第五章 SIMULINK仿真基础
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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
第五章 Simulink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
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
第五章 SIMULINK仿真基础
1. Simulink的启动
(1)在MATLAB的命令窗口直接键入simulink。 (2) 工具栏上的Simulink模块库浏览器命令按钮 (3) File菜单中选择New菜单项下的Model命令
2. Simulink的退出
关闭所有模型窗口和Simulink模块库窗口即可
9
SIMULINK 库浏览器界面
用户还可以设置一些参数来控制图标的属性， 这些属性在Icon页右下端的下拉式列表中进行 选择。 Icon frame：Visible 显示外框线；Invisible： 隐藏外框线。 Icon Transparency：Opaque 隐藏输入输出 的标签；Transparent：显示输入输出的标签。 Icon Rotation：旋转模块。 Drawing coordinate：画图时的坐标系。
7
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。
8
二、SIMULINK的使用
（1）运行Simulink并新建一个模型窗口 （2）将所需模块添加到模型中 （3）编辑模块组成模型 （4）进行系统仿真参数设置 （5）进行系统仿真 （6）观察系统仿真结果
3
演示
4
例 用Simulink求出闭环系统的阶跃响应曲线
5
例：设计一个模拟人口变化情况的模型
1.1 Product Gain
18
演示
19
第二节 SIMULINK功能模块的 Nhomakorabea理基本操作包括： 1. 选取模块 2. 复制与删除模块 3. 模块的参数和属性设置 4. 模块外形的调整 5. 模块名的处理 6. 模块的连接（信号线的弯折和分支） 7. 在连线上反映信息
(1)在MATLAB的命令窗口直接键入simulink。 (2) 工具栏上的Simulink模块库浏览器命令按钮 (3) File菜单中选择New菜单项下的Model命令
2. Simulink的退出
关闭所有模型窗口和Simulink模块库窗口即可
9
SIMULINK 库浏览器界面
用户还可以设置一些参数来控制图标的属性， 这些属性在Icon页右下端的下拉式列表中进行 选择。 Icon frame：Visible 显示外框线；Invisible： 隐藏外框线。 Icon Transparency：Opaque 隐藏输入输出 的标签；Transparent：显示输入输出的标签。 Icon Rotation：旋转模块。 Drawing coordinate：画图时的坐标系。
7
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。
8
二、SIMULINK的使用
（1）运行Simulink并新建一个模型窗口 （2）将所需模块添加到模型中 （3）编辑模块组成模型 （4）进行系统仿真参数设置 （5）进行系统仿真 （6）观察系统仿真结果
3
演示
4
例 用Simulink求出闭环系统的阶跃响应曲线
5
例：设计一个模拟人口变化情况的模型
1.1 Product Gain
18
演示
19
第二节 SIMULINK功能模块的 Nhomakorabea理基本操作包括： 1. 选取模块 2. 复制与删除模块 3. 模块的参数和属性设置 4. 模块外形的调整 5. 模块名的处理 6. 模块的连接（信号线的弯折和分支） 7. 在连线上反映信息
《SIMULINK仿真基础》课件
《SIMULINK仿真基础》 PPT课件
SIMULINK仿真基础课程介绍，通过深入浅出的方式帮助学员掌握SIMULINK 的基本知识和仿真实践技巧。
课程大纲
SIMULINK基础知识
SIMULINK简介、软件界面介绍、模型的创 建方式、模型的保存和加载。
仿真方法与技巧
仿真参数设置、仿真停止方式、数据可视化 方法。
并实现控制和优化
项目仿真分析
学习仿真技巧，掌握仿真参数设置，能够 运用仿真进行系统分析、控制和优化。
通过实际案例学习，能够应用SIMULINK 进行电路、控制系统、机械系统和通信系 统的仿真分析。
模型建立流程
模型建立步骤、系统建模方法、模型参数设 置。
仿真应用案例
电路仿真实例、控制系统仿真实例、机械系 统仿真实例、通信系统仿真实例。
目标学员
1 工程师
具备一定仿真基础，希望深入学习SIMULINK并应用于实际工程项目的工程师。
2 科研人员
希望运用仿真技术进行科研工作的科研人员。
3 学生
对仿真技术和工程应用感兴趣的学生，尤其是自动化握SIMULINK的基础知识
2 熟练掌握SIMULINK模型建立流程
了解SIMULINK的特点、功能和基本操作， 掌握基本的建模方法。
学习模型建立的基本步骤，了解不同系统 的建模方法，并掌握模型参数设置。
3 能够运用SIMULINK进行仿真分析， 4 能够应用SIMULINK完成实际工程
SIMULINK仿真基础课程介绍，通过深入浅出的方式帮助学员掌握SIMULINK 的基本知识和仿真实践技巧。
