第7章：Simulink基础

波形幅值 偏置
角频率
初始相位
每点采样时间
Sample time=-1, 则该模块继承前面 的信号
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二、信宿模型库Sinks1
Out输出端 Scope示波器 XY GraphXY关系图 Display实时数值显示 To Workspace输出到工作空间
Terminate通用终端，用于端口无输出时，避 免系统提示错误信息
Scope2 si mout1
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T o Workspace1
第4节 仿真计算与分析方法
一、连续系统建模
1、用积分模块创建求解微分方程的模型
【例9-1】使用Simulink的积分模块求解二阶微分方程： x’’+0.2x’+0.4x =0.2u(t) ，u (t) 是单位阶跃函数
系统状态数3
1 2
In1 s2+s+1
Transfer Fcn
2 Out2
1 Out1
2
输出端口数2
输入端口数1
s+1 Transfer Fcn1
[A B C D安]庆=师li范n学m院物o理d与电(‘气l工m程学o院d’)
推导 对于一线性系统:输入参数向量um,状态参数向量xn ; 输出参数向量yk。状态方程A,B,C和D表示:
仿真输出变量 记录最后的指定数据长度
保存频度:每隔多少 点保存一次
数据记录格式：
structure with time; structure; array
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2、输出信号的观察
输出到显示模块
示波器：scope
XY图形：XY Graph
Cl o ck Sine Wave
0.2u(t)
输出范0.2围限制
u(t) Gain
阶跃信号
外部复位设置
x''
1 x'
1x
s
s
Integrator Integrator1
Scope
初矩始形条加件法来器 源
0.2x'
初始条0.2件
常数增益 输出上Gai限n2
0.输4x 出下限
0.4
单端输入示波器 积分器
Clock
simy
To Workspace
算速度 Zero-pole零极点 State-Space状态方程 Transfer Fcn传递函数 Transfer Delay传输延时 Transfer Fcn可变传输延时
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四、离散系统模块库Discrete Zero-Order Hold零阶保持器,保持sample time Unit Delay 单位延迟采样保持 Discrete-Time integerator离散时间积分器 Discrete State-Space离散状态方程 Discrete Transfer Fcn离散传递函数 Discrete Zero-Pole离散零极点
Trigonometric Function 三角函数
Abs 求绝对值 安庆师范学院物理与电气工程学院
六、信号与系统模块库Signal &Systems
Mux 多路复合器 Demux多路分离器 Data type conversion 数据类型转换
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第3节 Simulink建模
在启动Simulink模块库浏览器后再单击其工具栏 中的Create a new model命令按钮，会弹出模型 编辑窗口。利用模型编辑窗口，可以通过鼠标的 拖放操作创建一个模型。
三、Simulink帮助
右键单击模块，选择help
菜单\DEMOS\双击子项，打开示范模块
四、退出 Simulink
第七章 Simulink基础
Simulink是实现动态系统建模和仿真的集成环境,可以 实现数字信号仿真、自动控制仿真等
第1节 Simulink初步
一、 Simulink简介
Simulink提供了图形化用户界面，可以轻易地完成 模型的创建、调试和仿真工作。它提供了大量的系 统模块，包括了信号、运算、显示和系统等方面的 功能。
示波器
常数增益
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5 Gai n
Scope Scope1
Biblioteka Baidu
二、模块的修饰
1、模块阴影
fomat →show drop shadow
2、模块颜色
前景 fomat →foreground color 背景 fomat →background color 屏幕颜色 fomat →screen color
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五、数学运算模块库Math
Sum 求和
Rounding function取整
Combinatorial Logic 逻辑真值表
Logical Operator 逻辑算子
Relational Operator 关系算子
Gain 常数增益
Slider Gain 可变增益
Sign 符号函数
取值频度
采样间隔,-1为继 承前面信号频率
输出变量类型
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坐标轴数 时间范围
采样和显示频度
采样和显示频度： 当为0时，则采用系 统默认频率
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数据记录长度
输出到工作空间变量 变量名
数据记录类型
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3、一般性分析
[A B C D]= linmod（‘模型名称’） 获取非线性系统的近似线性模型 【例9-3】对于下面的模型lmod，使用Simulink解获取 线性系统的状态空间矩阵
对于A、B、C和D由右 式计算所得：
输入端口:1 输出端口:2 系统状态:3
输入端口数:m 系统状态数:n 输出端口数:k 安庆师范学院物理与电气工程学院
下面是lmod模型的用传递函数之前的原始模型lmod_intializtion
1
1 In1
x1'
1
s
x2' 1 x2 s
Integrator Integrator1
容差
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二、Simulink仿真结果分析
1、仿真参数的认识与设置 解算器设置
solver
通信仿真时应设 为离散参数
仿真终止时间
解算器参数 设置：根据 具体对象设 置，主要分 为变步长和 定步长
两种容差
每步长采样数
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输入、输出参数
