第8章+控制系统的Simulink仿真
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第8章
控制系统的Simulink仿真
“Solver”解算器标签页参数设定窗口中各选项的意义如下： （1）“Simulation time”——仿真时间设置 （2）“Solver options”——算法选择操作 （3）“output options”——输出选择 （4）标签页右下部4个按钮的功能
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第8章
控制系统的Simulink仿真
【例8.1】某二阶线性系统如图8-4所示，采用Simulink 建立系统模型并进行仿真，分别用3种类型的示波器观察该 系统的阶跃响应。
图8-4 二阶线性系统模型
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第8章
控制系统的Simulink仿真
解：首先创建该系统的仿真模型，按照建立模型结构图的 基本步骤完成模型创建后，将上述3种示波器模块放在控制 系统模型结构图的输出端，如图8-5所示。
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第8章
图8-3 设定工作空间Workspace参数窗口
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第8章
控制系统的Simulink仿真
8.2 控制系统的Simulink仿真
8.2.1 利用Simulink系统仿真模型的仿真处理 1．仿真的启动与停止
（1）在Simulink的模型窗口下，选择“Simulation”中的“Start” 命令可以对系统进行仿真。仿真开始后“Start”变为“Pause”，点 击“Pause”可暂停仿真执行，点击“Stop” 可停止仿真。 （2）单击 “Start Simulation”按钮也可以对系统进行仿真。仿真 开始后按钮变为“Pause Simulation”按钮，点击按钮可暂停仿真， 点击“Stop”按钮可停止仿真。
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控制系统的Simulink仿真
2．Simulink仿真结果的观察与分析方法
（1）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 中直接查看图形或者数据。 （2）将仿真结果信号输入到“To Workspace”模块中，即保 存到MATLAB工作空间里，再用绘图命令在MATLAB命令 窗口里绘制出图形。 （3）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8章
控制系统的Simulink仿真
2．仿真参数的设置方法
系统仿真前要对仿真算法、输出模式等各种参数进行设置， 这就是“Simulation”下的“Simulation Parameters”菜单命令要 完成的任务。打开一个仿真参数对话框后可以设置仿真参数，该 对话框包含以下5个可相互切换的标签页： （1）Solver解算器标签页：设置仿真的起始时间与终止时间、 仿真的步长大小与求解问题的算法等。 （2）Workspace I/O工作空间标签页：管理对MATLAB工作空 间的输入和输出操作。
“OK”按钮：参数设置完毕可将窗口内的参数值应用于仿真，并关闭对 话框。 “Cancel”按钮：立即撤销对参数的修改，恢复标签页原来的参数设置， 关闭对话框。 “Help”按钮：打开并显示该模块使用方法说明的帮助文件。 “Apply”按钮：修改参数后的确认，表示将目前窗口改变的参数应用于 仿真，并保持对话框窗口的开启状态。
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第8章
控制系统的Simulink仿真
8.1.3 Workspace I/O工作空间标签页参数设置
仿真控制参数Simulation Parameters的设定对话框标签之二为 “Workspace I/O”工作空间标签页，如图8-3所示。
对该标签页中的各类参数设置后，可以实现从当前工作空间输 入数据、初始化状态模块（State）、把仿真结果保存到当前工作 空间等功能。 （1）“Load from workspace”：从当前工作空间输入数据 （2）“initial state”：初始化状态模块 （3）“Save to workspace”：保存仿真结果到当前工作空间 （4）“Save options”——变量存储选项
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第8章
控制系统的Simulink仿真
（ 3）Diagnostics标签页：设置在仿真过程中出现各类错 误时的操作处理。 （4）Advanced标签页：设置高级仿真属性，如模块的简化、 在仿真过程中使用逻辑信号等。 （5）Real-Time Workshop标签页：设置实时工具中的参数， 如允许用户选择目标语言模板、系统目标文件等。
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第8章
控制系统的Simulink仿真
8.1.2 Solver解算器标签页的参数设置
执行“Simulation”下的“Simulation Parameters”命令后，会 弹出仿真参数设置对话框 “Solver”解算器标签页。
“Solver”标签页参数设定是进行仿真工作前准备的必须步骤， 基本参数设定包括仿真的起始时间与终止时间、仿真的步长大 小与求解问题的算法等。
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第ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ章
控制系统的Simulink仿真
8.1 Simulink仿真的参数设置
8.1.1 系统模型的实时操作与仿真参数设置 1．系统模型的实时操作
Simulink环境下创建系统仿真模型后，在菜单方式下对系 统模型或框图进行如下操作： （1）被仿真模块的参数允许有条件地实时修改。 （2）离散模块的采样时间允许实时修改。 （3）允许用浮空示波器（Floating Scope）实时观察任何一点 或几点的动态波形。 （4）在进行一个系统仿真的过程中，允许同时打开另一个系 统进行处理。
当选择算法是可变步长类型“Variable-step”时，“Solver”标 签页如图8-1所示；当选择固定步长类型的算法“Fixed-step”时， “Solver”标签页如图8-2所示。
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第8章
图8-1 “Solver”可变步长仿真参数设置窗口
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第8章
图8-2 “Solver”固定步长仿真参数设置窗口
第8章
控制系统的Simulink仿真
本章主要教学内容
