第8章 SIMULINK 仿真
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图9-16 变步长算法
① Solver页 ➢ Error Tolerance（误差限度）： 算法的误差是指当前状
态值与当前状态估计值的差值，分为Relative tolerance （相对限度）和Absolute tolerance（绝对限度），通常 可选auto。
➢ Output options(输出选择 项)：有Refine output(细 化输出）、Produce additi onal output（产生附加输 出）、Produce specified o utput only（只产生指定 输出）。
② Workspace I/O页
这个页面的作用是定义将仿真结果输出到工作空间，以及从工作 空间得到输入和初始状态。
Logical Operator：逻辑运算
Relational Operator：关系运算
Complex to Magnitude-Angle：由复数输入转为幅值和相角 输出
Magnitude-Angle to Complex：由幅值和相角输入合成复数 输出
Complex to Real-Imag：由复数输入转为实部和虚部输出
4 模块参数设置
用鼠标双击指定模块图标，打开模块对话框，根据 对话框栏目中提供的信息进行参数设置或修改。 ➢ 例如双击模型窗口的scope模块，弹出图示对话框， 在对话框中分别输入横轴个数、时间范围，等， 点击OK键，完成该模型的设置，如右下图所示：
5 模块的连接
模块之间的连接是用连接线将一个模块的输出端与 另一模块的输入端连接起来；也可用分支线把一个 模块的输出端与几个模块的输入端连接起来。
➢ 双击图标
,弹出阶跃信号的参数设置框图。图中参数为
Simulink默认值。
➢ 当设置幅值为0.8,阶跃时间 为1秒时，阶跃波形如下图 所示：
2 Sinks 库
该库包含了显示和写模块输出的 模块。双击 即弹出该库的模 块图：
①
：数字表，显示指定模
块的输出数值。
②
：X-Y绘图仪用同一图形窗
口，显示X-Y坐标的图形(需先在
① Sine Wave：产生幅值、频率可设置的正弦波信号。 ➢ 双击图标 (认定该模块已拷贝到用户模型窗， 以下均如此),弹出正弦波的参数设置框图。图中参 数为Simulink默认值，用户可根据需要对这些参数 重新设置。
➢ 幅值、频率为2，基准为 0.5，其波形如下图所示：
② Step：产生幅值、阶跃时间可设置的阶跃信号。
示波器属性对话框Data history页
【例8-1】示波器应用示例。Simulink仿真模型如左图所示，示波器输 入为3（Y轴个数为3）。右图为该示波器显示的三路输入信号的波形.
Signals & Systems 库
：信号分路器 。
将混路器输出的信号依照原来的构成方法分解 成多路信号。
：信号汇总器
5、Sources（输入源模块） sources.mdl P266
Constant：常数信号。 Clock：时钟信号。 From Workspace：来自MATLAB的工作空间。 From File(.mat)：来自数据文件。 Pulse Generator：脉冲发生器。 Repeating Sequence：重复信号。 Signal Generator：信号发生器，可以产生正弦、方波、锯齿 波及随意波。 Sine Wave：正弦波信号。 Step：阶跃波信号。
1、 Math（数学模块）
Sum：加减运算 Product：乘运算 Dot Product：点乘运算 Gain：比例运算 Math Function：包括指数函数、对数函数、求平方、开根号 等常用数学函数
Trigonometric Function：三角函数，包括正弦、余弦、正切 等
MinMax：最值运算 Abs：取绝对值 Sign：符号函数
SubSystem Examples: 子系统实例
4、Sinks（显示模块或接收器模块） sinks.mdl
Scope：示波器。
XY Graph：显示二维图形。
To Workspace：将输出写入MATLAB的工作空 间。
To File(.mat)：将输出写入数据文件。
Ground：连接到没有连接到的输入端。 Terminator：连接到没有连接到的输出端。
参数对话框中设置每个坐标的变
化范围)，当X、Y分别为正、余
弦信号时，其显示图形如下：
示波器:显示在仿真过程产生的信号波形。双 击该图标,弹出示波器窗如右图所示：
打开示波器 属性对话框
分别管理X-Y、 X和Y轴向变焦
取当前窗中信号 最大、最小值为
纵坐标的上下限
设置为浮动示 波器
把当前轴的设置 保存为该示波器 的缺省设置
[说明]若不设置仿真参数,则采用Simulink缺省设置.