输入设置
输出时间变量设置
2 Gain
x3' 1 s
x3 2
Out1 2
Integrator3 Gain2
Out2
2
输出端口数2
Gain1
由状态方程A、B、C和D ，可得微分方程如下
输入端口数1 系统状态数3
【例9-4】使用ss（state-space）函数将状态空间矩 阵形式化,转化为LTI对象(LTI:linear time-invariant线 性时不变系统)
状态输出Gain1
容差设置
输出带时间的模
型输出
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2、用传递函数求微分方程
【例9-2】使用Simulink的传递函数模块求解二阶微分方程： x’’+0.2x’+0.4x=0.2u (t) ，u (t) 是单位阶跃函数 思路:对微分方程作laplace变换，移项整理后求得传递函数， 利用连续系统模块库中的传递函数模块Transfer Fcn ，解 微分方程。
Simulink操作框图
模型
建构
+
模型的分析
显示
和
定义
修正
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2
二、运行 Simulink
在MATLAB的命令窗口输入simulink或单击MATLAB 主窗口工具栏上的Simulink命令按钮即可启动 Simulink。Simulink启动后会显示Simulink模块 库浏览器(Simulink Library Browser)窗口。
思路:利用连续系统模块库中的积分器Integrator，解 微分方程。
改写微分方程，使最高阶微分在等式移至左端
x’’ =0.2u(t) -0.2x’-0.4x
建模仿真：阶跃信号Step ，求和sum,常数增 益gain,积分器,示波器scope，工作空间模块To workspace等安庆师范学院物理与电气工程学院
模块连接：输出处至输入处,十字形状为连线状态 连接分支线：鼠标右键拖动；或用Ctrl+左键 斜线连接：Shift+左键 连线标识：双击鼠标左键添加或修改 信号线宽度显示：fomat →wide vectorlines 信号线频率颜色：fomat →sample time color
关闭所有模型编辑安窗庆师口范学和院物理S与i电m气u工l程i学n院k模块库浏览器窗口
第2节 Simulink 的基本模块 Simulink有大量的模块，可以在Simulink Library Brow左侧窗口的选定模块单击右键，打开 对应选项的子模型，也可以直接在右侧窗口选择子 模型。
一、信号源模型库Source
作laplace变换
移项整理
建模仿真： 阶跃信号Step ，示波器scope，传递函数模 块Transfer Fcn等
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u(t)
阶跃信号
0.2 s2+0.2s+0.4 Transfer Fcn
阶跃时间 传递函数 阶跃初始值
阶跃终值
Scope
示波器 传递函数分子式 传递函数分母式
3、改变模块名的显示位置 对称位置对调：fomat →flip name 隐藏模块名： fomat →hide name
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4、模块修饰简 例
Random Nu m b e r
Scope1 si mout
T o Workspace
Signal Generator
1 s+1 T ransfer Fcn
黑色表示连续信号线，其他颜色依次表示离散信号 的采样频率高低
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3、简单模型举例
信号发生器生成 幅值值为1，频 率为0.2Hz的正弦 信号，信号分两 路，一路去示波 器，另一路放大 5倍后送至另一 个示波器。
正弦波形 信号幅值 信号频率
频率单位
Si gnal Generator
XY Graph
数字显示：display 可以单行或多行显示
[3x2] Constant
1
2
3
4
5
6
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Di sp l a y
仿真结果存储到工作空间
仿真参数设置:Simulink parametre
To workspace模块
示波器
输出变量名
取结束时刻以前 指定数据长度
17种信号源模块，有各种信号输入方法 In1输入端 Constant常量 Pulse脉冲发生器
Sine正弦波 Step阶跃信号 Clock当前时间
Signal generator信号发生器
From Workspace 从工作空间读取数据
Random Number随机信号
Uniform Random Number均匀随机信号 Band_Limited Ran安d庆o师m范学N院u物m理b与e电r气带工程限学院白噪声
一、模块的创建与操作
1、创建模块
浏览列表中选择模块→左键拖至模块窗口适当位置→ 双击模块设置参数→ 双击模块名修改模块名→ …
2、模块操作 模块选择：单击 模块移动：选择并拖动 模块缩放：拖动四个标记点 复制模块：copy → paste
模块旋转：format → rotate block顺时针900 /次 模块翻转：f安o庆r师m范a学t院→物理与fl电ip气工b程lo学c院k顺时针1800 /次
Simulink模块分层树形排列，便于用户查找、使用 Simulink内置的分析工具：仿真算法、系统线性化、
寻求平衡点等。
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Simulink仿真结果可以显示也可以保存。
Simulink可以仿真线性或非线性系统；能创建连 续时间、离散时间或者混合的系统。
Simulink支持多采样频率系统，即可以以不同的 采样频率进行组合，可以仿真较大的复杂系统
Stop Simulation输入非0时停止仿真,一般情 况下接关系算子模块
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浮动示波器
选择信 号来源
自动满刻度显示 坐标轴 1
缩放按钮
坐标轴 2
属性设置
坐标轴 3 安庆师范学院物理与电气工程学院
三、连续系统模块库Continuous
Integrator积分器
Derivative微分器 Memory延时输出，用以切断代数环，提高计
基于采样点(sample based),且采样时间基于时间(time based),且采 sample time=n时,该信号为离散信号:周样时间sample time=0为连续 期=sample time*sample per period 信号
离散信号时,为sample per period,每个周期 的采样点