课程大纲
SIMULINK基础知识
SIMULINK简介、软件界面介绍、模型的创 建方式、模型的保存和加载。
仿真方法与技巧
仿真参数设置、仿真停止方式、数据可视化 方法。
并实现控制和优化
项目仿真分析
学习仿真技巧，掌握仿真参数设置，能够 运用仿真进行系统分析、控制和优化。
通过实际案例学习，能够应用SIMULINK 进行电路、控制系统、机械系统和通信系 统的仿真分析。
模型建立流程
模型建立步骤、系统建模方法、模型参数设 置。
仿真应用案例
电路仿真实例、控制系统仿真实例、机械系 统仿真实例、通信系统仿真实例。
目标学员
1 工程师
具备一定仿真基础，希望深入学习SIMULINK并应用于实际工程项目的工程师。
2 科研人员
希望运用仿真技术进行科研工作的科研人员。
3 学生
对仿真技术和工程应用感兴趣的学生，尤其是自动化握SIMULINK的基础知识
2 熟练掌握SIMULINK模型建立流程
了解SIMULINK的特点、功能和基本操作， 掌握基本的建模方法。
学习模型建立的基本步骤，了解不同系统 的建模方法，并掌握模型参数设置。
3 能够运用SIMULINK进行仿真分析， 4 能够应用SIMULINK完成实际工程
simulink 仿真基础
【例】在运行仿真之前，首先需要生成系统输入信号
与状态初始值，在 Matlab 命令窗口中键入如下命令： >> t=1:0.1:10; t=t'; >> u=sin(t); >> xInitial=[0,1]; 然后运行系统仿真，为了观察 Workspace I/O 设 置的效果，这里使用 Scope 模块显示仿真结果。（还
除了使用上述的方式进行 Simulink 与 MATLAB 之 间的数据交互，用户还可以使用 Functions and Tables 模块库中的 Function 模块（简称为 Fcn 模块）或 Functions and Tables 模块库中的 MATLAB Function 模块（简称为 MATLAB Fcn 模块）进行彼此间的数据 交互。 Fcn 模块一般用来实现简单的函数关系，在 Fcn 模 块中： (1) 输入总是表示成 u，u 可以是一个向量。 (2) 可以使用 C 语言表达式，例如 sin(u[1])+cos(u[2])。 (3) 输出永远为一个标量。 MATLAB Fcn 一般用来调用 MATLAB 函数来实现 一定的功能，在 MATLAB Fcn 模块中：
(3) 系统输出库 Sinks 中的 Scope 模块：图形方式显 示结果。 选择相应的系统模块并将其拷贝（或拖动）到新 建的系统模型中。 在选择构建系统模型所需的所有模块后，需要按 照系统的信号流程将各系统模块正确连接起来。连接 系统模块的步骤如下： (1) 将光标指向起始块的输出端口，此时光标变成 “+”。 (2) 单击鼠标左键并拖动到目标模块的输入端口， 在接近到一定程度时光标变成双十字。这时松开鼠标 键，连接完成。完成后在连接点处出现一个箭头，表 示系统中信号的流向。
第5-6章simulink仿真基础知识及应用
SIMULINK提供了一个建立模型方框图的图形用户接口 SIMULINK提供了一个建立模型方框图的图形用户接口 （GUI），模型的创建只需要单击和拖动鼠标即可完成。 GUI），模型的创建只需要单击和拖动鼠标即可完成。 ），模型的创建只需要单击和拖动鼠标即可完成 SIMULINK中包含了许多实现不同功能的模块库， SIMULINK中包含了许多实现不同功能的模块库，使得在这 中包含了许多实现不同功能的模块库 种设计中，不必考虑模块的内部结构而直接实现其“ 种设计中，不必考虑模块的内部结构而直接实现其“想要 ”的功能。同时，在建立模型之后，可以直接进行一种 的功能。同时，在建立模型之后， “交互式的”仿真，通过相关菜单或命令的使用来执行 交互式的”仿真， 仿真， 仿真，得到能够按照自己的设定来进行仿真并观察对应的 结果。利用此软件，几乎可以做到不用写一行代码， 结果。利用此软件，几乎可以做到不用写一行代码，就能 完成整个动态系统的建模工作。 完成整个动态系统的建模工作。
打开模型文件
如需对一个已经存在的模型文件进行编辑、修改， 如需对一个已经存在的模型文件进行编辑、修改， 需要打开该模型文件时，方法如下： 需要打开该模型文件时，方法如下： 方法一： 命令窗口直接输入模型文件名（ 方法一：在MATLAB命令窗口直接输入模型文件名（不 命令窗口直接输入模型文件名 须加文件类型.mdl）。 须加文件类型 ）。 注意：必须在该文件保存的目录下） （注意：必须在该文件保存的目录下） 方法二：在模型库浏览器窗口或模型编辑窗口的file菜单 方法二：在模型库浏览器窗口或模型编辑窗口的 菜单 中选择open，然后选择或输入编辑模型的名字。 中选择 ，然后选择或输入编辑模型的名字。 方法三： 方法三：单击在模型浏览器窗口工具栏上的 打开命令 按钮， 打开命令按钮。 按钮，或模型编辑窗口工具栏上的 打开命令按钮。
第五章 Simulink仿真模拟基础
串级控制系统 均匀控制系统 比值控制系统 选择性控制系统 分程控制系统 多冲量控制系统
控制系统的分类
按给定值的特点来分： 恒值控制系统
系统被控量（温度、压力、流量、液位、成分等）的给
定值保持在某一恒值（或在某一很小范围内不变）。 随动控制系统 系统被控量的给定值随时间任意地变化，因此控制的作 用是克服扰动，使被控量及时跟踪给定值变化。
