第五章 matlabsimulink下数学模型的建立
MATLABSimulink模型建立与仿真指南
MATLABSimulink模型建立与仿真指南第一章：MATLAB与Simulink简介MATLAB是一种高级的数值计算和科学分析的编程语言，由MathWorks开发。
它提供了强大的数学函数库和绘图工具，使得用户可以进行复杂的数值计算和数据可视化。
Simulink是MATLAB的扩展，是一种用于建立和仿真动态系统的图形化环境。
在MATLAB中，用户可以通过命令行或脚本文件进行计算。
而在Simulink中，用户可以利用图形化界面来搭建系统模型，并进行仿真。
Simulink提供了丰富的预置模块库，用户只需将这些模块连接起来，即可构建复杂的系统模型。
第二章：Simulink模型的基本组成Simulink模型由多个部分组成，包括输入信号、输出信号和系统组件。
输入信号可以是手动输入的常数，也可以是来自其他模型的信号。
输出信号是用户对系统模型感兴趣的结果。
系统组件即模型中的各个模块，这些模块可以完成各种功能，如乘法、滤波、逻辑运算等。
第三章：模型建立与仿真流程1. 确定系统模型的目标和需求：在建立模型之前，需要明确系统模型的目标和需求。
这些可能包括系统的输入输出关系、稳定性要求、性能要求等。
2. 模型建立：根据系统的目标和需求，选择合适的系统组件，并将其连接起来，构建系统模型。
可根据需要进行参数设置，以适应不同的场景。
3. 仿真设置：在进行仿真之前，需要设置仿真参数。
这些包括仿真时间、仿真步长等。
仿真时间指定了仿真的时间范围，仿真步长指定了仿真的时间间隔。
4. 仿真运行：设置好仿真参数后，可以运行仿真。
Simulink将逐步模拟系统的行为，并输出仿真结果。
第四章：Simulink模型调试与优化在进行仿真时，可能会发现模型存在问题，如输出不符合预期、系统不稳定等。
这时需要对模型进行调试和优化。
1. 系统调试：可以通过数据观察、信号域分析等方法，定位系统问题。
更换输入信号、输出信号，或调整模型参数，可以帮助发现问题。
matlab Simulink建模与仿真.ppt [兼容模式]
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第五章Simulink建模与仿真Ø系统仿真的基本概念Ø动态系统数学模型及其描述Ø动态系统的Simulink仿真Ø系统过零和代数环Ø子系统和S-函数Ø示例分析系统仿真的基本概念（一）系统（仿真的对象）•系统是指具有某些特定功能、按照某些规律结合起来、互相作用、互相依存的所有物体的集合或总和。
它具有整体性和相关性两个基本特征。
•研究系统通常从以下三方面考虑：实体：组成系统的元素、对象属性：实体的特征。
活动：系统由一个状态到另一个状态的变化过程系统仿真的基本概念（二）系统模型•系统模型是对实际系统的一种抽象，是系统本质的表述。
或者说模型是对真实世界中物体或过程的信息进行形式化的结果。
•系统仿真中所用的模型可分为实体模型和数学模型。
•实体模型，又称物理效应模型，是根据系统之间的相似性而建立起来的物理模型。
静态的实体模型最常见的是比例模型，如用于水洞实验以及实验水槽中的鱼雷比例模型。
模型类型静态系统模型动态系统模型连续系统模型离散事件系统集中参数分布参数时间离散数学描代数方程微分方程传递函数偏微分方差分方程、Z变换离散状态概率分布排系统仿真的基本概念述状态方程程方程队论应用举例系统稳态解工程动力学系统动力学热传导场计算机数据采样系统交通系统市场系统电话系统计算机分时系统Petri网状态机UML……系统仿真的基本概念（三）系统仿真的定义•系统仿真是以相似原理、系统技术、信息技术及其应用领域有关专业技术为基础，以计算机和各种专用物理效应设备为工具，利用系统仿真的特殊功效•安全性•经济性系统仿真的作用•优化系统设计。
在复杂的系统建立以前，能够通过改变仿真模型结构和调整参数来优化系统设计。
•对系统或系统的某一部分进行性能评价。
•节省经费。
仿真试验只需在可重复使用的模型上进行，所花费的成本比在实际产品上作试验低。
•重现系统故障，以便判断故障产生的原因。
•可以避免试验的危险性。
Simulink的控制系统建模与仿真
变量延迟模块
Variable Transport Delay
与可变时间延迟模块相似。 7
非连续模块组（Discontinuities）
8
非连续模块组的模块及功能介绍
名称
饱和模块 Saturation
死区模块 Dead Zone 动态死区模块 Dead Zone Dynamic 磁滞回环模块 Backlash 滞环继电模块
离散零极点增益模块 Discrete Zero-Pole
离散状态空间模块 Discrete State-Space
一阶保持器模块 First-Order Hold
零阶保持器模块 Zero-Older Hold
实现数字滤波器的数学模型。
实现零极点增益形式脉冲传递函数模型 。 实现离散状态空间模型。
实现一阶保持器。
脉冲信号输出。
斜坡信号输出。
正弦波信号输出。
阶跃信号输出。
随机数输出。
连续仿真时钟；在每一仿真步输 出当前仿真时间。 离散仿真时钟；在指定的采样间 隔内输出仿真时间。
16
信宿模块组（Sinks）
17
信宿模块组的模块及功能介绍
名称
输出端口模块 Out1
示波器模块 Scope
X-Y示波器模块 XY Graph
4
输出端口模块 ut1
示波器模块 Scope
求和模块 Sum
饱和模块 Saturation
积分模块 Integrator
子系统模块 Subsystems
单位延迟模块 Unit Delay
标准输出端口；生成子系统或作为模型的 输出端口。 显示实时信号。
实现代数求和；与ADD模块功能相同。
实现饱和特性；可设置线性段宽度。
