第五讲 基于MATLAB-Simulink的建模与仿真

有三个或更多选择时的IF-ELSE-END结构的形式：
if expression1 commands evaluated-if expression1 is True elseif expression2 commands evaluated-if expression2 is True elseif expression3 commands evaluated-if expression3 is True elseif
Zero-Order Hold：零阶采样保持器 Unit Delay：一个采样周期的延时 Discrete-time Integrator：离散时间积分器 Discrete State-Space：离散状态空间系统模型 Discrete Filter：离散滤波器 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：一阶采样保持器
MATLAB软件简介？
MATLAB是一门计算机编程语言，是一种科学计算 软件，取名来源于Matrix Laboratory，本意是专门以矩 阵的方式来处理计算机数据 .MATLAB将高性能的数值计 算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，被广 泛应用在科学计算，信息处理，控制系统等领域的分析， 仿真和设计工作。
说明：控制表达式的值未必是一个标量值， 矩阵值也同样有效。在矩阵情况下，所得到 矩阵的所有元素必须都为真。具体示例： num=0;EPS=1; while(1+EPS)>1 EPS=EPS/2; num=num+1; end 这段MATLAB代码最后在num=53时停止。
MATLAB软件简介？
✓ Look-up Table（查表模块） User-defined function(用户定义函数模块)
Look-Up Table：建立输入信号的查询表 （线性峰值匹配） Look-Up Table(2-D)：建立两个输入信号的 查询表（线性峰值匹配） Fcn：用户自定义的函数（表达式） MATLAB Fcn：利用MATLAB的现有函数 S-Function：调用自编的S函数的程序
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
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）
IF-ELSE-END结构提供有条件地执行一些特定的 命令序列的方式。最简单的IF-ELSE-END结构是： if expression（条件控制表达式） {commands} end 如果在条件控制表达式（expression）中的所有元 素为真（非零），那么就执行if和end语句之间的 命令串({commands})。在表达式包含有几个逻辑 表达式时，即使前一个表达式决定了表达式的最 后逻辑状态，仍要计算所有的子表达式。
设系统方程
•
y y2 0 ，y(0)=1
试用Euler法求其数值解（取步长h=0.1，0≤t≤1） 试编写matlab程序求其数值解。
Euler迭代公式：yn+1=yn-0.1yn2
MATLAB仿真举例
Euler迭代公式：yn+1=yn-0.1yn2 ，y(0)=1 （取步长h=0.1，0≤t≤1）
说明：在for和end语句之间的命令串 {commands}按矩阵(array)中的每一列执行一次。 在每一次迭代中，n被指定为循环控制量的范围 内的下一列。例如：
for n=1:10
x(n)=sin(n*pi/10);
end 这个循环体的作用是：对n等于1到10，求所有 语句的值，直到下一个end语句。第1次通过For 循环n=1，第2次，n=2，如此继续，直到n=10。 在n=10以后，For循环结束，然后求end语句后 面的任何命令值
MATLAB软件简介？
break是一种特殊的控制结构，基本作用是无 条件跳出临近的循环体，即结束For循环和 While循环的执行。
MATLAB软件简介？
学习和使用常用软 7000
件MATLAB的一些 6000
基本语句和功能来 5000
验证或观察函数的 4000
3000
变化，实现函数的 2000
计算机仿真技术
主讲教师：张春燕 xiangyutianji@163.com
课件制作者：张春燕
第五讲 基于MATLAB/Simulink 的建模与仿真
MATLAB软件简介 MATLAB仿真实例 什么是Simulink？ Simulink模块库简介 Simulink模型的建立方法 Simulink建模与仿真举例 小结
MATLAB软件简介？
✓clear删除工作空间中的所有变量！系统不会要求你确认
这个命令。所有变量都被清除且不能再恢复。
✓对于简单的问题，在MATLAB提示符下输入命令是快速有
效的。然而当命令数增加或希望改变一个或几个变量的值， 然后重新执行一系列命令时，在MATLAB提示符处键入命令 就非常麻烦了。对这个问题MATLAB提供了一种逻辑解决方 案。它允许用户把MATLAB命令放在一个简单的文本文件中， 然后告诉MATLAB打开文件并执行命令，如同在MATLAB提 示符处键入ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ令一样。这些文件被称为脚本文件或简单地称 为M文件。M文件是指脚本文件以扩展名.m结尾。