程和更新方程两部分
组成：
拉普拉斯与传递函数
拉普拉斯(Laplace)变换
拉普拉斯变换
高等数学中，将复杂的计算转化为简单的计算，往往采取变
换的方法。拉普拉斯变换就是其中的一种。
举例
下面的微分方程很难求解
y 5 y 6 y 6
通过拉普拉斯变换，对微分方程两端做拉普拉斯变化，得到如 下的多项式形式，就很好求解了：
第四章 Matlab Simulink仿真工具的应用
Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析 的软件包。使用Simulink来建模、分析和仿真各种动态
系统（包括连续系统、离散系统和混合系统），将是
一件非常轻松的事情。 它提供了一种图形化的交互环境，只需用鼠标拖动的 方法便能迅速地建立起系统框图模型，甚至不需要编 写一行代码。
这里 s 没有明确物理含
5s 3 y 6s 2 y 4sy y 4s 2 x 2sx 2 x
进一步转变为
3 2 2 ( 5 s 6 s 4 s 1 ) y ( 4 s 2s 2) x 义，仅是一个数学处理。
拉普拉斯变换是一种积分变换，它是为简化计算而建立的实变量函 数和复变量函数间的一种函数变换。
1、单位脉冲函数δ (t)
原函数
第五章-Simulink与电力系统仿真精选全文
这样，所有的数据都将显示，在所需显示的数据相对较
多时，需要计算机有较大的内存容量。
“save data to workshop”被选中时，可以将显示数据放
到工作空间去，以备MATLAB的绘图命令调用。与此相
关的项目有两个，“Variable name” 代表要保存的数据
名称；“Format”为数据的保存格式，共有三种，Array
的分析与设计的计算机程序，利用该模块进行系统的分
析与综合，比用MATLAB/Simulink更加方便快捷，已
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4
经成为国际上许多学校自动控制课程的教学辅助工具， 在MathWorks网站控制类工具箱下载中长期排名第一。
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5
5.2 Simulink的进入及内 容 1、Simulink的常见进入 方法 ①在MATLAB的命令窗口 下输入如下的命令：
将2024/9/28
20
按采样间隔提取数据进行显示。
“floating scope”如被选中，则该示波器成为浮动示波器，
即没有输入接口，但可以接受其他模块发来的数据。
Data history选项卡：
“limit data points to last”为最后可以保存的用于显示的
数据的最多点数，默认值为5000点。也可以不选这一项，
已经远远地超出了“矩阵相关计算”这个狭小的范围。 由于MATLAB在其软件设计之初，其开发者Cleve Moler 教授就秉承开放性的理念，在1993年的Simulink1.0出现
以后，人们发现这是许多科学家和工程技术人员梦寐以 求的仿真形式，从此以后，许多领域的顶尖科研人员以
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3
MATLAB语言为依托，编写了自己所从事领域的 Simulink工具箱，如控制界最流行的控制系统工具箱 （Control System Toolbox），系统辩识工具箱（System Identification Toolbox），鲁棒控制工具箱（Robust Control Toolbox），神经网络工具箱（Neural Network Toolbox），模型预测控制工具箱（Model Predictive Control Toolbox），还有如航空宇宙模块集（Aerospace Blockset），机械系统仿真模块（SimMechanics），电 力系统仿真模块（SimPowerSystems）甚至如生物系统 仿真模块（SimBiology）等。这其中，也有一些杰出中 国学者的贡献，如东北大学薛定宇教授在Control Kit的 基础上开发的CtrlLAB工具箱是专门用于反馈控制系统
SIMULINK仿真基础
2、非连续模块（ Discontinuities ）
（1）Backlash （2）Coulomb&Viscous Friction （3）Dead Zone （4）Hit Crossing （5）Quantizer （6）Rate Limiter （7）Relay （8）Saturation
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3、离散模块（Discrete）5SIMULINK仿真基础
在工程实际中，控制系统的结构往往很复 杂，如果不借助专用的系统建模软件，则 很难准确地把一个控制系统的复杂模型输 入计算机，对其进行进一步的分析与仿真。
6
1990年，Math Works软件公司为MATLAB 提供了新的控制系统模型图输入与仿真工具， 并命名为SIMULAB，该工具很快就在控制工 程界获得了广泛的认可，使得仿真软件进入 了模型化图形组态阶段。但因其名字与当时 比较著名的软件SIMULA类似，所以1992年 正式将该软件更名为SIMULINK。