matlab simulink模型搭建方法
matlab simulink模型搭建方法Matlab Simulink是一个强大的多领域仿真和模型搭建环境，广泛应用于控制系统、信号处理、通信系统等多个领域。
本文将详细介绍Matlab Simulink模型搭建的方法，帮助您快速掌握这一技能。
一、Simulink基础操作1.启动Simulink：在Matlab命令窗口输入“simulink”，然后按回车键，即可启动Simulink。
2.创建新模型：在Simulink开始页面，点击“新建模型”按钮，或在菜单栏中选择“文件”→“新建”→“模型”，创建一个空白模型。
3.添加模块：在Simulink库浏览器中，找到所需的模块，将其拖拽到模型窗口中。
4.连接模块：将鼠标光标放在一个模块的输出端口上，按住鼠标左键并拖拽到另一个模块的输入端口，松开鼠标左键，完成模块间的连接。
5.参数设置：双击模型窗口中的模块，可以设置模块的参数。
6.模型仿真：在模型窗口中，点击工具栏上的“开始仿真”按钮，或选择“仿真”→“开始仿真”进行模型仿真。
二、常见模块介绍1.源模块：用于生成信号，如Step、Ramp、Sine Wave等。
2.转换模块：用于信号转换和处理，如Gain、Sum、Product、Scope 等。
3.控制模块：用于实现控制算法，如PID Controller、State-Space等。
4.建模模块：用于构建物理系统的数学模型，如Transfer Fcn、State-Space等。
5.仿真模块：用于设置仿真参数，如Stop Time、Solver Options等。
三、模型搭建实例以下以一个简单的线性系统为例，介绍Simulink模型搭建过程。
1.打开Simulink，创建一个空白模型。
2.在库浏览器中找到以下模块，并将其添加到模型窗口中：- Sine Wave（正弦波信号源）- Transfer Fcn（传递函数模块）- Scope（示波器模块）3.连接模块：- 将Sine Wave的输出端口连接到Transfer Fcn的输入端口。
MATLAB的仿真工具箱Simulink模型的建立与仿真学习教程优秀PPT课件(基本库原件、搭建
•
Ignore limit and reset when linearizing：若勾选此选项，则表示当系统为线性化系统时，前
面的积分上下线限制和触发事件无效，默认缺省值为不勾选；
•
Enable zero-crossing detection：使系统通过零点检验，默认勾选。
• 搭建Integrator模块如图3-35所示。
•
Pulse Generator其模块属性如图3-19所示。
• 如图3-19所示Pulse Generator模块，对于其属性窗口：
• Amplitude：脉冲信号的振幅，指定为标量或矢量，默认值为1。
• Period(secs)：脉冲数字采样周期，默认值为10。
• Pulse width：脉冲宽度，输入为矢量或标量，默认值为5。
• External reset：设置信号的触发事件（rising, falling, either, level, level hold, none），默认设置为 none，保持系统原态。
• Initial condition source：参数输入的状态，分为外部输入external和内部输入internal，通常默认设 置为internal。
3.3.3 Transfer Fcn模块
• Transfer Fcn其模块属性如图3-37所示。
• 如图3-37所示Transfer Fcn模块，对于其属性窗口：
• Numerator coefficients：传递函数分子系数，系统默认值为[1]；
• Denominator coefficients：传递函数分母系数，系统默认值为[1,1]；
• Derivative模块，表示微分环节，Derivative其模块属性如图3-31所示。 • 如图3-31所示Derivative模块，对于其属性窗口： • 搭建Derivative模块如图3-32所示。
第五章 matlabsimulink下数学模型的建立
三.SIMULINK仿真的运行
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， 启动仿真和仿真结果分析。 一、设置仿真参数和选择解法器 设置仿真参数和选择解法器，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。 Solver页，它允许用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。
标题栏 菜单栏
SIMILINK模块库简介： 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（接收器模块） Sources（输入源模块）
d) ode15s：是一种基于数字微分公式的解法器（NDFs）。也是一种多步 解法器。适用于刚性系统，当用户估计要解决的问题是比较困难的， 或者不能使用ode45，或者即使使用效果也不好，就可以用ode15s。
e)
ode23s：它是一种单步解法器，专门应用于刚性系统，在弱误差允 许下的效果好于ode15s。它能解决某些ode15s所不能有效解决的stiff 问题。
此页可以进行的设置有：选择仿真开始和结束的时间；选择解法器， 并设定它的参数；选择输出项。 1) 仿真时间：注意这里的时间概念与真实的时间并不一样，只是计算机 仿真中对时间的一种表示，比如10秒的仿真时间，如果采样步长定为 0.1，则需要执行100步，若把步长减小，则采样点数增加，那么实际 的执行时间就会增加。一般仿真开始时间设为0，而结束时间视不同 的因素而选择。总的说来，执行一次仿真要耗费的时间依赖于很多因 素，包括模型的复杂程度、解法器及其步长的选择、计算机时钟的速 度等等。 2) 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。
