MATLAB 6.5模拟仿真教程

有代表意义的系统模块。图4.2所示为Simulink的模
块库浏览器。
模块搜索 模块描述
系统模块
系统模块库
图4.1 Simulink的模块库浏览器
Simulink的模块库能够对系统模块进行有效
的管理与组织，使用Simulink模块库浏览器
可以按照类型选择合适的系统模块、获得系
统模块的简单描述以及查找系统模块等，并
模块功能说明： 数据类型转换器 信号分解器
数据类型转换器 信号分解器
从 Goto 模块中获得信号 函数调用发生器
从Goto模块中获得信号
号与系统模
块库）
函数调用发生器 向Goto模块传递信号
向 Goto 模块传递信号 Goto 模块标记控制器
Goto模块标记控制器
将信号与特定的偏移值比较 初始化信号初始化信号 矩阵串联器矩阵串联器
触发子系统 触发子系统 当型循环子系统 当型循环子系统
之所以用较多的篇幅对Simulink的公共模 块库进行比较全面的介绍，是因为Simulink的 公共模块库中提供了大量内置的系统模块，这 些系统模块的用途非常广泛，并且一般的动态 系统模型都可以使用公共模块库中的模块来构 建。 除了公共模块库之外，Simulink中还集成 了许多面向不同专业领域的专业模块库，普通 用户一般很少用到其中的模块。因此，在介绍 Simulink的专业模块库时，仅对模块库的总体 功能做简单的概述。如果用户需要的话，可以 在Simulink中的模块描述栏了解其主要功能。
Simulink的公共模块库
模块功能说明
：
连续信号的数值微分 连续信号的数值微分
输入信号的连续时间积分 输入信号的连续时间积分
单步积分延迟，输出为前一个输入 单步积分延迟，输出为前一个输入 线性连续系统的状态空间描述 线性连续系统的状态空间描述 线性连续系统的传递函数描述 线性连续系统的传递函数描述
输出系统输入的实部或虚部 输出系统输入的实部或虚部 点乘运算 信号增益 信号逻辑运算
点乘运算 信号增益 信号逻辑运算
幅值与相位转化为复数形式 特定的一些数学函数 矩阵增益
幅值与相位转化为复数形式 特定的一些数学函数 矩阵增益
求取输入的最小或最大值
求取输入的最小或最大值
乘法或除法器 从输入实部与虚部构造复数 关系运算器 求整运算器 符号运算 渐变增益
结构和流程清晰。它外表一方框图形式呈现， 采用分层结构。即使用自上而下的设计流程， 又适用于自下而上逆程设计。
仿真更为精细。它提供的许多模型更接近实 际，为用户摆脱理想化的假设的无奈开辟了 途径。
基于课时的限制，我们通过几个典型的例 题为主线，介绍一下斯simulink的使用
4.1 启用Simulink并建立系统模型
.
双输出选择器（手动） 双输出选择器（手动） 多端口输出选择器 多端口输出选择器
量化器
量化器
信号上升、下降速率控制器 信号上升、下降速率控制器 信号延迟器 信号延迟器 饱和信号
饱和信号
三路选择器(根据输入 2控制输出) 三路选择器、根据输入 2 控制输出
6.Signals & Systems（信
模块功能说明：
将仿真数据写入 mat 文件 将仿真数据写入. mat文件 将仿真数据输出到 将仿真数据输出到 Matlab 工作空间 MATLAB 工作空间 使用 Matlab 使用MATLAB 图形显示数据 图形显示数据
图4.9 系统输出模块库及其功能
模块功能说明：
模块功能说明： 有限带宽白噪声
有限带宽白噪声
且可以直接将模块库中的模块拖动或者拷贝
到用户的系统模型中以构建动态系统模型。
4.2.1 Simulink公共模块库
Simulink公共模块库是Simulink中最为基础、 最为通用的模块库，它可以被应用到不同的专业 领域中。Simulink公共模块库共包含9个模块库， 如图4.2所示。下面分别介绍各个模块的功能： 1. Continuous（连续系统模块库） 连续系统模块库以及其中各模块的功能如图4.3所 示。 2. Discrete（离散系统模块库） 离散系统模块库以及其中各模块的功能如图4.4所 示。