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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SIMULINK5.0（包含 在MATLAB7.0里），MATLAB6.5里的版本为 4.0版，它们的变化不大。
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三、SIMULINK的模块库介绍
14
SIMULINK模块库按功能进行分类，包括以 下12类子库：
1、Continuous（连续模块） 2、Discontinuities（非连续模块） 3、Discrete（离散模块） （Logic and Bit Operations（逻辑和位操作模 块）—simulink5.0） 4、Look-up Tables（查找表模块） 5、Math Operations （数学模块） （Model Verification（模型检测）—simulink5.0） 15
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；
Simulink仿真基础 课件
▪ 5)改变大小：选中模块，对模块出现的4个黑色标记进行拖曳即可。 ▪ 6)模块命名：先用鼠标在需要更改的名称上单击一下，然后直接更改
即可。名称在功能模块上的位置也可以变换180度，可以用Format菜 单中的Flip Name来实现，也可以直接通过鼠标进行拖曳。Hide Name可以隐藏模块名称。 ▪ 7)颜色设定：Format菜单中的Foreground Color可以改变模块的前景 颜色，Background Color可以改变模块的背景颜色；而模型窗口的颜 色可以通过Screen Color来改变。
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。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。
▪ 仿真结果保存与分析采用SCOPE模块和其 他的画图模块，在仿真进行的同时，就可 观看到仿真结果。除此之外，用户还可以 在改变参数后来迅速观看系统中发生的变 化情况。仿真的结果还可以存放到 MATLAB的工作空间里做事后处理。
Variable Transport Delay：输入信号延时一 个可变时间再输出
▪ 简单模型的建立
▪ （1）建立模型窗口
▪ （2）将功能模块由模块库窗口复制到模 型窗口
▪ （3）对模块进行连接，从而构成需要的 系统模型
▪ 模型的特点
▪ 在SIMULINK里提供了许多如Scope的接 收器模块，这使得用SIMULNK进行仿真具 有像做实验一般的图形化显示效果。
进行以下的基本操作。 ▪ 1)移动：选中模块，按住鼠标左键将其拖曳到所需的位置即可。若要脱离线
而移动，可按住shift键，再进行拖曳。 ▪ 2)复制：选中模块，然后按住鼠标右键进行拖曳即可复制同样的一个功能模
即可。名称在功能模块上的位置也可以变换180度，可以用Format菜 单中的Flip Name来实现，也可以直接通过鼠标进行拖曳。Hide Name可以隐藏模块名称。 ▪ 7)颜色设定：Format菜单中的Foreground Color可以改变模块的前景 颜色，Background Color可以改变模块的背景颜色；而模型窗口的颜 色可以通过Screen Color来改变。
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。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。
▪ 仿真结果保存与分析采用SCOPE模块和其 他的画图模块，在仿真进行的同时，就可 观看到仿真结果。除此之外，用户还可以 在改变参数后来迅速观看系统中发生的变 化情况。仿真的结果还可以存放到 MATLAB的工作空间里做事后处理。
Variable Transport Delay：输入信号延时一 个可变时间再输出
▪ 简单模型的建立
▪ （1）建立模型窗口
▪ （2）将功能模块由模块库窗口复制到模 型窗口
▪ （3）对模块进行连接，从而构成需要的 系统模型
▪ 模型的特点
▪ 在SIMULINK里提供了许多如Scope的接 收器模块，这使得用SIMULNK进行仿真具 有像做实验一般的图形化显示效果。
进行以下的基本操作。 ▪ 1)移动：选中模块，按住鼠标左键将其拖曳到所需的位置即可。若要脱离线
而移动，可按住shift键，再进行拖曳。 ▪ 2)复制：选中模块，然后按住鼠标右键进行拖曳即可复制同样的一个功能模
SIMULINK仿真基础 和程序
7.3 线性系统离散相似法仿真
仿真源程序设计 面向结构图的线性系统离散相似法仿真程序具备以下特 点： （1） 面向控制系统的动态结构图仿真。 （2） 按控制系统的环节离散相似原则建立仿真模型。 （3） 系统中各环节之间的关系由连接矩阵、输入矩阵和输 出矩阵表示。 （4） 程序中规定采用四种典型环节： H=0 积分环节； H=1 比例积分环节 H=2 惯性环节； H=3 比例惯性环节 其余环节可经过转换得到上述四种典型描述。 （7）输入各环节类型、参数、初值、连接矩阵等，可求出 特定信号作用下各环节的输出结果。 （7）采用人机对话形式输入仿真参数，容易调整参数和重 复运行。
2. 仿真步距T小于采样周期Ts
