第七章 Simulink仿真

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第7章 Simulink的基础应用

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第2节 Simulink的操作方法
2.1 Simulink的运行操作
1、运行Simulink的方法在MATLAB的命令窗口直接键入“simulink”; 利用MATLAB工具条上的Simulink快捷键图标；在MATLAB菜单中，选择“File-New-Model” 2、打开已存在的模型文件在MATLAB主窗口中直接键入文件名（不加扩展名）；在MATLAB菜单中，选择“File-Open-Model” 利用MATLAB工具条上的“打开”图标。
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第3节仿真模型的搭建方法与步骤
3.1 构建SIMULINK仿真系统模型 1．打开一个SIMULINK仿真模型窗口。
2.构建一个SIMULINK仿真模型。
3.运行SIMULINK仿真模型构建好一个系统的模型之后，接下来的事情就是运行模型，得出仿真结果。运行一个仿真的完整过程分成三个步骤：设置仿真参数，启动仿真和仿真结
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3.3 启动仿真启动仿真
设置仿真参数和选择解法器后，可以启动仿真运行。选择菜单下start选项来启动仿真，如果模型中有些参数没有定义，则会出现错误信息提示框。否则开始仿真运行，结束时系统会发出一鸣叫声。
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【例7-1】观察信号发生器输出波形具体操作步骤如下：（1）进入SIMULINK，打开一个空白的模型窗口。（2）打开SIMULINK的Sources模块库，选择Signal Generator（信号发生器）。（3）打开SIMULINK的Sinks模块库，选择Scope（示波器）。（4）连接Signal Generator（信号发生器）模块和Scope（示波器）模块。
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5、改变模块大小用鼠标拖曳模块四周的黑点。 6、模块重新命名用鼠标单击模块名称即可。 7、改变模块及窗口颜色使用Format菜单的Foreground Color指令或者 Screen Color 指令。 8、设定模块参数利用鼠标左键双击模块图标。 9、设定模块属性选中模块→右键点击Block Properties。 10、设定模块输入、输出信号模块处理的信号包括标量信号和向量信号。

simulink基本知识

第七章 Simulink基础7.1 Simulink简介Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样频率的系统。

在Simulink环境中，利用鼠标就可以在模型窗口中直观地“画”出系统模型，然后直接进行仿真。

它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型就像你用手和纸来画一样容易。

它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。

Simulink包含有Sinks（输出方式）、Source（输入源）、Linear（线性环节）、Nonlinear（非线性环节）、Connections（连接与接口）和Extra（其他环节）等子模型库，而且每个子模型库中包含有相应的功能模块，用户也可以定制和创建自己的模块。

用Simulink创建的模型可以具有递阶结构，因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。

用户可以从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看其下一级的内容，以此类推，从而可以看到整个模型的细节，帮助用户理解模型的结构和各模块之间的相互关系。

