软件，它可 以是面向通用的仿真，也可能是面向某个领域的仿真。 功能：1）为仿真提供算法支持 2）模型描述，建立计算机仿真模型 3）仿真实验的执行、控制 4）仿真数据的记录、分析 5）仿真数据管理
仿真软件的三个层次：
1）仿真程序库：由一组完成特定功能的程序组成 的集合，专门面向某一问题或一个领域。
1）向子系统模块中传递参数 2）“隐藏”子系统中不需要过多展现的内容 3）保护子系统中的内容，防止模块实现被随意篡改。
1、封装编辑器之图表编辑对话框
首先封装后，再选中子系统图表，执行edit/edit mask 。
子系统模块图表绘制命令
图表显示界 面控制参数
1）图表显示界面控制参数 icon fram：设置图表边框为可见或不可见
信源模块（Source）
有限带宽白噪声输入脉冲信号
输入斜坡信号 输出频率随时间线性变换的正弦信 号 输入服从高司分布的随机信号
输出当前仿真时间 输入周期信号 常数输入 信号发生器 以固定速率输出当前仿真时间 信号产生 从matlab工作空间中输入数据 正弦信号初始器
输入阶跃信号 从.mat文件中输入数据
3、封装编辑器之初始化设置对话框
初始 化命 令
initialization commands（初始化命令栏）
一般为matlab命令，在此可定义封装后子系统工作空间 中的各种变量，这些变量可以被封装子系统模块图标绘制命令、 其它初始化命令或子系统中的模块使用。 当出现以下情况时，初始化命令被执行： 模型文件被载入
离散模块库（Discrete）
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 单步积分延迟，输出为前一输入 单位延迟
离散信号的零阶保持器
查表模块库（Look-Up Table）
表数据选择器（从表中选择数据） 对输入信号进行内插运算 输入信号的一维线性内插
系统仿真是研究系统的一种重要手段，而系统模 型是仿真所研究的直接对象。 2、系统模型 实体模型：根据相似性建立 模型 数学模型:原始系统数学模型；仿真系统数学模型
动态模型：描述系统动态变化过程
静态模型：平衡状态下系统特性值之间的关系
二、计算机仿真
1、仿真的概念
以相似性原理、控制理论、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实验研究的一门综合 性技术。 2、仿真分类 实物仿真：建造实体模型 数学模型：将数学语言编制成计算机程序 半实体模型：数学物理仿真
信号组合器 信号探测器 信号维数改变器 选择或重组信号 信号属性修改 输入信号宽度
数学运算模块库（Math operations）
求信号绝对值 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
矩阵增益 求输入的最小、大值
乘法或除法器
从输入实部与虚部构 造复数
输出输入复数的幅值与相位
输出系统输入的的实部或需部 点乘运算
ode15s :钢性系统的变阶次多步解法
仿 真 解 法
ode23s :钢性系统的固定阶次单步解法
discrere:针对无连续状态系统的特殊解法
定 ode5: ode45确定步长的函数解法 步 ode4:使用固定步长的经典4阶的Runge-Kutta公式的函数解法 长 解 ode3: ode25的确定步长的函数解法 法
code=encode(msg,n,k,'bch');
modu=dmod(code,fc,fd,fs,'qask',m);
modu_noise=modu+randn(length(modu),1);
demo=ddemod(modu_noise,fc,fd,fs,'qask',m);
msg_r=decode(demo,n,k,'bch');
ode1 :固定步长的Euler解法
ode2 :使用固定步长的经典2阶的Runge-Kutta公式的函数解法
Refine output
输 出 选 项
Produce additional output
Produce specified output only
5.8 子系统
建立子系统有助于简化系统结构，提高系统设 计的层次性。 一、子系统的概念 是系统构成的一部分，表现形式为具有几个输 入输出端口的模块，内部结构在系统中不表现出来。 二、子系统分类 无条件子系统 条件执行子系统 1、使能子系统 2、触发子系统 3、函数调用图表为透明或不透明
icon rotation:设置图表为固定或可旋转显示 drawing coordinates:设置图表绘制命令所使用的坐 标系单位 2）图表绘制命令栏
2、封装编辑器之参数设置对话框
参数 设置 控制 参数 描述 参数 对应 变量
参数 设置 列表
第五章 Simulink建模与仿真
第五章 Simulink建模与仿真
5.1绪论
一、系统与模型 1、系统 系统是指具有某些特定功能，相互联系、相互作 用的元素集合。 系统的两个基本特征：整体性、相关性