MATLAB实验SIMULINK仿真

实验九SIMULINK仿真一、实验目的SIMULINK是一个对动态系统（包括连续系统、离散系统和混合系统）进行建模、仿真和综合分析的集成软件包，是MATLAB的一个附加组件，其特点是模块化操作、易学易用，而且能够使用MATLAB提供的丰富的仿真资源。

在 SIMULINK环境中，用户不仅可以观察现实世界中非线性因素和各种随机因素对系统行为的影响，而且也可以在仿真进程中改变感兴趣的参数，实时地观察系统行为的变化。

因此SIMULINK已然成为目前控制工程界的通用软件，而且在许多其他的领域，如通信、信号处理、DSP、电力、金融、生物系统等，也获得重要应用。

对于信息类专业的学生来说，无论是学习专业课程或者相关课程设计还是在今后的工作中，掌握SIMULINK，就等于是有了一把利器。

本次实验的目的就是通过上机训练，掌握利用SIMULINK对一些工程技术问题（例如数字电路）进行建模、仿真和分析的基本方法。

二、实验预备知识1. SIMULINK快速入门在工程实际中，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，Math Works软件公司为MATLAB提供了新的控制系统模型图输入与仿真工具，并命名为SIMULAB，该工具很快就在控制工程界获得了广泛的认可，使得仿真软件进入了模型化图形组态阶段。

但因其名字与当时比较著名的软件SIMULA类似，所以1992年正式将该软件更名为SIMULINK。

SIMULINK的出现，给控制系统分析与设计带来了福音。

顾名思义，该软件的名称表明了该系统的两个主要功能：Simu（仿真）和Link（连接），即该软件可以利用系统提供的各种功能模块并通过信号线连接各个模块从而创建出所需要的控制系统模型，然后利用SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真和分析。

⏹SIMULINK的启动首先启动MATLAB，然后在MATLAB主界面中单击上面的Simulink按钮或在命令窗口中输入simulink命令。

命令执行之后将弹出simulink的模块库浏览器，如图1所示。

⏹SIMULINK的模块库Simulink的模块库有两部分组成：基本模块和各种应用工具箱。

✓系统提供的应用工具箱有：Communications Blockset（通信模块集） Control System Toolbox（控制系统工具箱）Dials & Gauges Blockset（面板和仪表模块集） DSP Blockset（数字信号处理模块集）Fixed-Point Blockset（定点模块集）Fuzzy Logic Toolbox（模糊逻辑工具箱）NCD Blockset（非线性控制设计模块集）Neural Network Blockset（神经网络模块集）RF Blockset（射频模块集）Power System Blockset（电力系统模块集）Real-Time Windows Target（实时窗口目标库）Real-Time Workshop（实时工作空间库）Stateflow（状态流程库）Simulink Extras（ Simulink附加库）System ID Blockset（系统辨识模块集）✓Simulink的基本模块按功能进行分类，包括以下8类子库：Continuous（连续系统模块）Discrete（离散系统模块）Function & Tables（函数和平台模块）Math（数学运算模块）Nonlinear（非线性模块）Signals & Systems（信号和系统模块）Sinks（接收器模块）Sources（输入源模块）下面列出一些基本模块的功能说明，以供实际使用时查询。

表1：连续系统模块（Continuous）功能模块名功能简介模块名功能简介Integrator 输入信号积分Derivative 输入信号微分State-Space 线性状态空间系统模型Transport Delay 输入信号延时一个固定时间再输出Transfer-Fcn 线性传递函数模型Variable TransportDelay 输入信号延时一个可变时间再输出Zero-Pole 以零极点表示的传递函数模型基本的simulink模块常用模块各领域内的工具箱图1：Simulink模块库表2：离散系统模块（Discrete）功能表3：函数和平台模块（Function & Tables）功能表4：数学运算模块（Math）功能表5：非线性模块（Nonlinear）功能表6：信号和系统模块（Signal & Systems）功能表7：接收器模块（Sinks）功能表8：输入源模块（Sources）功能注：在simulnk模块库浏览器的help菜单系统中可查询以上各模块的详细功能和使用说明。

通常，用户创建的Simulink模型包含下列三部分“组件”：●输入信号源（ Sources）：可以是常数、时钟、白噪声、正弦波、阶梯波、扫频信号、脉冲生成器、随机数产生器等信号源或者是用户自定义的信号；●系统（ System）：即被模拟系统的 SIMULINK 方框图；系统模块作为中心模块是Simulink仿真建模所要解决的主要部分。

