第08讲 simulink基本操作及模块的构造
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* View 查看菜单 Toolbar 显示/关闭工具条开关 Status bar 显示/关闭状态条开关 Description 显示/关闭描述窗口开关 Stay on top 位于上层 Collapse entire browser 压缩整个树状结构 Expand entire browser 展开整个树状结构 Large icons 大图标 Small icons 小图标 Show parameters for selected block 显示所选模块参数
* Help 帮助菜单
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四、Simulink模块集
Simulink标准模块库按功能进行分类，包括以下子库： Continuous（连续系统模块库） Discontinuities （非连续系统模块库） Discrete（离散系统模块库） Lookup Tables(查表模块库) Math operations（数学运算模块库） Model verification(模型检测模块库） Model-Wide Utilities（模型扩展功能模块库） Ports&subsystems（端口与子系统模块库） Signal attributes(信号属性模块库) Signal routing(信号路由模块库) Sinks（接收模块库） Sources（信号源模块库） User-Defined Functions(用户自定义函数模块库)
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6.1 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 的基本系统模块，用户只需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。
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Goto Tag Visibility：Goto 模块标记控制器 Manual Switch：双输出选择器（手动） Merge：合并输入信号为一个输出 Multiport Switch：多端口输出选择器 Mux：信号组合器 Selector：选择或重组信号 Switch：三路选择器（根据输入2控制输出）
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Slider Gain：渐变增益 Sum：加减运算 Trigonometric Function：三角函数，包括正弦、余弦、正切等 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
Hale Waihona Puke Baidu
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4、 Math Operations（数学运算模块库） Abs：取绝对值 Algebraic Constraint：输出强制系统输入为零的代数状态 Assignment：对信号进行分配 Bitwise Logical Operator：按位逻辑运算 Combinatorial Logic：逻辑真值查找 Complex to Magnitude-Angle：输出输入复数的幅值与相位 Complex to Real-Imag：输出系统输入的实部或虚部 Dot Product：点乘运算 Gain：比例运算（信号增益） Logical Operator：信号逻辑运算 Magnitude-Angle to Complex：幅值与相位转化为复数形式
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Math Function：特定的一些数学函数，包括指数函数、 对数函数、求平方、开根号等常用 数学函数 Matrix Concatenation：矩阵串联器 Matrix Gain：矩阵增益 MinMax：最值运算 Polynomial：多项式求值 Product ：乘运算 Real-Imag to Complex：从输入实部与虚部构造复数 Relational Operator：关系运算器 Reshape：信号维数改变器 Rounding Function：求整运算 Sign：符号函数
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Simulink标准模块库模块功能介绍
1、 Continuous（连续系统模块库） Derivative：输入信号微分 Integrator：输入信号积分 State-Space：线性状态空间模型 Transfer-Fcn：线性传递函数模型 Transport Delay：输入信号延时一个固定时间再输出 Variable Transport Delay：可变传输延迟模块 Zero-Pole：以零极点表示的传递函数模型
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6.2 Simulink模型的构造
Simulink 模型在视觉上表现为方框图，在文件 上则是扩展名为.mdl的ASCII代码；在数学上体现 为一组微分方程或差分方程；在行为上模拟了物理 器件构成的实际系统的动态特性。 Simulink 的一般结构：
输入 信源 系统 输出 信宿
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Simulink完全采用方框图的“抓取”功能来构 造动态系统模型，系统的创建过程就是绘制方框图 的过程。在Simulink环境中方框图的绘制完全依赖 于鼠标操作。
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5、Signal Routing（信号路由模块库） Bus Creator：由输入产生总线信号 Bus Selector：总线信号选择器 Data Store Memory：用户定义的数据存储区 Data Store Read：从数据存储区读出数据 Data Store Write：向数据存储区写入数据 Demux：信号分解器 From：从Goto 模块中获得信号 Goto：向Goto 模块传递信号
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Simulink 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。 在 Simulink 环境中，用户可观察到摩擦、风阻、 齿隙、饱和、死区等非线性因素和各种随机因素 对系统行为的影响。还可以在仿真进程中改变感 兴趣的参数，实时地观察系统行为的变化。 可直接在 Simulink 环境中运作的工具包很多，已 覆盖通信、控制、信号处理、电力系统等诸多领 域，所涉内容专业性极强。
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2、Discontinuities （非连续系统模块库） Backlash：死区间隙 Coulomb &Viscous Friction：库仑粘滞摩擦信号 Dead Zone：死区信号 Hit Crossing：将信号与特定的偏移值比较 Quantizer：量化器 Rate Limiter：信号上升、下降速率控制器 Relay：滞环比较器，限制输出值在某一范围内变化。 Saturation：饱和信号，输出超过某一值时饱和。
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8、 User-Defined Function（用户自定义函数模块库） 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 （对输入进行运算输出结果） S-Function：调用自编的S-函数模块进行运算 S-Function Builder： S-函数生成器
第6章 动态仿真集成环境— Simulink
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。
Simulink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 以利用鼠标在模型编辑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。
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图6-1 Simulink库浏览窗口
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三、Simulink库浏览窗口的功能菜单
* File 文件操作菜单 New 新建用户模型编辑窗口/模块库窗口 Open 打开用户模型编辑窗口 Close 关闭用户模型编辑窗口 Preferences 设置命令窗口的属性 * Edit 编辑菜单 Add to the current model 增加到当前用户模型编辑 窗口中 Find block 查找模块 Find new block 查找新模块