用Matlab命令创建和运行Simulink模型火龙果软件
2、打开文件
打开仿真模型文件主要有以下几种方式：
★ 在Matlab命令窗口输入不加扩展名的文件名 ★ 在Matlab命令窗口选择“File”“Open” ★ 在Simulink模块库浏览器窗口选择 “File”“Open” ★ 在Simulink模型窗口选择“File”“Open”
第七页，共46页。
Simulink模型库浏览器
Matlab simulink所用的所有模块都在模型库 中，通过模型库浏览器可找到所需要的模块，然 后将其拖动到模型中。
模型库浏览器窗口打开方式有两种： 1、在命令窗口输入“simulink”命令 2、通过图标
第八页，共46页。
模型库浏览器窗口如下：
输出到MATLAB工作区进行后续处理，或利用命令行命令在图形窗口
中绘制仿真曲线。
第二页，共46页。
Simulink中的模型分析工具包括线性化工具和调整工具，这可以
从MATLAB命令行获取。MATLAB及其工具箱内还有许多其他的适 用于不同工程领域的分析工具。由于MATLAB和Simulink是集成在 一起的，因此无论何时用户都可以在这两个环境中仿真、分析和 修改模型。
子系统与封装
（2）在已有的子系统基础上建立
例如： 将前面建立的SubSys_1子系统复制到新窗口建
立的子系统如下图所示：
输出端口
输入端口
增加的新模块
第三十七页，共46页。
子系统与封装
2、条件执行子系统
系统中的某些模块需要在满足一定条件时才
执行，使用条件执行子系统就可以使子系统的执行由
控制信号的值来控制。
1、新建文件
新建仿真模型文件主要有以下几种方式：
★ 在Matlab命令窗口选择 “File”“New”“Model” ★ 在命令窗口运行simulink命令，在弹出的模块库浏 览器窗口中选择“File”“New”“Model” ★在Simulink模型窗口中选择 “File”“New”“Model”
Matlab第五章 Simulink模拟电路仿真
第五章Simulink模拟电路仿真武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜§5.1 电路仿真概要5.1.1 MATLAB仿真V.S. Simulink仿真利用MATLAB编写M文件和利用Simulink搭建仿真模型均可实现对电路的仿真，在实现电路仿真的过程中和仿真结果输出中，它们分别具有各自的优缺点。
武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜ex5_1.mclear;V=40;R=5;Ra=25;Rb=100;Rc=125;Rd=40;Re=37.5;R1=(Rb*Rc)/(Ra+Rb+Rc);R2=(Rc*Ra)/(Ra+Rb+Rc);R3=(Ra*Rb)/(Ra+Rb+Rc);Req=R+R1+1/(1/(R2+Re)+1/(R3+Rd));I=V/Req武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜ex5_1武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜注意Simulink仿真中imeasurement模块/vmeasurement模块和Display模块/Scope模块的联合使用Series RLC Branch模块中R、C、L的确定方式R：Resistance设置为真实值Capacitance设置为inf（无穷大）Inductance设置为0C：Resistance设置为0 Capacitance设置为真实值Inductance设置为0L：Resistance设置为0Capacitance设置为inf Inductance设置为真实值武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜MATLAB方式：步骤：建立等效模型→模型数学化→编写M文件计算→得到运算结果优点：理论性强，易于构建算法、模型缺点：较复杂，对电路观测量更改时需更改M文件适用范围：大系统抽象和原理性建模Simulink方式：步骤：选取模块→组成电路→运行仿真→观测仿真结果 优点：直观性强，易于与实际电路对应，易于观察结果 缺点：理论性不强，对电路原理不能得到解析适用范围：具体电路仿真武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜5.1.2 Power System Blockset模块集及powerlib窗口Power System Blockset模块集是MATLAB中专用的电路仿真模块集，其中内含有Electrical Source、Elements等子模块库，而电路仿真常用的DC Voltage Source、Series RLC Branch、Current Measurement等模块都被包含在这个模块集中。
第五章 Simulink系统建模与仿真
本章重点
Simulink基本结构 Simulink模块 系统模型及仿真
一、Simulink简介
Simulink 是MATLAB 的工具箱之一，提供交互式动态系统
建模、仿真和分析的图形环境
可以针对控制系统、信号处理及通信系统等进行系统的建 模、仿真、分析等工作 可以处理的系统包括：线性、非线性系统；离散、连续及 混合系统；单任务、多任务离散事件系统。