1. Simulink模型窗口下仿真 步骤
③ 仿真运行和终止：在模型窗口选取菜单【Simulation: Start】， 仿真开始，至设置的仿真终止时间，仿真结束。若在仿真过程 中要中止仿真，可选择【Simulation: Stop】菜单。也可直接点 击模型窗口中的 （或 ）启动（或停止）仿真。
2 模块拷贝及删除
在模块库中选中模块后，按住鼠标左键不放并移 动鼠标至目标模型窗口指定位置，释放鼠标即完 成模块拷贝。
模块的删除只需选定删除的模块，按Del键即可。
3 模块调整
改变模块位置、大小：选中模块，拖至新的位置；选中 模块进行大小的缩放。
改变模块方向
➢ 使模块输入输出端口的方向改变。选中模块后， 选 取 菜 单 Format→RotateBlock ， 可 使 模 块 旋 转 900。 Format→FlipBlock，旋转1800
1 Sources库
也可称为信号源库，该库包
含了可向仿真模型提供信号
的模块。它没有输入口，但 至少有一个输出口。
双击图标 的模块图：
即弹出该库
➢ 在该图中的每一个图标都是一 个信号模块，这些模块均可拷 贝到用户的模型窗里。用户可 以在模型窗里根据自己的需要 对模块的参数进行设置（但不 可在模块库里进行模块的参数 设置).
8.1.3 Simulink模块的操作
1. 选取模块
2. 复制与删除模块 3. 模块外形的调整 4. 模块的参数和属性设置 5. 模块的连接 6. 模块名的处理
8.1.3 Simulink模块的操作
1. 选取模块或模块组 在Simulink模块库窗口内，用鼠标左键单击所需 模块图标，图标四角出现黑色小方点，表明该模 块已经选中。
➢ 示波器属性对话框
设置Y轴个数 设置显示的时间范围
选择轴的标注方法
确定显示频度(每隔n-1个 数据点显示一次) 确定显示点的时间间隔(缺 省为0表示连续显示)
示波器属性对话框General页
➢ 示波器属性对话框
设定缓冲区接受 数据的长度,勾选 为缺省状态,其值 为5000
确定示波器数据 是否保存到 MATLAB 工 作 空 间。若勾选则为 保存，且需确定 变量名和保存格 式(缺省时,不被 勾选)
Real-Imag to Complex：由实部和虚部输入合成复数输出
2、Signal Routing（信号通路模块）
Mux：将多个单一输入转化为一个复合输出。 Demux：将一个复合输入转化为多个单一输出。 3、Ports&Subsystems（端口与子系统） SubSystem：建立新的封装（Mask）功能模块
① Solver页
➢ Simulation time（仿真时间）: 设置Start time（仿真开始 时间）和Stop time（仿真终止时间）可通过页内编辑框 内输入相应数值，单位“秒”。另外，用户还可以利用Si nks库中的Stop模块来强行中止仿真。
① Solver页 ➢ Solver options（仿真算法选择）: 分为定步长算法和变步
所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功 能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块 的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如 何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连 接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进 行存取），进而进行仿真与分析。
利用Simulink进行系统仿真的步骤是
2. MATLAB 命令窗口下的仿真运行 在Matlab命令窗口可直接运行已存在的Simulink模型：
[t,x,y]=sim(‘model’,timespan,option,ut) 其中，t为返回的仿真时间向量；
➢ x为返回的状态矩阵； ➢ y为返回的输出矩阵； ➢ model为系统Simulink模型文件名； ➢ timespan为仿真时间； ➢ option为仿真参数选择项，由simset设置； ➢ ut为选择外部产生输入,ut=[T,u1,u2,…,un]。
启动Simulink，打开Simulink模块库 打开空白模型构建窗口； 建立Simulink仿真模型； 设置仿真参数，进行仿真； 输出仿真结果。
8.1 SIMULINK的基本操作
8.1.1 Simulink的启动与退出
1. Simulink的启动 启动Simulink的方法有3种： (1)在MATLAB的命令窗口直接键入simulink。 (2)单击MATLAB命令窗口工具栏上的Simulink模块库浏览器命令
[说明] Leabharlann Baidu 上述参数中，若省略timespan,option,ut则由框图模型的
对话框Simulation Parameters设置仿真参数。
back
8.3.2 仿真参数设置
1、仿真参数对话框 点击Simullink模型窗simulation菜单下的Parameters命令，弹出 仿真参数对话框如右图所示。用得较多的主要是Solver页和 Workspace I/O页。
