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6.4 结构图控制系统仿真 6.4.1仿真的启动与停止
• 用鼠标选择主菜单的Simulation选项，出现 下拉子菜单，如图。
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• 选中Start仿真即开始，至设定的仿真时间 长度即停止。在长时间的仿真过程中，该 选项变为Pause/Continue，用于暂停或继 续。选项Stop可以用于长时间仿真的停止 执行。
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2. 仿真时间的设置 • 在解算器中的Simulation Time选项组中，可以
设置仿真的起始时间和终止时间。Simulink启动 后的默认值分别为：
• Start Time 0.0
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6.3.3仿真参数设置
• 用鼠标选择主菜单的Simulation选项，出现 下拉菜单如图示。
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• 选择Simulation Parameters选项，打开仿 真参数设置窗口，如图示。
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• 该窗口为多页窗口，各页内容为：
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• （1）按照机构图程序设计步骤完成以下结 构图。
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• (2)结构图完成后，设置仿真参数，步骤如 下：
• 1）双击阶跃信号图标，起始时间设为0s， （默认值为1s）；
• 2）初始可以默认示波器的参数设置。
• 3）在模型myblock窗口上，选择 Simulation下拉菜单中的Simulation Paremeters，设置仿真参数。
1）激活Simulink
2)激活信号源模块组Source，单击需要的信号单元 图标，将选中的信号单元图标拖入刚才我们新打 开的用户文件myblock.mdl窗口的空白处释放。
3）激活线性单元模块组Linear，单击需要的线性单 元图标，如传递函数等，将其拖入用户文件 myblock.mdl窗口的空白处释放。
• 3）执行仿真，的到返回平台的变量值。
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5.4 子系统与模块封装技术
子系统概念及构成方法 模块封装方法 模块集构造
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• 在系统建模与仿真中，经常遇到很复杂的 系统的结构，难以用一个单一的模型框图 进行描述。通常需要将这些框图分解成多 个具有独立功能的子系统。另外，用户也 可以将一些常用的子系统封装成一些模块， 这些模块的使用方法类似于标准的Simulink 模块，当然，用户也可自己开发一些模块 做成自己的模块组或模块集。
• Solver
解算器
• Workspace I/O Matlab命令平台I/O
• Diagnostics 诊断
• Advanced
高级
• Real-Time Workshop 实时平台
• 以下就解算器页面的仿真参数设置作简要 说明，其他页面的使用方法，可以查阅 Matlab语言的帮助系统。
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New Model，打开一个名为untiled的结构图 程序文件窗口，
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• 2.方法二
• 在Matlab命令平台打开File，选择New来建 立新文件。这时出现新建文件类型选项：
• 选项一用于建立M文件，选项2用于建立图 形文件，选项3用于加你了结构图文件。选 中第3向后，即出现一个与方法一相同的名 称为untiled的新建结构图文件的窗口。
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• 用上述任何一种方法创建新文件后，即可 作新文件存储操作，即选择File中的Save as（另存为），将文件命名为myblock.mdl 存入用于程序存储区。
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6.2.2 结构图程序设计
• 按照系统结构所需要的模块单元，构成系统结构 图。具体操作如下：
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5.4.2 模块封装方法
• 前面我们给出的PID控制器子系统，需要修改参 数时，须在Workspace中修改内部参数。
• 在Simulink环境中，所谓封装（Masking）就是将 其对应的子系统的内部结构隐含起来，以便访问 该模块时只出现一个参数设置对话框，将模块中 所需要的参数用这个对话框来输入。
• Stop Time 10.0 3. 其它参数设置
• 其它参数设置项还有仿真步长选择、输出选择、 允许误差设置等。其中，相对误差（Relative Tolerance)设置的默认值为：
• Relative Tolerance 1e-3 计算精度为0.001
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• 用鼠标选择了预期的子系统构成模块和机 构之后，就可用Edit-Create Subsystem菜 单项来建立子系统。若没有指定输入和输 出端口，则Simulink会自动将流入选择区域 的信号依次设置为输入信号，将流出的信
号设置成输出信号，从而自动建立起输入 和输出端口。
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4）激活输出显示模块组sinks，拖动显示输 出单元。
5）在用户文件窗口上，用鼠标在各拖入的单 元之间作连线。方法是：将鼠标移至前级 单元的输出口上，按住鼠标，再将鼠标箭 头拖至后级单元的输入端，释放鼠标，就 完成了模块之间的连接。连线完成后的一 个控制系统的结构图程序如图所示。
① 选择仿真算法。初始可以用默认算法 （ode45）
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② 确定仿真开始时间，如0s（默认值）； ③ 确定仿真结束时间，如10s（默认值）；
④ 最大仿真步长和最小仿真步长。可以由仿 真要求确定。默认值为自动，即
Min Step Size （默认值为0.0001） Max Step Size （默认值为10） ⑤ 设定仿真精度Tolerance（默认值为1e-3)