这种方式是比较常见的，当采样周期受系统环境要求设 置不变后，要提高仿真精度就缩小仿真步距，使T<Ts。 在仿真模型中，有两种工作频率，即离散部分的采样周Ts， 和连续部分的仿真步距T，为便于仿真程序的设计和实现， 通常选择Ts=NT(N为正整数)。 此类系统的仿真是分两步实现的，对离散部分用采样 周期Ts进行仿真，对连续部分用仿真步距T进行仿真。离散 部分每计算一次差分模型，其输出保持，然后对连续部分 的仿真模型计算N次，将第N次计算的结果作为连续部分该 采样周期的输出。
（1） 增加系统静差，降低定位精度
（2）在稳态值附近以某一幅度进行振荡，会产生自 振，对系统的稳定性带来不利影响。
7.7 采样系统仿真分析
在实际控制系统中，许多场合都要用到计算机作为控制装 置。这类系统事先要将被控的有关信号进行采样，通过输入 通道把模拟量变为数字量（即 A/D转换），然后将数字信号 送入计算机，计算机按给定的规律进行计算，再将计算结果 通过输出通道转化为模拟量（即D/A转换）的控制被控对象。 使被控量达到预定的控制指标要求，这类系统常称为采样控 制系统或数字控制系统。 随着计算机技术的广泛应用，采样控制系统也得到普及推 广，其控制特点为数字模拟混合系统，被控对象是时间的连 续过程，采用的控制器为离散型的数字控制器。在工程实践 中，采样控制系统的仿真具有重要意义。
SIMULINK仿真基础
SIMULINK仿真基础
基本建模方法 连续系统建模
解微分方程
SIMULINK入门
MATLAB命令窗口运行指令：
simulink
SIMULINK模块库浏览器：
Simulink Library Browser Source子库 建立一个简单的仿真系统
建立一个简单的仿真系统
点击“新建”，建立新模型tst1 用鼠标在信源模块中选取sine wave，拖曳
至tst1窗口 用鼠标在信宿模块中选取scope，拖曳至
tst1窗口 连线 启动仿真
模块的基本操作
模块的选定
选定单个和选定多个
模块的复制
复制/粘贴 Ctrl键
模块名操作
点击模块名
模块的样式
Format菜单
简单建模：
按住Ctrl
简单建模：
支持向量显示
Mux
支持标量扩展
插入模块
SIMULINK模型
外表：直观的方框图 文件：MDL文件 数学：微分方程或差分方程 行为：模拟物ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ过程的动态性状
加注释
simulink模型的一般性结构
信源
系统
信宿
数值分析：积分模块的应用
f
t
t 0
0.5tdt
t
5 0.5tdt
0t5 t5
积分模块应用：复位积分
负变正时 强迫清零
微分方程
x 0.2x 0.4x 0.2u(t)
构造微分方程求解模型
基本建模方法 连续系统建模
解微分方程
SIMULINK入门
MATLAB命令窗口运行指令：
simulink
SIMULINK模块库浏览器：
Simulink Library Browser Source子库 建立一个简单的仿真系统
建立一个简单的仿真系统
点击“新建”，建立新模型tst1 用鼠标在信源模块中选取sine wave，拖曳
至tst1窗口 用鼠标在信宿模块中选取scope，拖曳至
tst1窗口 连线 启动仿真
模块的基本操作
模块的选定
选定单个和选定多个
模块的复制
复制/粘贴 Ctrl键
模块名操作
点击模块名
模块的样式
Format菜单
简单建模：
按住Ctrl
简单建模：
支持向量显示
Mux
支持标量扩展
插入模块
SIMULINK模型
外表：直观的方框图 文件：MDL文件 数学：微分方程或差分方程 行为：模拟物ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ过程的动态性状
加注释
simulink模型的一般性结构
信源
系统
信宿
数值分析：积分模块的应用
f
t
t 0
0.5tdt
t
5 0.5tdt
0t5 t5
积分模块应用：复位积分
负变正时 强迫清零
微分方程
x 0.2x 0.4x 0.2u(t)
构造微分方程求解模型
SIMULINK仿真基础2011
• 系统（ System）：即指被研究系统的 SIMULINK 方框图； • 信宿（ Sink）：可以是示波器、图形记录仪等。
二、SIMULINK的启动
1、在MATLAB命令窗口中输入simulink
结果是在桌面上出现一个称为Simulink Library Browser的窗 口，在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称。
Ports &Subsystems（端口与子系统模块组） Signal Routing（信号通道模块组）
Sinks（信号接受模块组） Sources（信号源模块组）
1、 Continuous （连续模块组）
积分模块（Integrator）：输入信号数值积分
微分模块（Derivative）：输入信号数值微分 状态空间模块（State-Space）：线性状态空间系统模型
7、 Math Operations（数学运算模块组）（续）
• 数学函数模块（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 • 舍入取整模块（Rounding Function）：对输入数据进行 舍入操作，包括floor、ceil、round和fix • 多项式运算模块（Polynomial） • 最值运算模块（MinMax）：对输入信号取最大值和最小 值 • 三角函数模块（Trigonometric）：包括正弦、余弦、正切 等 • 正弦波模块（Sine Wave）：可设置幅值、相角和频率 • 矩阵串联模块（Matrix Concatenation）：对输入数据进 行串联，有两种方式：水平串联和竖直串联