从模块库中选择合适的功能子模块并移至编辑窗口中，按 设计要求设置好各模块的参数，再将这些模块连接成系统 Simulink的仿真过程就是给系统加入合适的输入信号模块 和输出检测模块，运行系统，修改参数及观察输出结果等
过程
二、Simulink的基本结构
Simulink窗口的打开
命令窗口：simulink 工具栏图标：
三、Simulink模型创建
7、信号线的标志
信号线注释：双击需要添加注释的信号线，在弹出的文本编辑 框中输入信号线的注释内容
信号线上附加说明：（1） 粗线表示向量信号：选中菜单Forma t|Wide nonscalar lines 即可以把图中传递向量信号的信号线用粗 线标出；（2）显示数据类型及信号维数：选择菜单Format|Port data types 及Format|Signaldimensions，即可在信号线上显示前 一个输出的数据类型及输入/输出信号的维数；（3） 信号线彩 色显示：选择菜单Format|Sample Time Color，SIMULINK 将用 不同颜色显示采样频率不同的模块和信号线，默认红色表示最 高采样频率，黑色表示连续信号流经的模块及线。
同一窗口内的模块复制： （1）按住鼠标右键，拖动鼠标到目标
matlab与simulink设计与建模
matlab与simulink设计与建模一、Matlab与Simulink简介1.Matlab是一种高级编程语言，广泛应用于数学计算、算法实现、数据可视化等领域。
它具有丰富的函数库，可以轻松实现各种数学运算、矩阵操作和图形绘制等功能。
2.Simulink是Matlab的一个组件，主要用于模拟和分析动态系统。
它提供了一套基于图形的建模环境，用户可以通过拖放模块搭建复杂的系统模型，并进行仿真与分析。
二、Matlab与Simulink的应用领域1.数学计算与算法实现：Matlab可以用于解决数学问题、实现算法和编写计算程序，如线性代数运算、概率论与数理统计、图像处理等。
2.控制系统设计与分析：利用Matlab和Simulink的丰富函数库和工具箱，可以方便地进行控制系统的设计、仿真和分析。
3.通信系统设计与仿真：Simulink提供了一系列与通信系统设计相关的模块，如信号源、调制解调、信道、检测等，可以用于搭建和仿真各种通信系统。
4.信号处理与分析：Matlab和Simulink具有丰富的信号处理函数和模块，可以用于信号生成、滤波、变换、识别等任务。
三、Matlab与Simulink的基本操作与技巧1.变量与数据类型：Matlab中的变量需声明，支持标量和矩阵类型。
Simulink中的变量在模型搭建过程中自动创建。
2.矩阵运算与函数调用：Matlab中可以使用内置函数进行矩阵运算，如加减乘除、求逆、迹等。
Simulink中的函数调用主要通过模块的参数设置实现。
3.图形绘制与数据分析：Matlab提供了丰富的绘图函数，可以创建各种图形；Simulink仿真结果可通过图表进行展示和分析。
四、Simulink建模与仿真1.建模基本步骤：创建模型、配置模块参数、连接模块、设置仿真参数、运行仿真、分析结果。
2.仿真参数设置与优化：包括求解器设置、仿真时间、输出设置等，需根据模型特点进行优化。
3.模型验证与测试：通过与其他软件或实验数据进行对比，检验模型的正确性和准确性。
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。
Simulink下数学模型建立与仿真
信号源模块组 常数输入模块 斜坡输入 正弦信号 不连续脉冲信号 脉冲信号 时钟信号 读文件模块
普通信号源发生器 阶跃输入
重复连续输入
杂波信号
数字时钟 读工作空间模块
正态分布随机数模块 均匀分布随机数模块
带宽限幅白噪声
返回目录
输出池模块组
示波器模块
XY示波器
数字模块
仿真终止模块
第四章
Simulink下数学模型建立与仿真
Simulink模块库简介 Simulink模型的建立 Simulink模型的例子
Simulink模块库简介
Simulink模型库窗口的启动 Simulink模型库中的模块组
返回主目录
Simulink模型库浏览器
如图右键点击Simulink则可 以打开Simulink模块库，此 时可以看出整个Simulink模 块库是由各个模块组组成的。 以下将对常用的模块组和 模块做一个概述。
返回目录
数学运算模块组
求积模块
求和模块
点乘模块 矩阵增益
增益函数
数字函数
三角函数 绝对值函数 符号函数 组合逻辑模块 取整模块
逻辑运算模块 复数的实部虚部 提取模块
代数约束模块
返回目录
Simulink模型库中的Source模块组块组 Repeating Sequence 生成一重复的任意信号 Repeating Sequence Interpolated 生成一重复的 任意信号，可以插值 Repeating Sequence Stair 生成一重复的任意信 号，输出的是离散值 Signal Builder 带界面交互的波形设计 Signal Generator 生成变化的波形 Sine Wave 生成正弦波 Step 生成一阶跃函数 Uniform Random Number 生成均匀分布的随机 数 Ramp 生成一连续递增或递减的信号 Random Number 生成正态分布的随机数
MATLAB中的动力学建模和仿真
MATLAB中的动力学建模和仿真动力学是研究物体运动原因和规律的一门学科。
当我们需要研究物体受力、速度和加速度等变化情况时，动力学便发挥了重要作用。
而在工程领域，动力学建模和仿真更是常用的工具。
本文将探讨在MATLAB中进行动力学建模和仿真的方法和技巧，旨在帮助读者更好地理解和应用这一领域的知识。
一、MATLAB中的动力学建模动力学建模是指将物体的受力、速度和加速度等因素转化为数学模型，以便用计算机进行仿真和分析。