在定义完一个模型后，用户可以通过Simulink的菜单或MATLAB的命令窗口键入命令来对它进行仿真。

菜单方式对于交互工作非常方便，而命令行方式对于运行一大类仿真非常有用。

采用Scope模块和其他的画图模块，在仿真进行的同时，就可观看到仿真结果。

除此之外，用户还可以在改变参数后迅速观看系统中发生的变化情况。

仿真的结果还可以存放到MATLAB的工作空间里做事后处理。

模型分析工具包括线性化和平衡点分析工具、MATLAB的许多基本工具箱及MATLAB的应用工具箱。

由于MATLAB和Simulink是集成在一起的，因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。

Simulink具有非常高的开放性，提倡将模型通过框图表示出来，或者将已有的模型添加组合到一起，或者将自己创建的模块添加到模型当中。

学习使用MATLABSimulink进行系统仿真

学习使用MATLABSimulink进行系统仿真【第一章：引言】在如今数字化时代，仿真已成为系统设计与优化的重要工具。

系统仿真能够帮助工程师在产品开发的早期阶段快速验证设计，预测产品性能，并提供有关系统行为的深入洞察。

由于其易用性和广泛应用领域，MATLABSimulink成为了工程界最受欢迎的仿真工具之一。

本文将介绍如何学习使用MATLABSimulink进行系统仿真，并强调其专业性。

【第二章：MATLABSimulink概览】MATLABSimulink是一个具有图形化界面的仿真环境，可用于建模、仿真和分析各种复杂动态系统。

它使用块状图形表示系统的组成部分，并通过连接输入和输出端口模拟系统的行为。

用户可以通过简单拖拽和连接块状元件来构建仿真模型，并通过调整参数和设置仿真参数来进行模拟分析。

【第三章：基本建模技巧】在使用MATLABSimulink进行系统仿真之前，掌握基本的建模技巧至关重要。

首先，需要熟悉各种块状元件的功能和用途，例如传感器、执行器、逻辑运算器等。

其次，理解信号流和数据流的概念，以及如何在模型中正确地引导信号传递和数据流动。

最后，学习使用条件语句、循环语句等控制结构来实现特定的仿真逻辑。

【第四章：系统模型的构建】在使用MATLABSimulink进行系统仿真时，首先需要根据实际系统的需求和特点进行系统模型的构建。

这包括确定系统的输入和输出，以及分析系统的功能和性能要求。

然后，使用块状元件将系统的各个组成部分建模，并建立各个组件之间的联系和依赖关系。

在构建模型的过程中，要注意选择恰当的块状元件和参数设置，以确保模型的合理性和可靠性。

【第五章：仿真参数设置与分析】为了获得准确且可靠的仿真结果，需要合理设置仿真参数。

常见的仿真参数包括仿真时间、步长和求解器类型等。

仿真时间应根据系统的实际运行时间确定，步长要足够小以保证仿真的精度，而求解器类型则根据系统的特点选择。

完成仿真后，还需要对仿真结果进行分析，以评估系统的性能和进行优化调整。

07-交互式仿真工具Simulink [MATLAB与控制系统仿真][张磊,任旭颖]

例7-2-2：Random Number-生成标准分布的随机数，双击该图标后设置其参数。Mean：设置平均值，默认值是0；Variance：方差，默认值是1（随机数与平均值之间偏差的评价值）；Seed：随机数种子，默认值是0（0-MAX），MATLAB通过种子值确定产生随机数值的算法，固定的种子产生固定的随机数；Sample time：指定随机数样本之间的时间间隔。默认值是0.1。
Font style Foreground Color backround Color Block Shadow Show Block Name
设置模块字体设置模块前景颜色设置模块背景颜色设置模板阴影显示模块名称
转向操作（Rotate&Flip）
模块基本操作
MATLAB与控制系统仿真
7.3 Simulink建模与仿真
显示及输出模块
（1）打开一个空白Simulink模型窗口；（2）进入Simulink浏览库界面，将功能模块由模块库窗口拖拽到模型窗口中；
Hale Waihona Puke （3）按照给定的框图修改编辑窗口中模块的参数；
（4）连接功能模块，构成所需的系统仿真模型；
（5）对仿真模型进行仿真，随时观察仿真结果，如果发现有不正确的地方，可以停止仿真，对参数进行修订；
MATLAB与控制系统仿真
7.3 Simulink建模与仿真
3.Simulink仿真参数的设置
例7-3-2.已知单位负反馈二阶系统的开环传递函数G(s)，绘制单位阶跃响应的实验结构，并使用
simulink完成仿真实验。
（1）点击【New Model】，新建一个模型窗口；
G(s)

10 s2 3s
MATLAB与控制系统仿真

MATLABsimulink仿真试验

实验七SIMULINK 仿真集成环境一、实验目的熟悉SIMULINK 的模型窗口、熟练掌握SIMULINK 模型的创建，熟练掌握常用模块的操作及其连接。

二、实验内容(1) SIMULINK 模型的创建和运行。

(2) 一阶系统仿真。

三、实验步骤1．Simulink 模型的创建和运行(1) 创建模型。

①在MATLAB 的命令窗口中输入simulink 语句，或者单击MATLAB 工具条上的SIMULINK 图标，SIMULINK 模块库浏览器。

②在MATLAB 菜单或库浏览器菜单中选择File|New|Model，或者单击库浏览器的图标，即可新建一个“untitle”的空白模型窗口。

③打开“Sources”模块库，选择“Sine Wave”模块，将其拖到模型窗口，再重复一次；打开“Math Operations”模块库选取“Product”模块；打开“Sinks”模块库选取“Scope”模块。

(2) 设置模块参数。

①修改模块注释。

单击模块的注释处，出现虚线的编辑框，在编辑框中修改注释。

②双击下边“Sine Wave”模块，弹出参数对话框，将“Frequency”设置为100；双击“Scope”模块，弹出示波器窗口，然后单击示波器图标，弹出参数对话框，修改示波器的通道数“Number of axes”为3。

③如图A4 所示，用信号线连接模块。

图A4(3) 启动仿真①单击工具栏上的图标或者选择Simulation|Start 菜单项，启动仿真；然后双击“Scope”模块弹出示波器窗口，可以看到波形图。

②修改仿真步长。

在模型窗口的Simulation 菜单下选择“Configuration Parameters”命令，把“Max step size”设置为0.01；启动仿真，观察波形是不是比原来光滑。