4、Logic and Bit Operations（逻辑运算模块组）
• 逻辑运算模块（Logical Operator） • 关系运算符（Relational Operator） • 区间测试模块（Interval Test）和动态区间测试模块 （ Interval Test Dynamic）：都是判断输入是否属于某个 区间。 • 组合逻辑模块（Combinatorial Logic）、较零模块 （ Compare to Zero)、比较常数模块（ Compare to Constant） • 二进制置1模块（Bit Set）;二进制清零模块（Bit Clear） • 二进制逻辑运算（Bitwise Operator）:将输入的二进制与 给定的二进制数的对应位置进行逻辑运算 • 移位运算（Shift Arithmetic） • 二进制数截取模块（Extract Bits） • 检测减小模块（Detect Decrease）、检测增加模块 （ Detect Increase ）、检测变化模块（Detect Change）
二、SIMULINK的启动
1、在MATLAB命令窗口中输入simulink
结果是在桌面上出现一个称为Simulink Library Browser的窗 口，在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称。
Ports &Subsystems（端口与子系统模块组） Signal Routing（信号通道模块组）
Sinks（信号接受模块组） Sources（信号源模块组）
1、 Continuous （连续模块组）
积分模块（Integrator）：输入信号数值积分
微分模块（Derivative）：输入信号数值微分 状态空间模块（State-Space）：线性状态空间系统模型
7、 Math Operations（数学运算模块组）（续）
• 数学函数模块（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 • 舍入取整模块（Rounding Function）：对输入数据进行 舍入操作，包括floor、ceil、round和fix • 多项式运算模块（Polynomial） • 最值运算模块（MinMax）：对输入信号取最大值和最小 值 • 三角函数模块（Trigonometric）：包括正弦、余弦、正切 等 • 正弦波模块（Sine Wave）：可设置幅值、相角和频率 • 矩阵串联模块（Matrix Concatenation）：对输入数据进 行串联，有两种方式：水平串联和竖直串联
4、Logic and Bit Operations（逻辑运算模块组）
• 逻辑运算模块（Logical Operator） • 关系运算符（Relational Operator） • 区间测试模块（Interval Test）和动态区间测试模块 （ Interval Test Dynamic）：都是判断输入是否属于某个 区间。 • 组合逻辑模块（Combinatorial Logic）、较零模块 （ Compare to Zero)、比较常数模块（ Compare to Constant） • 二进制置1模块（Bit Set）;二进制清零模块（Bit Clear） • 二进制逻辑运算（Bitwise Operator）:将输入的二进制与 给定的二进制数的对应位置进行逻辑运算 • 移位运算（Shift Arithmetic） • 二进制数截取模块（Extract Bits） • 检测减小模块（Detect Decrease）、检测增加模块 （ Detect Increase ）、检测变化模块（Detect Change）
第5章 Simulink仿真应用
突加负载抗扰特性
电网电压突减抗扰性能(a) 电网电压突减抗扰性能 整流装置输出
电网电压突减抗扰性能(b) 电网电压突减抗扰性能 电动机端电压
1.4 双闭环V-M调速系统的动态分析 双闭环V
(3)存在问题分析 (3)存在问题分析 •仿真结果与理论设计具有一定的差距； 仿真结果与理论设计具有一定的差距； 仿真结果与理论设计具有一定的差距 •系统还未调到最佳状态； 系统还未调到最佳状态； 系统还未调到最佳状态 •在实际装置上应用，与理论设计的分析相差很大； 在实际装置上应用，与理论设计的分析相差很大； 在实际装置上应用
谢谢！ 谢谢！
具有积分控制作用的系统结构
β
Ui -
Id R
U*
n
+
ASR U*i
+
ACR U UPE Ud0 + - E c
n 1/Ce
Ks
- Un
α
双闭环直流调速系统的稳态结构图 转速反馈系数; α—转速反馈系数 β —电流反馈系数 转速反馈系数 电流反馈系数
U*n
+
Un
-
WASR(s)
+
U*i Ui
WACR(s) Uc
ASR输出特性 输出特性
ACR输出特性 输出特性
电流特性
1.4 双闭环V-M调速系统的动态分析 双闭环V