MATLAB作为一种强大的计算软件，提供了丰富的工具和函数，使得动力学建模变得更加简便和高效。
1.1 数学模型的建立在进行动力学建模之前，首先需要确定物体的运动方程和力学模型。
以一维运动为例，物体的运动方程可以用牛顿第二定律来表示：力等于质量乘以加速度。
根据这个基本原理，我们可以通过编写MATLAB代码来建立数学模型。
首先，需要定义物体的质量、初始位置和速度等参数。
然后，根据牛顿第二定律，可以写出物体的运动方程。
最后，使用MATLAB的符号计算工具箱，将这个方程转化为MATLAB可解的形式。
通过这种方式，我们就建立了一个简单的动力学模型。
1.2 力的建模在动力学建模中，力的建模是至关重要的一步。
力的大小和方向决定了物体的运动状态。
在MATLAB中，我们可以使用向量来表示力，其中向量的大小表示力的大小，方向表示力的方向。
通过输入向量的数值和方向，我们可以模拟物体所受到的各种力，并计算出物体的加速度和速度。
在模型中，可以考虑各种类型的力，如重力、弹性力和摩擦力等。
通过将这些力组合起来，并运用牛顿第二定律，我们可以计算出物体的运动状态，并进行仿真和分析。
二、MATLAB中的动力学仿真动力学仿真是指使用计算机模拟物体的实际运动过程，以便更好地理解和分析物体的动力学特性。
在MATLAB中，我们可以利用Simulink软件来进行动力学仿真。
2.1 Simulink概述Simulink是MATLAB的一个重要的工具包，用于进行动力学仿真和系统建模。
第五讲 基于MATLAB-Simulink的建模与仿真
MATLAB软件简介？
MATLAB软件的典型应用领域：
❖科学研究； ❖工程技术应用研究 ❖CAI（Computer Aided Instruct） ❖数学实验（Mathematical Experiment） ❖数学建模（Mathematical Modeling）
模型 Transfer-Fcn：线性传递函数模型 Zero-Pole：以零极点表示的传递
函数模型 Memory：存储上一时刻的状态值 Transport Delay：输入信号延时 一个给定时间再输出 Variable Transport Delay：输入 信号延时一个可变时间再输出
✓ 离散模块（Discrete）
For循环不能用For循环内重新赋值循环变
量n来终止。
在For循环中循环控制量的范围可以是任
何有效的MATLAB矩阵。比如
data=[11 9 45 6; 7 16 -1 5];
for n=data
x=n(1)-n(2)
end 这时程序的输出有四个数值，分别是矩阵
data的两列相减的结果
x = 4 x = -7
x = 46 x = 1
For循环可按需要嵌套，即For循环体内的命 令组中可以出现另一个For循环体，这体现了 For循环体也是命令组。比如 for n=1:5
for m=5:-1:1
A(n,m)=n^2+m^2; End
end
MATLAB软件简介？
While-end循环以不定的次数求一组语句的值。 Whil-end 循环的一般形式是： while expression（控制表达式） {commands} end 只要在控制表达式（expression）里的所有元 素为真，就执行While和end语句之间的命令 串（{commands}）。
matlab语言第5章 Simulink仿真设计
信号源模块（Sources）
l Band-Limited White Noise：宽带限幅白噪声； l Chirp Signal：线性调频信号（频率随时间线性变 化的正弦波）；
l Clock：时钟信号； l Constant：常数输入； l Counter Free-Running：自动计数器，发生溢出后， 从0开始重新计数；
分； lPID Controller：PID控制； lPID Controller（2DOF）：二维PID控制； lState-Space：状态空间模型； lTransfer-Fcn：传递函数模型； lTransport Delay：输入信号延迟一个固定时间输出； lVariable Time Delay：输入可变时间信号延迟输出； lVariable Transport Delay：输入信号延迟可变输出； lZero-Pole：零极点模型。
3. Simulink模型的创建和仿真
以图示系统建立Simulink模型
模型建立
（1）启动工具箱 （2）建立Simulink空白模型 （3）根据系统模型选择模块 首先要确定所需模块所在的子模块库名称。例子中用 到的模块有单位阶跃信号﹑符号比较器﹑传递函数模 型和信号输出模块，分别属于信号源模块库﹑数学运 算模块库﹑连续模块库和输出模块库。在模块库浏览 器中打开相应的模块库，选择所需模块。
常用模块库（Commonly Used Blocks）
l Bus Creator：将输入信号合并为总线信号； l Bus Selector：由总线信号选择需要的信号输出； l Constant：常数信号； l Data Type Conversion：数据类型转换模块； l Delay：延迟模块； l Delux：信号分解模块； l Discrete-Time Integrator：离散时间积分器； l Gain：增益模块； l Ground：接地模块； l In1：输入模块； l Integrator：输入信号积分；
如何使用MATLAB的Simulink进行系统建模