③再次修改“Max step size”为0.001；设置仿真终止时间为10s；启动仿真，单击示波器工具栏中的按钮，可以自动调整显示范围，可以看到波形的起点不是零点，这是因为步长改小后，数据量增大，超出了示波器的缓冲。

第7章 Simulink仿真

Matrix Gain
Math Function Trigonometric function
矩阵增益
数学运算函数三角函数
Complex to Magnitude-Angle
Magnitude-Angle to Complex Complex to Real-Imag
复数的模和辐角
模和辐角合成函数复数的实部和虚部实部和虚部合成复数强迫输入信号为零
MinMax
Abs
求最大值
求绝对值
Real-Imag to Complex
Algebraic Constraint
Sign
符号函数
第7章 Simulink仿真
7.2 Simulink模块操作
一、模块的编辑处理
1．模块的操作（1）添加模块当要把一个模块添加到模型中，先在Simulink模块库中找到它，然后直接将这个模块拖入模型窗口中即可。（2）选取模块当模块已经位于模型窗口中时，只要用鼠标在模块上单击就可以选中该模块，这时模块的四角上出现一些黑色的小方块，这些小方块就是该模块的关键点，拖动这些黑色小方块可以改变模块的大小。
功能零阶保持器单位延时采样保持离散时间积分
模块 Discrete Filter
功能离散滤波器离散传递函数离散零极点
Discrete Transfer Fcn
Discrete Zero-Pole
离散状态方程
First-Order Hold
一阶保持器
第7章 Simulink仿真
8．数学运算模块（Math Operations）数学运算模块提供了基本数学运算函数、三角函数、复数运算函数以及矩阵运算函数。
第7章 Simulink仿真

第七章SMlink使用

7.3 系统仿真及参数设置
中建立起系统模型框图后，在Simulink中建立起系统模型框图后，运行菜单【Simulation】|【Start】中建立起系统模型框图后运行菜单【】【】就可以用Simulink对模型进行动态仿真。一般在仿真运行前需要对仿真参对模型进行动态仿真。就可以用对模型进行动态仿真数进行设置，运行菜单【】【】完成设置。数进行设置，运行菜单【Simulation】|【Parameters】完成设置。
（2）仿真算法设置）离散模型：对变步长和定步长解法均采用离散模型：对变步长和定步长解法均采用discrete(no continuous state)。。连续模型：有变步长和定步长两种解法。连续模型：有变步长和定步长两种解法。变步长解法有：变步长解法有：ode45、ode23、ode113、ode15s、ode23s、ode23t，、、、、、， ode23st 、 3、设置输出选项
7.3 系统仿真及参数设置
一、算法设置
里需要设置仿真起始和终止时间、在Solver里需要设置仿真起始和终止时间、选择合适的解法（Solver）并里需要设置仿真起始和终止时间选择合适的解法（）指定参数、设置一些输出选择。指定参数、设置一些输出选择。 1、设置起始时间和终止时间（Simulation time）、设置起始时间和终止时间（）【Simulation】|【Start time】设置起始时间，而【Stop time】设置终止】【】设置起始时间，】时间，单位为“ 时间，单位为“秒”。 2、算法设置(Solver option) 、算法设置（1）算法类型设置）仿真的主要过程一般是求解常微分方程组，仿真的主要过程一般是求解常微分方程组，【Solver option】|【Type】用来选择仿真算法的类型是变化】【】的还是固定的。的还是固定的。

第7章SIMULINK仿真操作

Direct Lookup Table (n-D) x
2-D T(u)
Lookup Table (n-D)
xdat y ydat Lookup Table Dynamic
图7-16 查表模块库（Lookup Tables）及其功能说明
（6）User-Defined Functions模块库
u
fcn
图7-15 数学运算模块库（Math operations）及其功能说明
（5）查表模块库（Lookup Tables）
2-D T[k] cos(2*pi*u) Cosine Interpolation (n-D) Lookup Table using PreLookup u k f PreLookup Index Search Sine sin(2*pi*u) Lookup Table (2-D) 2-D T(k,f)
Product
Product of Elements
Real-Imag to Reshape Rounding Complex Function sin -u u+Ts
Slider Gain
Subtract
Sum of Trigonometric Unary Minus Weighted Elements Function Sample Time Math
7.1.1 SIMULINK的窗体介绍
由于SIMULINK是基于MATLAaB环境之上的高性能系统及仿真平台。因此，必须首先运行MATLAB，然后才能启动SIMULINK并建立系统的仿真模型。
图7-1 两种启动SIMULINK方法的图示说明
图7-2 Simulink库浏览器窗口
7.1.2 一个MATLAB/SIMULINK库自带的演示实例