从 Matlab 工作空间中输入数据
从 mat 文件中输入数据 从.mat文件中输入数据
接地信号
接地信号
为子系统或其它模型提供输入端口 为子系统或其它模型提供输入端口 输入脉冲信号输入脉冲信号 输入斜坡信号
输入斜坡信号
输入服从高斯分布的随机信号 输入周期信号 信号发生器
输入服从高斯分布的随机信号 输入周期信号 信号发生器
线性离散系统的滤波器描述 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 线性离散系统的状态空间描述
离散时间积分器 离散时间积分器 离散信号的一阶保持器 离散信号的一阶保持器 单位延迟
单位延迟
离散信号的零阶保持器
离散信号的零阶保持器
图4.4 离散系统模块库及其功能
3. Functions & Tables（函数与表库）
对输入信号进行固定时间延迟 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 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
线性连续系统的零极点模型
Fra Baidu bibliotek
图4.3 连续系统模块库及其功能
模块功能说明：
模块功能说明：
线性离散系统的传递函数描述
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
线性离散系统的零极点模型描述
由输入产生总线信号
总线信号选择器 总线信号选择器
由输入产生总线信号
用户定义的数据存储区 用户定义的数据存储区
从数据存储区中读取数据 从数据存储区中读取数据 向数据存储区写数据
向数据存储区写数据
图4.8 信号与系统模块库及其功能
7. Sinks（系统输出模块库）
模块功能说明： 模块功能说明： 以数值形式显示输入信号 以数值形式显示输入信号 悬浮信号显示器 悬浮信号显示器 为子系统或模型提供输出端口 为子系统或模型提供输出端口 信号显示器 信号显示器 当输入非零时停止仿真 当输入非零时停止仿真 中断输出信号 中断输出信号
连续系统模块库 连续系统模块库 离散系统模块库 离散系统模块库 函数与表库 函数与表库 数学运算库 数学运算库 非线性系统模块库 非线性系统模块库 信号与系统模块库 信号与系统模块库
系统输出模块库 系统输出模块库 系统输入模块库 系统输入信号模块库 子系统模块库 Simulink 子系统模块库
图4.2
图 4 11 . 子 系 统 模 块 库 及 其 功 能
函数调用子系统 If 条件子系统
函数调用子系统 If条件子系统
条件执行子系统
条件执行子系统 通用子系统 通用子系统 子系统示例 SwSwitch－Case 子系统 itch -Case 子系统 Sw itch -Case 动作子系统 Switch－Case 动作子系统
模块功能说明：
求取信号的绝对值
求取信号的绝对值
4.Math（数学运算库）
数 学 运 算 库 以 及 其 中 各 模 块 的 功 能 如 图 4 6 所 示 。
输出强制系统输入为零的代数状态
输出强制系统输入为零的代数状态
按位逻辑运算 按位逻辑运算 逻辑真值查找 逻辑真值查找 输出输入复数的幅值与相位 输出输入复数的幅值与相位
输入信号的二维线性内插 输入信号的二维线性内插 输入信号的 n 维线性内插 输入信号的n维线性内插
M函数（对输入进行运算输出结果） M 函数，对输入进行运算输出结果 多项式求值
多项式求值
查找输入信号所在范围 S-函数模块
查找输入信号所在范围 S 函数模块
.
