simulink模块库介绍

图 17
连续模块组

传递函数模块

状态方程模块 零极点增益模块 微分器、积分器、延迟、PID控制器


图18所示为弹簧—质量—阻尼器系统。图中，小车所 受外力为F，小车位移为x。设小车质量为m=1，弹簧 弹性系数k=3，阻尼系数f=4。设系统的初始状态设为 静止平衡点 x(0) x(0) 0 外力函数为幅值等于1的阶跃 量，仿真此小车的运动。
图2
图3
图4
图5
图6
2、信号合成与信号分离模块
mux和demux功能与总线信号生成和总线信号选 择模块近似。但是mux与demux是对所有信号进行合 成与分离的。 双击mux模块，在参数对话框将number of inputs 参数改为3。同样设置demux，将number of outputs 参数改为3。仿真结果如图8所示。
1、总线信号生成与总线信号选择模块
Bus creator用于将多个信号合成为一个总线信号； Bus selector选择总线信号的一个或多个。 如图2所示，有三种输入信号：正弦、阶跃、脉冲。 为便于观察，设置阶跃信号阶跃时间为1.2s，初始值 为0，终止值为0.5（如图3所示）。Bus creator输入 信号改为3（图4）。Bus selector选择信号1和3（图 5）。双击scope模块，再单击Parameters参数，将坐 标数改为2。最终运行效果如图6所示。
图 13
例：此系统可用如下方程表示
y 2 * u y 10 * u if t 5 if t 5
系统的输出只与当前的输入值有关，而且 随着仿真时间的继续在两个不同的代数方程之 间切换。
利用 Math 库中的 模块表示代数关系 和逻辑关系
利用 Signal Routing 库 中的开关和限幅模块实 现开关和限幅动作
u(t) x’’ x’ x
图 19
小车位移随时间的变化
图 20
解法2： 利用传递函数
图 14
图 15
这里使用Signal Routing模块库中的Switch模块 实现切换功能。Switch模块有三个输入端口，它根据 第二个输入端口(中间的输入)的值来判断输出第一个 输入端口(最上面的端口)或第三个输入端口(最下面的 端口)的值，因此，第一个输入和第三个输入被称为数 据输入，而第二个输入则被称为控制输入。图16是 Switch模块的参数对话框。
图 16
8、增益、输入、输出及终端模块
G号的输入接口； out1（输 出）在建子系统时作为信号的输出接口；终端 (Terminator)可用来连接没有与其它模块连接的 输出端口。
6.2连续系统模块库
严格说来，一个具体的物理系统通常都是非线性 系统，而且是以分布参数的形式存在的，但是由这样 的非线性系统建立的数学模型，在需要求解非线性方 程和偏微分方程时，是非常困难的。因此，在误差允 许的范围内，可以将非线性模型线性化，或者直接用 线性集总参数模型描述物理系统。 Simulink中的Continuous模块库提供了适用于建 立线性连续系统的模块，包括积分器模块、传递函数 模块、状态空间模块和零-极点模块等，这些模块为用 户以不同形式建立线性连续系统模型提供了方便，如 图17所示。
4、积分模块
Integrator模块为连续时间积分单元。双击图9中 该模块，在initial condition可设置积分其初始值，在 limit output可设置输出最大和最小值。仿真运行结果 如图10所示。
图9
图 10
5、离散时间积分模块
Discrete time integrator（离散时间积分），可完 成离散系统积分作用。如图11所示，双击离散积分模 块，设置gainvalue（积分增益值），改变积分速度。 在sample time文本框可设置离散积分采样时间，如设 置为-1，表示与输入信号采样时间一致。在limit output可设置积分输出上下限。在图11中设置 Discrete time integrator1模块增益值为2，采样时间为 0.5,仿真结果如图12所示。
f m k
图 18
x F
解法1： 构建常微分方程
根据牛顿运动定律，得到小车的运动方程 kx fx mx F 将相关参数代入上式得 x 4 x 3x F 将上述微分方程改写为
x u(t ) 4 x 3x
式中 u (t ) F
利用积分模块构建simulink模块
图 11
图 12
6、乘法与加法模块
product乘法器模块用以求输入信号的乘积, 双击模块可设置端口数。Sum模块用来求输入 信号的加、减。在list of signs可设置加减法符 号。在Icon shape列表可修改其外形。
7、关系操作及逻辑操作模块
Relation operator关系操作模块可用来比 较两个输入信号的大小关系。Logic operator逻 辑操作模块可用来求两输入变量的逻辑操作。
图7
图8
3、数据类型转换模块
Data type conversion 可将输入数据类型转换为 指定输出类型。具体选择有：inherit（与输入数据保 持一致）、double、single、int8等。同时可以选择取 整方向。Zero:向零取整；nearest：向最接近整数取 整；floor:向负无穷取整；ceiling:向正无穷取整。
6.1常用模块库
初学simulink，常用模块 （commonly used blocks）使用最为频繁。 在Simulink浏览器中， 单击左侧“commonly used blocks”节点，可打 开常用模块库。
图 1 常用模块库
常用模块库包括：Bus creator（总线信号产生 器）,commonly bus selector（常用总线信号选择 器）,constant（常数模块）,data type conversation （数据类型转换）,demux（信号分离器）,mux（信号 合成器）,gain（增益）等。