连接线生成是将鼠标置于某模块的输出端口(显一 个十字光标) ，按下鼠标左键拖动鼠标至另一模块 的输入端口即可。 分支线则是将鼠标置于分支点， 按下鼠标右键，其余同上。
连接线(左键)
分支线(右键)
8.2 Simulink的基本模块
SIMILINK模块库按功能进行分类，包括以下8类子库： Continuous（连续模块） Discrete（离散模块） Function&Tables（函数和平台模块） Math（数学模块） Nonlinear（非线性模块） Signals&Systems（信号和系统模块） Sinks（显示模块） Sources（输入源模块）
将多路信号依照向量的形式混合成一路信号。
(a)
(b)
8.3 系统仿真运行
1. Simulink模型窗口下仿真 步骤 ① 打开Simulink仿真模型窗口，或打开指定的.mdl文件; ② 设置仿真参数：在模型窗口选取菜单【Simulation: Parameters】,弹出 “Simulation Parameters” 对话框， 设置仿真参数，然后按【OK】即可；
按钮。 (3)在MATLAB命令窗口File菜单中选择New菜单项下的Model命令。
2. Simulink的退出 为了退出Simulink，只要关闭所有模型窗口和Simulink模块库窗 口即可。
8.1.2 Simulink窗口 1.simulink库浏览器窗口 2.simulink模型构建窗口
长算法两类。定步长支持的算法可在Fixed step size编辑框 中指定步长或选择auto，由计算机自动确定步长，离散系 统一般默认地选择定步长算法，在实时控制中则必须选用 定步长算法；变步长支持的算法如图9-16所示，对于连续 系统仿真一般选择ode45，步长范围使用auto项。
图9-15 定步长算法
第8章 SIMULINK 仿真
2020/3/30
第8章 SIMULINK 仿真
8.1 SIMULINK的基本操作 8.2 SIMULINK的基本模块 8.3 SIMULINK的调试 8.4 SIMULINK实例
引言
SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系 统建模和仿真的一个软件包，其文件类型为.mdl，它 与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口 是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得 用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非 语言的编程上。
① Solver页 ➢ Error Tolerance（误差限度）： 算法的误差是指当前状
态值与当前状态估计值的差值，分为Relative tolerance （相对限度）和Absolute tolerance（绝对限度），通常 可选auto。
➢ Output options(输出选择 项)：有Refine output(细 化输出）、Produce additi onal output（产生附加输 出）、Produce specified o utput only（只产生指定 输出）。
② Workspace I/O页
这个页面的作用是定义将仿真结果输出到工作空间，以及从工作 空间得到输入和初始状态。
Logical Operator：逻辑运算
Relational Operator：关系运算
Complex to Magnitude-Angle：由复数输入转为幅值和相角 输出
Magnitude-Angle to Complex：由幅值和相角输入合成复数 输出
Complex to Real-Imag：由复数输入转为实部和虚部输出
4 模块参数设置
用鼠标双击指定模块图标，打开模块对话框，根据 对话框栏目中提供的信息进行参数设置或修改。 ➢ 例如双击模型窗口的scope模块，弹出图示对话框， 在对话框中分别输入横轴个数、时间范围，等， 点击OK键，完成该模型的设置，如右下图所示：
5 模块的连接
模块之间的连接是用连接线将一个模块的输出端与 另一模块的输入端连接起来；也可用分支线把一个 模块的输出端与几个模块的输入端连接起来。
➢ 双击图标
,弹出阶跃信号的参数设置框图。图中参数为
Simulink默认值。
➢ 当设置幅值为0.8,阶跃时间 为1秒时，阶跃波形如下图 所示：
2 Sinks 库
该库包含了显示和写模块输出的 模块。双击 即弹出该库的模 块图：
①
：数字表，显示指定模
块的输出数值。
②
：X-Y绘图仪用同一图形窗
口，显示X-Y坐标的图形(需先在
① Sine Wave：产生幅值、频率可设置的正弦波信号。 ➢ 双击图标 (认定该模块已拷贝到用户模型窗， 以下均如此),弹出正弦波的参数设置框图。图中参 数为Simulink默认值，用户可根据需要对这些参数 重新设置。
➢ 幅值、频率为2，基准为 0.5，其波形如下图所示：
② Step：产生幅值、阶跃时间可设置的阶跃信号。
示波器属性对话框Data history页
【例8-1】示波器应用示例。Simulink仿真模型如左图所示，示波器输 入为3（Y轴个数为3）。右图为该示波器显示的三路输入信号的波形.