电机控制基于Simulink的仿真

• 选中Simulink菜单系统中的File | New | Model菜单项后，会生成一个Simulink窗口；
• 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。
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• 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。
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• 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
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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

simulink 仿真原理

simulink 仿真原理Simulink是一种用于建立、仿真和分析动态系统的工具，它基于块图的图形化建模和仿真环境。

Simulink中的模型由各种块组成，每个块代表系统中的一个组件或子系统。

通过连接块之间的信号流，可以建立系统的完整模型。

在Simulink中，系统的行为可以用已知的数学和物理原理描述。

通过在块间定义输入和输出之间的关系，可以建立数值模型。

仿真过程可以提供系统的响应和行为，并用于验证模型的正确性。

Simulink提供了多种模型库，包括数学操作、信号处理、控制系统、电力系统等领域。

用户可以根据需要选择适当的块来构建他们的模型。

此外，Simulink还提供了丰富的仿真参数和分析工具，使用户可以对系统进行深入的研究和优化。

使用Simulink进行仿真的过程通常包括以下步骤：1. 建立模型：选择适当的块，并将它们连接在一起，以形成系统模型。

2. 定义输入信号：指定模型的输入信号，可以是常数、波形或来自外部数据源。

3. 配置模型参数：设置块和模型的参数，例如采样时间、模拟时间、仿真器选项等。

4. 运行仿真：开始仿真过程，并观察系统的响应和行为。

5. 分析和优化：使用Simulink提供的工具进行结果分析和系统优化。

6. 生成代码：将模型生成可嵌入系统或实时硬件的代码。

7. 验证和验证：使用实际数据对生成的代码进行验证，并验证系统的正确性。

Simulink的应用广泛，可以用于开发控制系统、信号处理算法、通信系统等各种领域。

通过图形化建模和仿真环境，Simulink大大简化了系统开发和测试的过程，提高了开发效率和质量。

同时，Simulink也与MATLAB密切集成，可以轻松地进行数据分析和可视化。

Simulink仿真基础课件

▪ 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。
户设置仿真的开始和结束时间，选择解法器，说明解法器参数及选择一些输出选项。Workspace I/O页，作用是管理模型从MATLAB工作空间的输入和对它的输出。Diagnostics页，允许用户选择 Simulink在仿真中显示的警告信息的等级。
▪ 仿真结果保存与分析采用SCOPE模块和其他的画图模块，在仿真进行的同时，就可观看到仿真结果。除此之外，用户还可以在改变参数后来迅速观看系统中发生的变化情况。仿真的结果还可以存放到 MATLAB的工作空间里做事后处理。
Variable Transport Delay：输入信号延时一个可变时间再输出
▪ 简单模型的建立
▪ （1）建立模型窗口
▪ （2）将功能模块由模块库窗口复制到模型窗口
▪ （3）对模块进行连接，从而构成需要的系统模型
▪ 模型的特点
▪ 在SIMULINK里提供了许多如Scope的接收器模块，这使得用SIMULNK进行仿真具有像做实验一般的图形化显示效果。
进行以下的基本操作。 ▪ 1)移动：选中模块，按住鼠标左键将其拖曳到所需的位置即可。若要脱离线
而移动，可按住shift键，再进行拖曳。 ▪ 2)复制：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

SIMULINK的仿真运行

图6-35
1、调整示波器Y轴范围：在示波器模块的窗口中右点鼠标—点Axes properties —调整Y轴范围。 2、调整示波器X轴范围：在波器模块的窗口中，利用快捷按钮“ ”，可打开示波器模块参数对话框,调整Time range--点ok 3、波形失真的修改：在模型编辑窗口，点菜单simulation– 点simulation parameters调整Max step size为 0.1或更小。 4、工具栏中快捷按钮自动调整X轴与Y轴范围。
5.4 SIMULINK模型的仿真运行模型的仿真运行构建好一个系统的模型之后，就是运行模型，得出仿真结果。仿真的完整过程分成三个步骤： 1、设置仿真参数仿真的目的就是求系统数学模型的解，最基本的算法是数值积分法。在启动仿真之前，先设置仿真算法和参数。 2、启动仿真 3、仿真结果分析
一、设置仿真参数和选择解算器设置仿真参数和选择解算器，在模型编辑窗口选择Simulation菜单下的Parameters命令，就会弹出一个仿真参数对话框，它主要用三个页面来管理仿真的参数。 I. Solver页，它允许用户设置仿真的开始和结束时间，选择解算器，说明解算器参数及选择一些输出选项。
kp=0.478,ki=9.36
仿真步长模式：用户在Type后面的第一个下拉选项框中指定仿真的步长选取方式，可供选择的有Variable-step（变步长）和Fixed-step（固定步长）方式。变步长模式可以在仿真的过程中改变步长，提供误差控制和过零检测。固定步长模式在仿真过程中提供固定的步长，不提供误差控制和过零检测。用户还可以在第二个下拉选项框中选择对应模式下仿真所采用的算法。变步长模式解法器有：ode45，ode23，ode113， ode15s，ode23s，ode23t，ode23tb和discrete。