●接收器（即输出、显示部分Sink）：可以是示波器、图形记录仪（XY Graph）等。

当然对于具体的 SIMULINK 模型而，不一定完全地包含这三大组件。

例如：研究初始条件对系统影响就不必包含信号源组件。

创建SIMULINK模型在simulink中创建系统模型的步骤：①新建一个空白的模型窗口（只有在模型窗口中才能创建用户自己的系统模型）。

方式是：依次单击simulink模块库浏览器的“File”菜单→New→Model，将弹出一个如图2所示的模型窗口。

②在simulink模块库浏览器中，将创建系统模型所需要的功能模块用鼠标拖放到新建的模型窗口中，如图2所示。

③将各个模块用信号线连接，设置仿真参数，保存所创建的模型（后缀名.mdl）。

④点击模型窗口中的按钮，运行仿真。

例1：已知某振动系统的振动速度()sin()x t t=，初始条件x(0)=0，利用simulink仿真该系统的振动位移。

分析：要计算振动位移必须解上述微分方程，因此需要一个积分模块（Integrator），被积函数是sin(t)，因此需要一个正弦波输入源模块(Sine Wave)，积分器的输出（i.e.振动位移x(t)）用示波器观察，因此需要一个显示输出模块Scope。

所用各模块如下所示：1s步骤1：如上所述新建模型窗口；步骤2：从源模块库（Sources）中用鼠标拖放一个正弦波模块（Sine Wave）至模型窗口中，然后从连续模块库（Continuous）中拖放一个积分模块（Integrator），再从输出显示模块库（Sinks）拖放一个示波器模块（Scope）。

步骤3：将各模块的输入、输出用信号线按如下所示依次连接（连接方法：将鼠标移动到模源模块系统模块输出显示模块图2：新建模型窗口图3：振动位移的仿真结果块的输出端，此时鼠标箭头成十字形，按住左键，移动鼠标到另一个模块的输入端，当出现两个十字形光标重影时，释放左键完成信号线的连接），然后保存模型。

步骤4：运行仿真，然后双击示波器模块，可观察到仿真结果如图3所示。

2. Simulink功能模块的处理与修饰下面介绍对模块的一些基本操作，包括模块的移动、复制、删除、转向、改变大小、模块命名、颜色设定、参数设定等。

操作模块前要先选定模块，鼠标左键点击模块即选中，此时模块四角出现4个黑色标记，若要同时选中多个模块，则按住Shift键，同时点击想要选中的模块即可。

⏹模块的移动选中模块，按住鼠标左键将其拖曳到所需的位置即可。

若要脱离信号线而移动，可按住shift键，再进行拖曳。

⏹模块的复制方法1：选中模块，然后按住鼠标右键进行拖曳即可复制同样的一个功能模块。

方法2：选中模块，Ctrl＋C复制，Ctrl＋V粘贴；⏹模块的删除选中模块，按Delete键即可。

若要删除多个模块，可以同时按住Shift键，再用鼠标选中多个模块，按Delete键即可。

也可以用鼠标选取某区域，再按Delete键就可以把该区域中的所有模块和线等全部删除。

⏹模块的旋转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。

选中模块，在菜单Format中选择Flip Block旋转180度，选择Rotate Block顺时针旋转90度。

⏹调整模块的大小选中模块，对模块四角出现的4个黑色标记进行拖曳即可。

⏹模块的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。

⏹设定模块的颜色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。

⏹设定模块参数用鼠标双击模块，就可以进入模块的参数设定窗口，从而对模块进行参数设定。

参数设定窗口包含了该模块的基本功能帮助，为获得更详尽的帮助，可以点击其上的help按钮。

通过对模块的参数设定，就可以获得需要的功能模块。

3. 信号线的处理与修饰信号线也即功能模块之间的连接线。

对simulink信号线的操作包括绘制信号线、移动线段、移动节点、删除信号线、信号线分支、设定信号线的标签。

⏹绘制信号线由模块的输出端口拖曳鼠标到另一模块的输入端口，或拖曳鼠标由输入端口到输出端口，如下图所示。

拖动模块还可以调整所绘信号线的弯折状态。

⏹移动线段若想移动信号线的某段，单击选中此段。

移动鼠标到目标线段上，则鼠标的形状变为移动图标。

按住鼠标，并拖曳到新位置。

放开鼠标，则信号线被移动到新的位置。

⏹移动节点单击选中某个节点，如图。

按住鼠标左键拖曳节点到新位置，然后释放鼠标，则可将节点移动到新的位置。

⏹删除信号线同删除模块一样，删除信号线可以选中信号线，然后按Delete 键，或者利用菜单【Edit/Clear】或【Edit/Cut】选项进行删除。

⏹设定信号线的标签每段信号线都可以有一个标签。

双击要标注的信号线，则信号线的附近就会出现一个编辑区，在编辑区内输入标签的内容即可，如左下图所示。

给信号线加分支若要给信号线加分支，只需将鼠标移动到分支的起点位置，按住Ctrl 键+鼠标左键，拖动到目标模块的输入端，释放鼠标和Ctrl 键即可，如右上图所示。

4. 设置仿真参数（选读）【说明：该部分属本次实验的进阶内容，如因时间关系可跳过不看。