如何使用MATLAB的Simulink进行系统建模第一章：Simulink概述1.1 Simulink的定义和作用1.2 Simulink的特点和优势第二章：Simulink的基本操作2.1 Simulink的工作环境介绍2.2 模型的创建和保存2.3 模块的选择和添加2.4 参数设置和数据导入2.5 信号的连接和仿真第三章：系统建模的基本步骤3.1 确定建模目标和系统边界3.2 选择系统建模方法3.3 确定系统的输入和输出3.4 建立系统模型框图3.5 分析系统的动态特性第四章：系统建模方法介绍4.1 传递函数法4.1.1 传递函数的定义和性质4.1.2 从实验数据到传递函数的估计方法4.1.3 传递函数建模的示例4.2 状态空间法4.2.1 状态空间模型的定义和性质4.2.2 状态空间模型的建立方法4.2.3 状态空间建模的示例4.3 基于仿真数据的建模方法4.3.1 仿真数据的获取和处理4.3.2 仿真数据建模的步骤4.3.3 仿真数据建模的示例第五章：模型的验证与调整5.1 信号的响应分析5.2 参数的优化和调整5.3 模型的准确性评估5.4 系统建模的误差分析第六章：案例分析6.1 控制系统的建模6.1.1 PID控制系统的建模方法6.1.2 模型预测控制系统的建模方法6.1.3 自适应控制系统的建模方法6.2 通信系统的建模6.2.1 数字调制解调系统的建模方法6.2.2 无线信号传输系统的建模方法6.2.3 混合信号处理系统的建模方法第七章：Simulink在实际工程中的应用7.1 电力系统的建模和分析7.2 汽车动力系统的建模和仿真7.3 机器人控制系统的建模和优化7.4 信号处理系统的建模和算法实现结语：Simulink在系统建模中的应用前景及启示。
基于MATLAB Simulink建立控制系统的数学模型
实验二 基于MATLAB /Simulink 建立控制系统的数学模型一、实验目的1、熟悉MATLAB 实验环境，掌握MATLAB 命令窗口的基本操作。
2、掌握MATLAB 建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法。
3、掌握使用MATLAB 命令化简模型基本连接的方法。
4、学会使用Simulink 模型结构图化简复杂控制系统模型的方法。
二、实验内容1、控制系统模型的建立控制系统常用的数学模型有四种：传递函数模型（tf 对象）、零极点增益模型（zpk 对象）、结构框图模型和状态空间模型（ss 对象）。
经典控制理论中数学模型一般使用前三种模型，状态空间模型属于现代控制理论范畴。
(1) 传递函数模型连续系统的传递函数模型为：例1、已知系统的传递函数试用MATLAB 建立控制系统的传递函数模型例1.1法1：>> num=[1 1];>> den=[1 2 2 1];>> G=tf(num,den)Transfer function:s + 1--------------------- s^3 + 2 s^2 + 2 s + 132s 3(s) s 2s 2s 1G +=+++22335(2)(67)()(1)(21)s s s G s s s s s +++=+++101101...()(),...()m m m n n n b s b s b num s G s n m a s a s a den s --+++==≥+++法2：>> S=tf('s');>> g1=(s+3)/(s^3+2*S^2+2*s+1)Transfer function:s + 3---------------------s^3 + 2 s^2 + 2 s + 1例1.2a=[1 2];b=[1 1];c=[1 6 7];d=[1 0 2 1];e=[1 0];m=conv(conv(conv(a,a),5),c);n=conv(conv(conv(conv(b,b),b),e),d);g=tf(m,n)Transfer function:5 s^4 + 50 s^3 + 175 s^2 + 260 s + 140-----------------------------------------------s^7 + 3 s^6 + 5 s^5 + 8 s^4 + 9 s^3 + 5 s^2 + s(2)零极点增益模型零极点模型是是分别对原传递函数的分子、分母进行因式分解，以获得系统的零点和极点的表示形式。
了解MATLABSimulink进行系统建模与仿真
了解MATLABSimulink进行系统建模与仿真MATLAB Simulink是一款功能强大的工具，专门用于系统建模和仿真。
它可以帮助工程师和科研人员设计复杂的系统、开展仿真分析，并支持快速原型设计和自动生成可执行代码。
本文将详细介绍MATLAB Simulink的基本概念、系统建模与仿真流程，以及其在各个领域中的应用。
第一章：MATLAB Simulink简介MATLAB Simulink是MathWorks公司开发的一款图形化建模和仿真环境。
它包含了一系列模块，可以通过简单地拖拽和连接来模拟和分析复杂的系统。
Simulink中的模块代表不同的系统组件，例如传感器、执行器、控制器等。
用户可以通过连接这些模块来构建整个系统，并通过仿真运行模型以评估系统的性能。
第二章：系统建模基础系统建模是使用Simulink进行系统设计的关键步骤。
在建模之前，需要明确系统的输入、输出和所涉及的物理量。
Simulink提供了广泛的模块库，包括数学运算、信号处理、控制等，这些模块可以方便地应用到系统中。
用户可以选择合适的模块，并通过线连接它们来形成系统结构。
此外，Simulink还支持用户自定义模块，以满足特定的需求。
第三章：MATLAB与Simulink的联合应用MATLAB和Simulink是密切相关的工具，它们可以互相配合使用。
MATLAB提供了强大的数学计算和数据分析功能，可以用于生成仿真所需的输入信号，以及分析仿真结果。
同时，Simulink也可以调用MATLAB代码，用户可以在模型中插入MATLAB函数块，以实现更复杂的计算和控制逻辑。
第四章：系统仿真与验证系统仿真是利用Simulink来验证系统设计的重要步骤。