(2)抗扰性能分析 (2)抗扰性能分析 选取Start time=0.0，Stop time=5.0，仿真时间从 到 选取 ， ，仿真时间从0s到 5.0s。扰动加入的时间均为 。扰动加入的时间均为3.5s。 。 一般情况下，双闭环调速系统的干扰主要是负载突变与 一般情况下， 电网电压波动两种。突加负载扰动绘出了该系统电动机转 电网电压波动两种。突加负载扰动绘出了该系统电动机转 速在突加负载（ 速在突加负载（∆I=12A）情况下电动机电流 与输出转速 ）情况下电动机电流Id与输出转速 n的关系；电网电压突减（∆U=100V）情况下晶闸管触发整 的关系； 的关系 电网电压突减（ ） 流装置输出电压Ud0、电动机两端电压Ud，与输出转速n的 流装置输出电压 、电动机两端电压 ，与输出转速 的 关系。 关系。
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6,Signal&Systems(信号和系统模块) sigsys.mdl
In1:输入端. Out1:输出端. 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. 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. SubSystem:建立新的封装(Mask)功能模块
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
1,连续模块(Continuous) continuous.mdl Integrator:输入信号积分 Derivative:输入信号微分 State-Space:线性状态空间系统模型 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:输入信号延时一个固定时间再输出 Variable Transport Delay:输入信号延时一个可变时间再输出
CH5,SIMULINK仿真基础
在工程实际中,控制系统的结构往往很复杂,如果不借助专 用的系统建模软件,则很难准确地把一个控制系统的复杂模 型输入计算机,对其进行进一步的分析与仿真. 1990年,Math Works软件公司为MATLAB提供了新的控制 系统模型图输入与仿真工具,并命名为SIMULAB,该工具 很快就在控制工程界获得了广泛的认可,使得仿真软件进入 了模型化图形组态阶段.但因其名字与当时比较著名的软件 SIMULA类似,所以1992年正式将该软件更名为SIMULINK. SIMULINK的出现,给控制系统分析与设计带来了福音.顾 名思义,该软件的名称表明了该系统的两个主要功能: Simu(仿真)和Link(连接),即该软件可以利用鼠标在模 型窗口上绘制出所需要的控制系统模型,然后利用 SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真和分析.
二,SIMULINK的启动
1,在MATLAB命令窗口中输入simulink 结果是在桌面上出现一个称为Simulink Library Browser的窗口, 在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称. 当然用户也可以通过MATLAB主窗口的快捷按钮来打开 Simulink Library Browser窗口. 2,在MATLAB命令窗口中输入simulink3 结果是在桌面上出现一个用图标形式显示的Library :simulink3的 Simulink模块库窗口.
四,SIMULINK简单模型的建立及模型特点
1,简单模型的建立 (1)建立模型窗口 (2)将功能模块由模块库窗口复制到模型窗口 (3)对模块进行连接,从而构成需要的系统模型 2,模型的特点 在SIMULINK里提供了许多如Scope的接收器模块,这使得用 SIMULNK进行仿真具有像做实验一般的图形化显示效果. SIMULINK的模型具有层次性,通过底层子系统可以构建上层 母系统. SIMULINK提供了对子系统进行封装的功能,用户可以自定义 子系统的图标和设置参数对话框.
例exp5_2.mdl
exp5_3.mdl
第三节 SIMULINK线的处理
exp5_4.mdl
ห้องสมุดไป่ตู้
SIMULINK模型的构建是通过用线将各种功能模块进行连接而构成的. 用鼠标可以在功能模块的输入与输出端之间直接连线.所画的线可以 改变粗细,设定标签,也可以把线折弯,分支.
改变粗细:线所以有粗细是因为线引出的信号可以是标量信号或向量信 号,当选中Format菜单下的Wide Vector Lines时,线的粗细会根据线所 引出的信号是标量还是向量而改变,如果信号为标量则为细线,若为向 量则为粗线.选中Vector Line Widths则可以显示出向量引出线的宽度, 即向量信号由多少个单一信号合成. 设定标签:只要在线上双击鼠标,即可输入该线的说明标签.也可以通 过选中线,然后打开Edit菜单下的Signal Properties进行设定,其中signal name属性的作用是标明信号的名称,设置这个名称反映在模型上的直 接效果就是与该信号有关的端口相连的所有直线附近都会出现写有信号 名称的标签. 线的折弯:按住Shift键,再用鼠标在要折弯的线处单击一下,就会出现 圆圈,表示折点,利用折点就可以改变线的形状. 线的分支:按住鼠标右键,在需要分支的地方拉出即可以.或者按住 Ctrl键,并在要建立分支的地方用鼠标拉出即可.
