MatLab仿真软件简介

附录A MatLab 控制系统仿真软件简介1．M atLab仿真软件简介

MatLab 控制系统仿真软件是当今国际控制界公认的标准计算软件，1999年春MatLab 5.3版问世，使MA TLAB拥有更丰富的数据类型和结构、更友善的面向对象、更加快速精良的图形可视、更广博的数学和数据分析资源、更多的应用开发工具。特别是SIMULINK这一个交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境的出现，使人们有可能考虑许多以前不得不做简化假设的非线性因素、随机因素，从而即使学生没有对非线性动态系统进行分析研究的数学基础，仍可通过仿真来认知非线性对系统动态的影响。

2．S IMULINK交互式动态系统建模与仿真

2．1 进入SIMULINK系统

在WINDOWS桌面点击MA TLAB图标，即可进入MA TLAB系统：

点击工具条最后第二个图标，即可进入SIMULINK元件库：

点击十字节点，或双击Simulink（元件库名），即可进入Simulink元件库，如右上图所示，其中Continuous、Math、Nonlinear、Sinks和Sources分别为连续系统元件库、数学元件库、非线性元件库、输出元件库和输入元件库。

再点击十字节点，或双击Continuous（连续系统元件库名），即可进入连续系统元件库，如下一页的左上图所示。如果再点击十字节点，或双击Sinks（输出元件库名），即可进入输出元件库，如下一页的右上图所示。

从左上图可看到连续系统元件库中包括微分器、积分器和传递函数等，一旦点击该些元件名前面的◇形图标时，在该窗口的右下角会显示该元件的符号图形；若在◇形图标上按压住鼠标左键，将其拖入用户的图形编辑窗内的适当位置后，释放鼠标左键，即可在自己的图形编辑窗内得到一个所选元件的拷贝。

右上图的Sinks（输出元件库）中最有用的元件是Scope，其功能如同示波器一样，在仿真时可实时显示动态曲线。

左下图的Sources（输入元件库）中最有用的元件是Signal Generator，其功能如同信号发生器一样，可产生正弦、方波等信号。

在MA TLAB的早期版本中，元件库不是采用目前的树型结构，而是采用浮动窗的形式，其缺点是占用屏幕和内存太多，优点是比较直观，因此在新版本中还保留了这中功能。操作步骤如下：1）在元件库浏览窗的‘Simulink’处点击鼠标右键，即弹出一标签‘Open the Simulink Library’,再在该标签上点击鼠标左键，即浮现出上页左下图所示的元件库，不难看出这些图标是和树型结构的元件库浏览窗的右下角的图标完全相同。

2）再用鼠标左键点击任一图标，即进入了元件库的底层，如上页右下图为输入元件库，若在图标上按压住鼠标左键，将其拖入用户的图形编辑窗内的适当位置后，释放鼠标左键，即可在自己的图形编辑窗内得到一个所选元件的拷贝。

左下图为输出元件库，其中最常用的是示波器(Scope)模块；右下图为线性系统元件库，其中最常用

的是传递函数（Transfer Fcn）模块；左上图是数学元件库，其中最常用的是加法器（Sum）模块；右上图为非线性系统元件库。

2．2 编辑SIMULINK仿真图

2．2．1 打开用户图形编辑窗

在MATLAB的命令窗（即系统主窗）的‘File’下拉菜单的‘New’-- ’Model’处点击鼠标左键，即在屏幕上弹出元件库浏览窗和一个空白用户图形编辑窗。

2．2．2 布置元件

按2.1节所述的方法将所需元件拖入用户的图形编辑窗内的适当位置，如下页图所示：

图中放置了一个信号发生器和一个示波器。

2．2．3 连线

在信号发生器的 > 处按压住鼠标左键，朝示波器的 > 方向拖动，直到 > 处后释放鼠标键，即完成了二个模块之间的连接，如右上图所示。

如果在连线的某一中间位置按压鼠标右键，朝该连线垂直方向拖动，即可产生分叉线：

2．2．4 转动模块

除了输入和输出模块之外，其他模块的左右两侧分别有 > 表示的输入、输出端口。该类模块用于前向通道时无须调整方向，但当用于反馈通道时必须调整方向，为此要从下拉菜单 Format -→Flip Block 或Rotate Block，前者可顺时针转动180°，后者可顺时针转动90°。在下拉菜单 Format内还有对模块的字体、颜色等进行编辑的功能。

2．2．5 修改或删除模块

在模块或连线上单击鼠标左键，即将该模块或连线选中，如果按Del键就可将其删除。也可用橡皮框将有关元件选中，再对其进行移动、修改或删除等操作。也可利用下拉菜单Edit中的相关命令进行复制、粘贴等操作。对选中的模块，用按压鼠标左键（当光标为←-→时）方式可将其拉大或缩小。

2．3 参数设置

2．3．1 模块参数设置

在工作图的信号发生器上双击鼠标左键，弹出参数设置对话框如左下图所示：

在波形编辑栏可选定正弦、方波等信号，在下方的三个文本编辑框内，可设定信号的幅值、频率和单位等参数，点击OK钮就完成了信号发生器的参数设置，对话框自动关闭。

在工作图的示波器上双击鼠标左键，弹出右上图所示的一个示波器。其中的工具条的功能与WINDOWDS 的相关功能雷同，进一步的了解可通过在线Help。

下面通过一个闭环仿真图（如下页所示）来看其他一些典型模块的参数设置方法。

双击加法器模块，弹出加法器模块编辑框如左下图所示，其关键是将文本编辑栏的十十号改成十一号,以构成负反馈系统。

双击传递函数模块，弹出编对话辑框如下，其中第一条文本编辑栏为传递函数分子系数行向量，第二

条文本编辑栏为传递函数分母系数行向量。其编写规则是按S的降幂次序排列的各项系数，上图中分子是增益为1的比例环节，分母为S+1的环节。点击OK钮就完成了传递函数的参数设置，对话框自动关闭。2．3．2 仿真参数设置

执行下拉菜单 Simulation-- Parameter命令，就可弹出仿真参数设置的对话框，设置方法如下：

1）在第1、2两个文本编辑栏内可分别设置仿真的起始时间和终止时间。

2）第3、4两个文本编辑栏内一般不必改动，这儿指定微分方程数值解法为ode45（自适应变步长四阶五阶龙格库塔法）。