• 通过结构图的仿真参数设置，可以将结构图仿真 结果返回到Matlab命令平台，用于作图与其它分 析处理。具体步骤如下：
• 1）单击仿真结构图Simulation菜单的Simulation Parameters，打开仿真参数设置窗口，选择并打 开Workspace I/O选项卡。如图示（下页）
• 2）选择Save to Workspace的选项，并指定变量 名称，tout和xout分别为返回的时间变量名称是输 出变量名称。
• 双击信号源图标，出现信号参数设置窗口， 如图（下页）所示。
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• 上部为模块功能说明，图例为“step”、“output a step”，说明该模块名称为Step;模块功能为输出 阶跃信号。下面4行为参数设置行，分别为：
• Step time 阶跃信号开始时间
• Initial value 初始幅值大小
• Final value 终止幅值大小
• Sample time 采样间隔时间
• 由键盘输入设定值后，单击OK键确认，窗口即关 闭。
• 其它信号输入单元如正弦信号单元等，其参数设 置窗口类似。
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6.3.2 示波器的参数设置
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5.4.1 子系统概念及构成方法
• 要建立子系统，首先要给子系统设置输入 和输出端子。子系统的输入端由Sources模 块组中的In来表示，输出端由Sinks模块组 中的Out来表示。
• 当然，如果已经建立起一个框图，则可以 将想建立子系统的部分选中（鼠标左键单 击要选中区域的左下角，拖动鼠标在想选 中区域的右上角处释放，则选中该区域的 所有模块和其连接关系）。
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6. 3 Simulink仿真参数设置
• 结构图设计完成以后，还不能马上作系统 仿真，需要设置相应的仿真参数。参数设 置的内容和步骤如下所述。
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6.3.1输入信号的参数设置
完成上述仿真参数设定后，即可进行控制系 统的仿真了。
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• （3）启动仿真，双击示波器图标，即可观 察到仿真结果，如图示。
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• 例6.2 浮空示波器观察系统的各种信号的值。
• 1）打开示波器窗口。
• 2）示波器浮空设置。单击工具栏的浮空示 波器按钮（Floting scope）将示波器设置为 浮空工作状态。
• 双击示波器图标，即出现示波器窗口，如 图所示。该窗口用于显示系统的时间响应 曲线。
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• 单击工具栏按钮Parameter弹出参数设置窗 口，如图示。需要设置的参数为显示曲线 数、观察的时间段与是否设置为浮动工作 状态等。
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6）在结构图上激活响应的单元，可以完成对 各单元的参数设置和修改。如
输入阶跃信号的幅值大小；
求和器的反馈极性；
对象传递函数的各个参数（TF模型或者ZPK 模型）等。
详细情况见下一节。完成参数设置后的结构 图如下页图示。
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1. 仿真算法的选择
• Simulink为用户提供了多种仿真算法。解 算器Sovler options部分的下拉列表（图 示），可以选择步长，变步长或者定步长。
• 由算法选择下拉列表可以选择各种仿真算 法。默认算法是ode45（4阶Runge-Kutta 法），关于其它算法的说明可以查阅 Matlab语言的PDF文件）；
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• 3）设置观测状态。 • 单击工具栏的信号选择按钮（Signal selection)，
可选的四种浮空观测方式为：
• All signals 所有信号（所有模块输出） • Named signals only 指定信号（由all signals列表
指定，多个信号）
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• 仿真程序的启动也可以使用工具栏上的启 动按钮。如图示。
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6.4.2结构图系统仿真
• 下面以例题说明结构图系统仿真工作的步 骤。
• 例6.1 控制系统结构图如图所示
• 用结构图仿真方法Baidu Nhomakorabea系统的阶跃响应。
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• 注意：这里的模型含有四个变量，Kp，Ti， Td和N，这些变量应该在Matlab工作空间中 赋值。
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• 与命令行仿真方式不同，在simulink环境下， 控制系统的数学模型是图形化的系统结构 图，仿真程序是结构图程序的图形界面。
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6.2.1创建结构图文件
• 创建结构图文件通常有以下两种方法： • 1.方法一 • 可以在Simulink界面上打开File菜单，选择
第六章 simulink仿真环境
6.1 Simulink启动与界面说明 6.2 Simulink结构图程序设计 6.3 Simulink仿真参数设置 6.4 结构图控制系统仿真 6.5 系统函数（S函数）的设计
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6.2simulink结构图程序设计
• 命令行控制系统仿真时，是由控制系统的 参数构成控制系统的数学模型，以命令行 程序的方式来进行仿真的。
• Testpoint signals only 测试点信号（由结构图激 活句柄设定，单个信号）
• Selected signals only 设定信号（由all signals列 表选项，多个信号）
• （图略）
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• 例6.3 将仿真结果返回到Matlab命令平台。