Signals & Systems 库
：信号分路器 。
将混路器输出的信号依照原来的构成方法分解 成多路信号。
：信号汇总器
5、Sources（输入源模块） sources.mdl P266
Constant：常数信号。 Clock：时钟信号。 From Workspace：来自MATLAB的工作空间。 From File(.mat)：来自数据文件。 Pulse Generator：脉冲发生器。 Repeating Sequence：重复信号。 Signal Generator：信号发生器，可以产生正弦、方波、锯齿 波及随意波。 Sine Wave：正弦波信号。 Step：阶跃波信号。
1、 Math（数学模块）
Sum：加减运算 Product：乘运算 Dot Product：点乘运算 Gain：比例运算 Math Function：包括指数函数、对数函数、求平方、开根号 等常用数学函数
Trigonometric Function：三角函数，包括正弦、余弦、正切 等
MinMax：最值运算 Abs：取绝对值 Sign：符号函数
SubSystem Examples: 子系统实例
4、Sinks（显示模块或接收器模块） sinks.mdl
Scope：示波器。
XY Graph：显示二维图形。
To Workspace：将输出写入MATLAB的工作空 间。
To File(.mat)：将输出写入数据文件。
Ground：连接到没有连接到的输入端。 Terminator：连接到没有连接到的输出端。
参数对话框中设置每个坐标的变
化范围)，当X、Y分别为正、余
弦信号时，其显示图形如下：
示波器:显示在仿真过程产生的信号波形。双 击该图标,弹出示波器窗如右图所示：
打开示波器 属性对话框
分别管理X-Y、 X和Y轴向变焦
取当前窗中信号 最大、最小值为
纵坐标的上下限
设置为浮动示 波器
把当前轴的设置 保存为该示波器 的缺省设置
[说明]若不设置仿真参数,则采用Simulink缺省设置.
1. Simulink模型窗口下仿真 步骤
③ 仿真运行和终止：在模型窗口选取菜单【Simulation: Start】， 仿真开始，至设置的仿真终止时间，仿真结束。若在仿真过程 中要中止仿真，可选择【Simulation: Stop】菜单。也可直接点 击模型窗口中的 （或 ）启动（或停止）仿真。
2 模块拷贝及删除
在模块库中选中模块后，按住鼠标左键不放并移 动鼠标至目标模型窗口指定位置，释放鼠标即完 成模块拷贝。
模块的删除只需选定删除的模块，按Del键即可。
3 模块调整
改变模块位置、大小：选中模块，拖至新的位置；选中 模块进行大小的缩放。
改变模块方向
➢ 使模块输入输出端口的方向改变。选中模块后， 选 取 菜 单 Format→RotateBlock ， 可 使 模 块 旋 转 900。 Format→FlipBlock，旋转1800
1 Sources库
也可称为信号源库，该库包
含了可向仿真模型提供信号
的模块。它没有输入口，但 至少有一个输出口。
双击图标 的模块图：
即弹出该库
➢ 在该图中的每一个图标都是一 个信号模块，这些模块均可拷 贝到用户的模型窗里。用户可 以在模型窗里根据自己的需要 对模块的参数进行设置（但不 可在模块库里进行模块的参数 设置).