MATLAB仿真举例
Euler迭代公式：yn+1=yn-0.1yn2
，y(0)=1 （取步长h=0.1，0≤t≤1）
t=[0:0.1:1]’; length=size(t,1); y=zeros(size(t)); y(1)=1; for n=1:1:length-1 y(n+1)=y(n)-0.1*y(n)^2 end plot(t,y)
可视化计算
1000
0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19
StockQuantity SellQuantity
MATLAB仿真举例
设系统方程
•
y y2 0 ，y(0)=1
试用Euler法求其数值解（取步长h=0.1，0≤t≤1） 试编写matlab程序求其数值解。
MATLAB仿真举例
Simulink一个很大的优点是为用户省去了许多重复的代码 编写工作。 Simulink 支持线性，非线性系统，连续系统，离 散系统，或者混合系统的建模与仿真。同时它也支持具有不同 部分拥有不同采样率的多种采样速度的系统仿真。
Simulink的启动方式有两种： (1) 在工具栏点击Simulink图标； (2)在Command Window中输入：>> Simulink
✓ Math operations（数学模块）
Sum：加减运算 Product：模块输入的乘除运算 Dot Product：点乘运算 Gain：比例运算 Math Function：包括指数函数、 对数函数、求平方等常用数学函数 Trigonometric Function：三角函数， 包括正弦、余弦、正切等 MinMax：最小值或最大值运算
Abs：取绝对值 Sign：给出符号函数 Rounding Function 圆整函数 Combinatorial Logic：建立真值表 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 Complex to Real-Imag： 由复数输入转为实部和虚部输出 Magnitude-Angle to Complex： 由幅值和相角输入合成复数输出 Real-Imag to Complex： 由实部和虚部输入合成复数输出
MATLAB的功能包括：数值分析，数值和符号计算， 工程和科学绘图，通讯和控制系统的设计与仿真，数字图 像与信号处理，财务与金融工程等。
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）
✓ Discontinuous（非线性模块)
Rate Limit: 变化速率限制 Saturation：饱和输出， 让输出超过某一值时能够饱和。 Quantizer：离散化 Blacklash：滞环或间隙 Dead Zone：死区 Relay：滞环继电器 Switch:切换开关 Manual Switch：手动选择开关 Coulomb & Viscous Friction 库仑和粘滞摩擦
Simulink模块库简介
Simulink模块库简介
SIMILINK模块库按功能进行分类：连续 模块、离散模块、查表模块、数学模块、非线 性模块、信号通路模块、接收器模块、输入源 模块、其他常用方块组及工具箱、特别模块。
✓ 连续模块（Continuous）
Derivative：输入信号微分 Integrator：积分器 State-Space：线性状态空间系统
MATLAB软件简介？
MATLAB提供三种控制流结构 的语句：
➢For-end循环 ➢While-end循环 ➢If-Else-End结构
MATLAB软件简介？
For-end循环的基本作用是以固定的和预定的次 数重复一组特定的命令。一般形式是：
for n=循环控制量的范围 {commands} end
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}）。
else commands evaluatedif on other expression is True end
最后这种有三个以上选择的IF-ELSE-END形式， 依次检查各表达式，只执行第一个表达式为真的 命令串，接下来的关系表达式不检验，跳过其余
的IF-ELSE-END结构。最后的else命令可有可无。
MATLAB仿真举例 运行结果：
y=
1.0000 0.9000 0.8190 0.7519 0.6954 0.6470 0.6052 0.5685 0.5362 0.5075 0.4817
作业
设系统方程
•
y
y2
0
，y(0)=1
试用二阶龙格库塔法求其数值解（取步长h=0.1，0≤t≤1）
试编写matlab程序求其数值解。
一般的有两个选择的IF-ELSE-END结构是： if expression（条件控制表达式） commands evaluated if True else commands evaluated if True end 在这里，如果条件控制表达式（expression） 为真，则执行第1组命令；如果表达式是假， 则执行第2组命令。
二阶龙格库塔法迭代公式：
请在第二次实验时 上机验证结果。
ym1
ym K1
h 2
(K1
f (tm , ym )
K2)
K2 f (tm h, ym K1h)
什么是Simulink？
Simulink是MATLAB提供的实现动态系统建模和仿真的 一个软件包，它让用户把精力从编程转向模型的构造。