通过设置仿真参数和初始条件，用户可以运行模型来模拟系统的行为。
仿真可以包括不同的输入场景和工况，以验证系统在不同条件下的性能和稳定性。
Simulink提供了丰富的仿真分析工具，例如波形显示器、频谱分析等，可以帮助用户分析仿真结果并进行必要的调整。
Simulink下数学模型建立与仿真
Simulink考核例子一、解题步骤：1、新建一个模型窗口：2、为模型添加所需模块3、连接相关模块，构成所需的系统模型4、进行系统仿真5观察仿真结果二、Sources库中模块Band-Limited white Noise 给连续系统引入白噪声Chirp Signal 产生一个频率递增的正弦波（线性调频信号）Clock 显示并提供仿真时间Constant 生成一个常量值Counter Free-Running 自运行计数器，计数溢出时自动清零Counter Limited 有限计数器，可自定义计数上限Digital Clock 生成有给定采样间隔的仿真时间From File 从文件读取数据From Workspace 从工作空间中定义的矩阵中读取数据Ground 地线，提供零电平Pulse Generator 生成有规则间隔的脉冲In1 提供一个输入端口Ramp 生成一连续递增或递减的信号Random Number 生成正态分布的随机数Repeating Sequence 生成一重复的任意信号Repeating Sequence Interpolated 生成一重复的任意信号，可以插值Repeating Sequence Stair 生成一重复的任意信号，输出的是离散值Signal Builder 带界面交互的波形设计Signal Generator 生成变化的波形Sine Wave 生成正弦波Step 生成一阶跃函数Uniform Random Number 生成均匀分布的随机数三、例子系统的开环传递函数为G（s）=9/(s^2+8s)。
在Simulink下观察系统在不同输入下的响应曲线。
（此处举a.单位阶越、b.正弦响应曲线的比较）四、例子所选元件的详细介绍a.单位阶越响应：所用元件为Ramp、Sum、Transfer Fcn、Mux、Scope以上元件的功能分别为：1、RampThe Ramp block generates a signal that starts at a specified time and value and changes by a specified rate. The block's Slope, Start time, and Initial output parameters determine thecharacteristics of the output signal. All must have the same dimensions after scalar expansion.舷梯块生成一个信号的开始,在一个特定的时间和学术价值,在指定率的变化。
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d) ode15s：是一种基于数字微分公式的解法器（NDFs）。也是一种多步 解法器。适用于刚性系统，当用户估计要解决的问题是比较困难的， 或者不能使用ode45，或者即使使用效果也不好，就可以用ode15s。
e)
ode23s：它是一种单步解法器，专门应用于刚性系统，在弱误差允 许下的效果好于ode15s。它能解决某些ode15s所不能有效解决的stiff 问题。
b) ode23：二/三阶龙格－库塔法，它在误差限要求不高和求解的问题不 太难的情况下，可能会比ode45更有效。也是一个单步解法器。 c) ode113：是一种阶数可变的解法器，它在误差容许要求严格的情况下 通常比ode45有效。ode113是一种多步解法器，也就是在计算当前时刻 输出时，它需要以前多个时刻的解。
• Matlab工具箱中定义了几个常用的线性模型对象， • tf（）表示传递函数模型，ss（）表示状态方程模型， • zpk()表示零极点模型
s 11s 30s 零极点增益模型： G( s) s 9s 45s 87s 50 》num=[1,11,30,0]; 》den=[1,9,45,87,50]; [z,p,k]=zpk(num,den)
k= 2
0.0000+2.0000i 0.0000-2.0000i -1.0000
0.25i 0.25i 2 结果表达式： G ( s ) 2 s 2i s 2i s 1
例：假设从实际自然界（力学、电学、生态 等）或社会中，抽象出有初始状态为0的二 阶微分方程 x 0.2 x 0.4 x 0.2u(t ) ， u(t ) 是单 位阶跃函数。本例演示如何用积分器直接构 搭求解该微分方程的模型。
f)
ode23t：是梯形规则的一种自由插值实现。这种解法器适用于求解 适度stiff的问题而用户又需要一个无数字振荡的解法器的情况。
g) ode23tb：是TR-BDF2的一种实现， TR-BDF2 是具有两个阶段的隐 式龙格－库塔公式。 h) discrtet：当Simulink检查到模型没有连续状态时使用它。
3 2 4 3 2
z= 0 -6 -5
p= -3.0000+4.0000i -3.0000-4.0000i -2.0000 -1.0000 结果表达式：
G( s )
k= 1
s( s 6)(s 5) ( s 1)(s 2)(s 3 4 j )(s 3 4 j )
s3 +11s2+30s s4 +9s3+45s2+87s+50 Step Transfer Fcn Scope
修改模型
修改程序
是否符合要求
进行仿真研究
• 5.1 Simulink模块库简介
一、什么是SIMULINK
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。