S-函数生成器
S 函数生成器
模块功能说明：
4.1.1 Simulink专业模块库
Simulink集成了许多面向各专业领域的 系统模块库，不同领域的系统设计者可以使 用这些系统模块快速构建自己的系统模型，
然后在此基础上进行系统的仿真与分析，从
而完成系统设计的任务。这里仅简单介绍部
分专业模块库的主要功能。
(1)Control System Toolbox模块库：
输出频率随时间线性变换的正弦信号 输出当前仿真时间
8.Sources（系 统输入模块库）
图 4 10 . 系 统 输 入 模 块 库 及 其 功 能
输出频率随时间线性变换的正弦信号 输出当前仿真时间 常数输入
常数输入
以固定速率输出当前仿真时间
以固定速率输出当前仿真时间
从MA TLA B 工作空间中输入数据
函 数 与 表 库 以 及 其 中 各 模 块 的 功 能 如 图 4 5 所 示 。
模块功能说明：
模块功能说明： 表数据选择器（从表中选择数据） 表数据选择器（从表中选择数据）
求取输入信号的数学函数值 对输入信号进行内插运算
求取输入信号的数学函数值 对输入信号进行内插运算 输入信号的一维线性内插
输入信号的一维线性内插
(2) 使用工具栏按钮启动Simulink。即用鼠 标单击MATLAB工具栏中的Simulink按钮。
依次表示新建、打开 系统模型文件
依次表示新建、打开与 保存系统模型文件
当用户完成Simulink系统模型的编辑之后，需 要保存系统模型，然后设置模块参数与系统仿 真参数，最后便可以进行系统的仿真。 无论采用何种方式，用户都可以在短短几 分钟内熟练掌握启动Simulink的方法并开始创 建动态系统模型。在系统模型编辑器中，用户 可以“拖动”Simulink提供的大量的内置模块 建立系统模型。下一节将对Simulink中的内置 系统模块作一个比较全面的介绍，以便初学者 无需查阅各个模块的帮助文献，便可以迅速建 立所需的系统模型。
将信号与特定的偏移值比较
合并输入信号为一个输出 合并输入信号为一个输出
模块控制信息 模块控制信息 信号组合器信号组合器 信号探测器信号探测器 信号维数改变器 选择或重组信号 信号线属性修改 输入信号宽度
信号维数改变器 选择或重组信号 信号线属性修改 输入信号宽度
模块功能说明： 对信号进行分配
模块功能说明： 对信号进行分配
面向控制系统的设计与分析，主要提供 线性时不变系统的模块。 (2) DSP Blockset模块库： 面向数字信号处理系统的设计与分析，主要 提供DSP输入模块、DSP输出模块、信号预测 与估计模块、滤波器模块、DSP数学函数库、 量化器模块、信号管理模块、信号操作模块、 统计模块以及信号变换模块等。
正弦信号初始器 输入阶跃信号
正弦信号初始器 输入阶跃信号
输入服从高斯分布的随机信号
输入服从高斯分布的随机信号
9.Subsystems（子系 统模块库）
模块功能说明： 可配置子系统
模块功能说明： 可配置子系统 原子子系统
原子子系统
使能子系统
使能子系统
使能触发子系统
使能触发子系统 Fo r循环子系统
For 循环子系统
乘法或除法器
从输入实部与虚部构造复数 关系运算器 求整运算器 符号运算
.
渐变增益 对输入求和或差
三角与双曲函数 对输入求和或差
三角与双曲函数
5. Nonlinear（非线性系统模块库）
模块功能说明： 死区间隙
模块功能说明： 死区间隙 库仑粘滞信号 死区信号
库仑粘滞信号 死区信号
图 4 7 非 线 性 系 统 模 块 库 及 其 功 能
由于Simulink是基于MATLAB环境之上的 高性能的系统级仿真设计平台，因此启动 Simulink之前必须首先运行MATLAB，然后才 能 启 动 Simulink 并 建 立 系 统 模 型 。 启 动 Simulink有两种方式： (1) 用命令行方式启动Simulink。即在MATLAB 的命令窗口中直接键入如下命令： >>simulink
Matlab simulink仿真软件
Simulnk是Matalb作为重要的组件之一，它向 用户提供一个动态建模、仿真和综合分析的集成 环境。在此环境中，用户无需书写大量的程序， 而只需通过简单直观的鼠标操作，选取适当的模 块，就可构造出复杂的仿真模型。
主要优点：
适应面广，可构造的系统包括：线性、非线 性；离散、连续及混合系统；单任务、多任 务离散事件系统。
4.2 Simulink模块库简介与使用
在上一节中，我们已经掌握了如何启动 Simulink并新建一个动态系统模型。为便于用户能
够快速构建自己所需的动态系统，Simulink提供了
大量以图形方式给出的内置系统模块，使用这些内
置模块可以快速方便地设计出特定的动态系统。为
了便于用户对Simulink内置模块库的认识与使用， 本节简单介绍Simulink中的模块库以及模块库中具