3, Function&Tables(函数和平台模块) function.mdl
Fcn:用自定义的函数(表达式)进行运算 MATLAB Fcn:利用matlab的现有函数进行运算 S-Function:调用自编的S函数的程序进行运算 Look-Up Table:建立输入信号的查询表(线性峰值匹配) Table Look-Up Table(2-D):建立两个输入信号的查询表(线性峰值匹配)
8) 参数设定:用鼠标双击模块,就可以进入模块的参数设定窗口,从而 对模块进行参数设定.参数设定窗口包含了该模块的基本功能帮助, 为获得更详尽的帮助,可以点击其上的help按钮.通过对模块的参数 设定,就可以获得需要的功能模块. 9) 属性设定:选中模块,打开Edit菜单的Block Properties可以对模块进 行属性设定.包括Description属性, Priority优先级属性,Tag属性, Open function属性,Attributes format string属性.其中Open function属 性是一个很有用的属性,通过它指定一个函数名,则当该模块被双击 之后,Simulink就会调用该函数执行,这种函数在MATLAB中称为回 调函数. 10) 模块的输入输出信号:模块处理的信号包括标量信号和向量信号;标 量信号是一种单一信号,而向量信号为一种复合信号,是多个信号的 集合,它对应着系统中几条连线的合成.缺省情况下,大多数模块的 输出都为标量信号,对于输入信号,模块都具有一种"智能"的识别 功能,能自动进行匹配.某些模块通过对参数的设定,可以使模块输 出向量信号.
两种模块库窗口界面只是不同的显示形式,用户可以根 据各人喜好进行选用,一般说来第二种窗口直观,形象, 易于初学者,但使用时会打开太多的子窗口.
三,SIMULINK的模块库介绍
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(接收器模块) Sources(输入源模块)
2,离散模块(Discrete) discrete.mdl Discrete-time Integrator:离散时间积分器 Discrete Filter:IIR与FIR滤波器 Discrete State-Space:离散状态空间系统模型 Discrete Transfer-Fcn:离散传递函数模型 Discrete Zero-Pole:以零极点表示的离散传递函数模型 First-Order Hold:一阶采样和保持器 Zero-Order Hold:零阶采样和保持器 Unit Delay:一个采样周期的延时
exp5_1.mdl
第二节 SIMULINK功能模块的处理
功能模块的基本操作,包括模块的移动,复制,删除,转向,改变大 小,模块命名,颜色设定,参数设定,属性设定,模块输入输出信号 等. 模块库中的模块可以直接用鼠标进行拖曳(选中模块,按住鼠标左 键不放)而放到模型窗口中进行处理. 在模型窗口中,选中模块,则其4个角会出现黑色标记.此时可以对 模块进行以下的基本操作. 1) 移动:选中模块,按住鼠标左键将其拖曳到所需的位置即可.若要 脱离线而移动,可按住shift键,再进行拖曳. 2) 复制:选中模块,然后按住鼠标右键进行拖曳即可复制同样的一个 功能模块. 3) 删除:选中模块,按Delete键即可.若要删除多个模块,可以同时 按住Shift键,再用鼠标选中多个模块,按Delete键即可.也可以用鼠 标选取某区域,再按Delete键就可以把该区域中的所有模块和线等 全部删除.
4) 转向:为了能够顺序连接功能模块的输入和输出端,功能模块有时 需要转向.在菜单Format中选择Flip Block旋转180度,选择Rotate Block顺时针旋转90度.或者直接按Ctrl+F键执行Flip Block,按 Ctrl+R键执行Rotate Block. 5) 改变大小:选中模块,对模块出现的4个黑色标记进行拖曳即可. 6) 模块命名:先用鼠标在需要更改的名称上单击一下,然后直接更改 即可.名称在功能模块上的位置也可以变换180度,可以用Format菜 单中的Flip Name来实现,也可以直接通过鼠标进行拖曳.Hide Name可以隐藏模块名称. 7) 颜色设定: Format菜单中的Foreground Color可以改变模块的前景颜 色,Background Color可以改变模块的背景颜色;而模型窗口的颜色 可以通过Screen Color来改变.
第一节 SIMULINK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,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. 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 里),MATLAB5.3里的版本为3.0版,它们的变化不大.