Simulink仿真教程

S i m u l i n k仿真教程-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIANSimulink仿真教程1.1 Simulink 基本操作1.1.1 启动Simulinka)打开单击MATLAB Command窗口工具条上的Simulink图标，或者在MATLAB命令窗口输入Simulink，即弹出图示的模块库窗口界面(Simulink Library Browser)。

该界面右边的窗口给出Simulink所有的子模块库。

常用的子模块库有Sources(信号源)，Sink(显示输出),Continuous(线性连续系统)，Discrete（线性离散系统)，Function & Table（函数与表格)，Math(数学运算)， Discontinuities (非线性)，Demo（演示）等。

每个子模块库中包含同类型的标准模型，这些模块可直接用于建立系统的Simulink框图模型。

可按以下方法打开子模块库:1)用鼠标左键点击某子模块库(如【Continuous】)，Simulink浏览器右边的窗口即显示该子模块库包含的全部标准模块。

2)用鼠标右键点击Simulink菜单项，则弹出一菜单条，点击该菜单条即弹出该子库的标准模块窗口.如单击左图中的【Sinks】,出现“Open the ‘Sinks’Library”菜单条，单击该菜单条，则弹出右图所示的该子库的标准模块窗口。

b)打开空白窗口模型模型窗口用来建立系统的仿真模型。

只有先创建一个空白的模型窗口，才能将模块库的相应模块复制到该窗口，通过必要的连接，建立起Simulink仿真模型。

也将这种窗口称为Simulink仿真模型窗口。

以下方法可用于打开一个空白模型窗口：1)在MATLAB主界面中选择【File:New?Model】菜单项；2)单击模块库浏览器的新建图标；3)选中模块库浏览器的【File : New ? Model】菜单项。

《MATLAB Simulink与控制系统仿真(第4版)》的课件第7章频域分析法

MATLAB 6.0以上版本还提供了计算系统稳定裕度的函数allmargin，其调用法则如下。 s=allmargin(sys)：计算幅值裕度、相角裕度以及对应的频率。幅值裕度和相角裕度是针对开环SISO系统而言，输出s是一个结构体，它包括幅值裕度、相角裕度以及对应的频率、时滞增益裕度。
极坐标图（Nyquist图）
7.3.2 对数坐标图（Bode图）
Bode图的优点可概括如下：（1）将幅值相乘化为对数相加运算，大大简化了系统频率特性的绘制工作。（2）由于横轴采用了对数分度，缩小了比例尺，从而扩大了频率视野，可以在较大的频段范围内表示系统频率特性。在一张 Bode图上，既画出了频率特性的中、高频段，又能清楚地画出其低频段，在分析和设计系统时，低频段特性也是非常重要的。（3）可以绘制渐近的对数幅频特性；也可以制作标准样板，画出精确的对数频率特性。
第7章频域分析法
7.1 引言 7.2 频率特性基本概念 7.3 频率特性的表示方法 7.4 系统开环频率特性作图 7.5 频率响应分析 7.6 MATLAB在频率法中的应用 7.7 频率法的稳定性分析 7.8 综合实例及MATLAB/SIMULINK应用习题
内容提要
控制系统的频率特性反映的是系统对正弦输入信号的响应性能。频域分析法是一种图解分析法，它依据系统频率特性对系统的性能（如稳定性、快速性和准确性）进行分析。
频域分析法的突出优点是可以通过试验直接求得频率特性来分析系统的品质，应用频率特性分析系统可以得出定性和定量的结论，并具有明显的物理含义。
对数幅相图（Nichols图）
7.3.3 对数幅相图（Nichols图）
对数幅相图也称Nichols图，它是将对数幅频特性和相频特性两张图在角频率为参变量的情况下合成为一张图。