4.2 Simulink模型建立
新建模型窗口
各模块的连线：
两种不同的连线方法 （1）默认
（2）折线
模块的选取：单个模块、多模块
• 模块处理：旋转、命名、隐藏名字等操作。
在编辑窗口中format菜单下对模块处理，或单击模 块右键快捷菜单format命令下进行处理
模块参数修正： 仿真参数模块中默认的传递函数为： 1 s 1
习题
1 s+3 Transfer Fcn1 1 Constant 1 s+5 Transfer Fcn 1 s Integrator Sine Wave Product 1 s Integrator1 1 s Integrator2 1 s Integrator3 Scope
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。
SIMULINK的最新版本是SIMULINK4.0（包含在MATLAB6.0 以上版本），MATLAB5.3里的版本为3.0版，它们的变化不大。
三.SIMULINK仿真的运行
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， 启动仿真和仿真结果分析。 一、设置仿真参数和选择解法器 设置仿真参数和选择解法器，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。 Solver页，它允许用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。
变步长模式解法器有：ode45，ode23，ode113，ode15s，ode23s， ode23t，ode23tb和discrete。 a) ode45：缺省值，四/五阶龙格－库塔法，适用于大多数连续或离散系 统，但不适用于刚性（stiff）系统。它是单步解法器，也就是，在计 算y(tn)时，它仅需要最近处理时刻的结果y(tn-1)。一般来说，面对一 个仿真问题最好是首先试试ode45。
仿真数据的输入输出设置（Workspace I/O）
仿真中异常情况的诊断（Diagnostics）
5.4 线性系统数学模型 一.线性系统
G( s ) K ( s z1 )(s z2 )...(s zm ) ( s p1 )(s p2 )...(s pn )
K为系统增益，zi为零点，pj为极点 在MATLAB中零极点增益模型用[z,p,K]矢量组表示。即： z=[z1,z2,…,zm] p=[p1,p2,...,pn] K=[k] 函数tf2zp()可以用来求传递函数的零极点和增益。
部分分式展开： 》num=[2,0,9,1]; 》den=[1,1,4,4]; [r,p,k]=residue(num,den) 》 r= p= 0.0000-0.2500i 0.0000+0.2500i -2.0000
2s 3 9s 1 G( s ) 3 2 s s 4s 4
SubSystem：建立新的封装（Mask）功能模块
6.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 Real-Imag to Complex：由实部和虚部输入合成复数输出
2、 Math（数学模块） math.mdl
Sum：加减运算 Product：乘运算 Dot Product：点乘运算
Gain：比例运算
MinMax：最值运算 Abs：取绝对值
Sign：符号函数
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
标题栏 菜单栏
SIMILINK模块库简介： 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（接收器模块） Sources（输入源模块）
I.
II.
III.
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。
• 仿真参数的设定： • 路径：仿真菜单栏中simulation
解算器参数的设置（Solver）
1、Solver页
• 控制系统常用到并联系统，这时就要对系统函数进行 分解，使其表现为一些基本控制单元的和的形式。 • 函数[r,p,k]=residue(num,den)对两个多项式的比进行部 分展开，以及把传函分解为微分单元的形式。 • 向量num和den是按s的降幂排列的多项式系数。部分 分式展开后，余数返回到向量r，极点返回到列向量p， 常数项返回到k。 • [num,den]=residue(r,p,k)可以将部分分式转化为多项 式比p(s)/q(s)。
第五章 MATLAB/simulink下数学模型建立
5.1 Simulink模块库简介 5.2 Simulink模型建立 5.3 Simulink 模型举例
仿真问题和仿真目的描述
计算机仿真的一般过程
修改方案
确定仿真方案 系统描述 建立系统数学模型 建立仿真数学模型 编写仿真程序 验证模型
是否符合要求 是否符合要求 是否符合要求
此页可以进行的设置有：选择仿真开始和结束的时间；选择解法器， 并设定它的参数；选择输出项。 1) 仿真时间：注意这里的时间概念与真实的时间并不一样，只是计算机 仿真中对时间的一种表示，比如10秒的仿真时间，如果采样步长定为 0.1，则需要执行100步，若把步长减小，则采样点数增加，那么实际 的执行时间就会增加。一般仿真开始时间设为0，而结束时间视不同 的因素而选择。总的说来，执行一次仿真要耗费的时间依赖于很多因 素，包括模型的复杂程度、解法器及其步长的选择、计算机时钟的速 度等等。 2) 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。