8.1.3 Simulink模块的操作
1. 选取模块
2. 复制与删除模块 3. 模块外形的调整 4. 模块的参数和属性设置 5. 模块的连接 6. 模块名的处理
8.1.3 Simulink模块的操作
1. 选取模块或模块组 在Simulink模块库窗口内，用鼠标左键单击所需 模块图标，图标四角出现黑色小方点，表明该模 块已经选中。
➢ 示波器属性对话框
设置Y轴个数 设置显示的时间范围
选择轴的标注方法
确定显示频度(每隔n-1个 数据点显示一次) 确定显示点的时间间隔(缺 省为0表示连续显示)
示波器属性对话框General页
➢ 示波器属性对话框
设定缓冲区接受 数据的长度,勾选 为缺省状态,其值 为5000
确定示波器数据 是否保存到 MATLAB 工 作 空 间。若勾选则为 保存，且需确定 变量名和保存格 式(缺省时,不被 勾选)
Real-Imag to Complex：由实部和虚部输入合成复数输出
2、Signal Routing（信号通路模块）
Mux：将多个单一输入转化为一个复合输出。 Demux：将一个复合输入转化为多个单一输出。 3、Ports&Subsystems（端口与子系统） SubSystem：建立新的封装（Mask）功能模块
① Solver页
➢ Simulation time（仿真时间）: 设置Start time（仿真开始 时间）和Stop time（仿真终止时间）可通过页内编辑框 内输入相应数值，单位“秒”。另外，用户还可以利用Si nks库中的Stop模块来强行中止仿真。
① Solver页 ➢ Solver options（仿真算法选择）: 分为定步长算法和变步
所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功 能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块 的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如 何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连 接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进 行存取），进而进行仿真与分析。
利用Simulink进行系统仿真的步骤是
2. MATLAB 命令窗口下的仿真运行 在Matlab命令窗口可直接运行已存在的Simulink模型：
[t,x,y]=sim(‘model’,timespan,option,ut) 其中，t为返回的仿真时间向量；
➢ x为返回的状态矩阵； ➢ y为返回的输出矩阵； ➢ model为系统Simulink模型文件名； ➢ timespan为仿真时间； ➢ option为仿真参数选择项，由simset设置； ➢ ut为选择外部产生输入,ut=[T,u1,u2,…,un]。
启动Simulink，打开Simulink模块库 打开空白模型构建窗口； 建立Simulink仿真模型； 设置仿真参数，进行仿真； 输出仿真结果。
8.1 SIMULINK的基本操作
8.1.1 Simulink的启动与退出
1. Simulink的启动 启动Simulink的方法有3种： (1)在MATLAB的命令窗口直接键入simulink。 (2)单击MATLAB命令窗口工具栏上的Simulink模块库浏览器命令
[说明] Leabharlann Baidu 上述参数中，若省略timespan,option,ut则由框图模型的
对话框Simulation Parameters设置仿真参数。
back
8.3.2 仿真参数设置
1、仿真参数对话框 点击Simullink模型窗simulation菜单下的Parameters命令，弹出 仿真参数对话框如右图所示。用得较多的主要是Solver页和 Workspace I/O页。
连接线生成是将鼠标置于某模块的输出端口(显一 个十字光标) ，按下鼠标左键拖动鼠标至另一模块 的输入端口即可。 分支线则是将鼠标置于分支点， 按下鼠标右键，其余同上。
连接线(左键)
分支线(右键)
8.2 Simulink的基本模块
SIMILINK模块库按功能进行分类，包括以下8类子库： Continuous（连续模块） Discrete（离散模块） Function&Tables（函数和平台模块） Math（数学模块） Nonlinear（非线性模块） Signals&Systems（信号和系统模块） Sinks（显示模块） Sources（输入源模块）
将多路信号依照向量的形式混合成一路信号。
(a)
(b)
8.3 系统仿真运行
1. Simulink模型窗口下仿真 步骤 ① 打开Simulink仿真模型窗口，或打开指定的.mdl文件; ② 设置仿真参数：在模型窗口选取菜单【Simulation: Parameters】,弹出 “Simulation Parameters” 对话框， 设置仿真参数，然后按【OK】即可；
按钮。 (3)在MATLAB命令窗口File菜单中选择New菜单项下的Model命令。
2. Simulink的退出 为了退出Simulink，只要关闭所有模型窗口和Simulink模块库窗 口即可。
8.1.2 Simulink窗口 1.simulink库浏览器窗口 2.simulink模型构建窗口
长算法两类。定步长支持的算法可在Fixed step size编辑框 中指定步长或选择auto，由计算机自动确定步长，离散系 统一般默认地选择定步长算法，在实时控制中则必须选用 定步长算法；变步长支持的算法如图9-16所示，对于连续 系统仿真一般选择ode45，步长范围使用auto项。
图9-15 定步长算法
第8章 SIMULINK 仿真
2020/3/30
第8章 SIMULINK 仿真
8.1 SIMULINK的基本操作 8.2 SIMULINK的基本模块 8.3 SIMULINK的调试 8.4 SIMULINK实例
引言
SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系 统建模和仿真的一个软件包，其文件类型为.mdl，它 与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口 是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得 用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非 语言的编程上。