对系统进行Simulink仿真的参数设置 利用Simulink的系统仿真模型进行仿真的方法 利用Simulink的动态结构图进行仿真的方法 熟悉Simulink的基本操作 掌握Simulink仿真过程中的参数设置方法 掌握控制系统的Simulink仿真具体应用
第8章
控制系统的Simulink仿真
“Solver”解算器标签页参数设定窗口中各选项的意义如下： （1）“Simulation time”——仿真时间设置 （2）“Solver options”——算法选择操作 （3）“output options”——输出选择 （4）标签页右下部4个按钮的功能
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【例8.1】某二阶线性系统如图8-4所示，采用Simulink 建立系统模型并进行仿真，分别用3种类型的示波器观察该 系统的阶跃响应。
图8-4 二阶线性系统模型
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解：首先创建该系统的仿真模型，按照建立模型结构图的 基本步骤完成模型创建后，将上述3种示波器模块放在控制 系统模型结构图的输出端，如图8-5所示。
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图8-3 设定工作空间Workspace参数窗口
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8.2 控制系统的Simulink仿真
8.2.1 利用Simulink系统仿真模型的仿真处理 1．仿真的启动与停止
（1）在Simulink的模型窗口下，选择“Simulation”中的“Start” 命令可以对系统进行仿真。仿真开始后“Start”变为“Pause”，点 击“Pause”可暂停仿真执行，点击“Stop” 可停止仿真。 （2）单击 “Start Simulation”按钮也可以对系统进行仿真。仿真 开始后按钮变为“Pause Simulation”按钮，点击按钮可暂停仿真， 点击“Stop”按钮可停止仿真。
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2．Simulink仿真结果的观察与分析方法
（1）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 中直接查看图形或者数据。 （2）将仿真结果信号输入到“To Workspace”模块中，即保 存到MATLAB工作空间里，再用绘图命令在MATLAB命令 窗口里绘制出图形。 （3）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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2．仿真参数的设置方法
系统仿真前要对仿真算法、输出模式等各种参数进行设置， 这就是“Simulation”下的“Simulation Parameters”菜单命令要 完成的任务。打开一个仿真参数对话框后可以设置仿真参数，该 对话框包含以下5个可相互切换的标签页： （1）Solver解算器标签页：设置仿真的起始时间与终止时间、 仿真的步长大小与求解问题的算法等。 （2）Workspace I/O工作空间标签页：管理对MATLAB工作空 间的输入和输出操作。
“OK”按钮：参数设置完毕可将窗口内的参数值应用于仿真，并关闭对 话框。 “Cancel”按钮：立即撤销对参数的修改，恢复标签页原来的参数设置， 关闭对话框。 “Help”按钮：打开并显示该模块使用方法说明的帮助文件。 “Apply”按钮：修改参数后的确认，表示将目前窗口改变的参数应用于 仿真，并保持对话框窗口的开启状态。
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8.1.3 Workspace I/O工作空间标签页参数设置
仿真控制参数Simulation Parameters的设定对话框标签之二为 “Workspace I/O”工作空间标签页，如图8-3所示。
对该标签页中的各类参数设置后，可以实现从当前工作空间输 入数据、初始化状态模块（State）、把仿真结果保存到当前工作 空间等功能。 （1）“Load from workspace”：从当前工作空间输入数据 （2）“initial state”：初始化状态模块 （3）“Save to workspace”：保存仿真结果到当前工作空间 （4）“Save options”——变量存储选项
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（ 3）Diagnostics标签页：设置在仿真过程中出现各类错 误时的操作处理。 （4）Advanced标签页：设置高级仿真属性，如模块的简化、 在仿真过程中使用逻辑信号等。 （5）Real-Time Workshop标签页：设置实时工具中的参数， 如允许用户选择目标语言模板、系统目标文件等。
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8.1.2 Solver解算器标签页的参数设置
执行“Simulation”下的“Simulation Parameters”命令后，会 弹出仿真参数设置对话框 “Solver”解算器标签页。
“Solver”标签页参数设定是进行仿真工作前准备的必须步骤， 基本参数设定包括仿真的起始时间与终止时间、仿真的步长大 小与求解问题的算法等。
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控制系统的Simulink仿真
8.1 Simulink仿真的参数设置
8.1.1 系统模型的实时操作与仿真参数设置 1．系统模型的实时操作
Simulink环境下创建系统仿真模型后，在菜单方式下对系 统模型或框图进行如下操作： （1）被仿真模块的参数允许有条件地实时修改。 （2）离散模块的采样时间允许实时修改。 （3）允许用浮空示波器（Floating Scope）实时观察任何一点 或几点的动态波形。 （4）在进行一个系统仿真的过程中，允许同时打开另一个系 统进行处理。
当选择算法是可变步长类型“Variable-step”时，“Solver”标 签页如图8-1所示；当选择固定步长类型的算法“Fixed-step”时， “Solver”标签页如图8-2所示。
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图8-1 “Solver”可变步长仿真参数设置窗口
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图8-2 “Solver”固定步长仿真参数设置窗口
第8章
控制系统的Simulink仿真
本章主要教学内容
对系统进行Simulink仿真的参数设置 利用Simulink的系统仿真模型进行仿真的方法 利用Simulink的动态结构图进行仿真的方法 熟悉Simulink的基本操作 掌握Simulink仿真过程中的参数设置方法 掌握控制系统的Simulink仿真具体应用