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二、Simulink的启动
(1) 在MATLAB命令窗口中输入Simulink，结果在桌 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。 (2) 在MATLAB窗口的工具条中，单击Simulink的快 捷启动按钮“ ”；
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6、Sinks（接收模块库）—信宿 Display：数字显示器（以数值形式显示输入信号） Floating Scope：游离示波器（不需任何连线，可显示 任何指定信号） Out1：为子系统或其它模型提供输出端口 Scope：示波器 Stop Simulation：当输入非零时停止仿真 Terminator：接收终端（防止输出信号无连接） To File(.mat)：将仿真输出写入(.mat)数据文件 To Workspace：将仿真输出写入MATLAB的工作空间 XY Graph：使用MATLAB图形显示二维图形
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3、 Discrete（离散系统模块库） 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 Discrete Filter：IIR与FIR滤波器 Discrete State-Space：离散状态空间系统模型 Discrete-time Integrator：离散时间积分器 First-Order Hold：一阶采样和保持器 Memory：单步积分延迟，输出为前一个输入 Unit Delay：一个采样周期的延时 Zero-Order Hold：零阶采样和保持器 15
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Pulse Generator：脉冲发生器 Ramp：斜坡信号发生器 Random Number：服从高斯分布的随机信号发生器 Repeating Sequence：周期信号发生器 Signal Generator：信号发生器，可以产生正弦、方 波、锯齿波及随意波。 Signal Builder：时序波形生成器 Sine Wave：正弦波信号发生器 Step：阶跃波信号发生器 Uniform Random Number：服从均匀分布的随机信 号发生器
(3) 在MATLAB窗口的左下角“Start”菜单中，单 击“Simulink”子菜单中的“Library Browser”选 项。
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启动 Simulink后，便可显示如图6-1所示的 Simulink库浏览窗口（Simulink Library Browser），窗口左边列出了该系统中所有安装 的一个树状结构的仿真模块集或工具箱，同时右 边显示当前左边所选仿真模块集或工具箱中所包 含的标准模块库。 Simulink库浏览窗口由功能菜单、工具栏和模块 集或工具箱三大部分组成，创建系统模型时，将 从这些仿真模块集或工具箱中利用鼠标复制标准 模块到用户模型编辑窗口中。
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7、Sources（信号源模块库）—信源 Band-Limited White Noise：有限带宽白噪声 Chirp Signal：输出频率随时间线性变换的正弦信号 Clock：仿真时钟信号（输出每个仿真步点的时刻） Constant：常数信号（数值可设置） Digital Clock：以固定速率输出当前仿真时间 From Workspace：来自MATLAB的工作空间输入数 据 From File(.mat)：来自数据文件.mat中输入数据 Ground：接地信号 In1：为子系统或其它模型提供输入端口
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四、Simulink模块集
Simulink标准模块库按功能进行分类，包括以下子库： Continuous（连续系统模块库） Discontinuities （非连续系统模块库） Discrete（离散系统模块库） Lookup Tables(查表模块库) Math operations（数学运算模块库） Model verification(模型检测模块库） Model-Wide Utilities（模型扩展功能模块库） Ports&subsystems（端口与子系统模块库） Signal attributes(信号属性模块库) Signal routing(信号路由模块库) Sinks（接收模块库） Sources（信号源模块库） User-Defined Functions(用户自定义函数模块库)
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6.1 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 的基本系统模块，用户只需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。
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Goto Tag Visibility：Goto 模块标记控制器 Manual Switch：双输出选择器（手动） Merge：合并输入信号为一个输出 Multiport Switch：多端口输出选择器 Mux：信号组合器 Selector：选择或重组信号 Switch：三路选择器（根据输入2控制输出）
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Slider Gain：渐变增益 Sum：加减运算 Trigonometric Function：三角函数，包括正弦、余弦、正切等 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
Hale Waihona Puke Baidu
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4、 Math Operations（数学运算模块库） Abs：取绝对值 Algebraic Constraint：输出强制系统输入为零的代数状态 Assignment：对信号进行分配 Bitwise Logical Operator：按位逻辑运算 Combinatorial Logic：逻辑真值查找 Complex to Magnitude-Angle：输出输入复数的幅值与相位 Complex to Real-Imag：输出系统输入的实部或虚部 Dot Product：点乘运算 Gain：比例运算（信号增益） Logical Operator：信号逻辑运算 Magnitude-Angle to Complex：幅值与相位转化为复数形式
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Math Function：特定的一些数学函数，包括指数函数、 对数函数、求平方、开根号等常用 数学函数 Matrix Concatenation：矩阵串联器 Matrix Gain：矩阵增益 MinMax：最值运算 Polynomial：多项式求值 Product ：乘运算 Real-Imag to Complex：从输入实部与虚部构造复数 Relational Operator：关系运算器 Reshape：信号维数改变器 Rounding Function：求整运算 Sign：符号函数
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Simulink标准模块库模块功能介绍
1、 Continuous（连续系统模块库） Derivative：输入信号微分 Integrator：输入信号积分 State-Space：线性状态空间模型 Transfer-Fcn：线性传递函数模型 Transport Delay：输入信号延时一个固定时间再输出 Variable Transport Delay：可变传输延迟模块 Zero-Pole：以零极点表示的传递函数模型
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6.2 Simulink模型的构造
Simulink 模型在视觉上表现为方框图，在文件 上则是扩展名为.mdl的ASCII代码；在数学上体现 为一组微分方程或差分方程；在行为上模拟了物理 器件构成的实际系统的动态特性。 Simulink 的一般结构：
输入 信源 系统 输出 信宿
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Simulink完全采用方框图的“抓取”功能来构 造动态系统模型，系统的创建过程就是绘制方框图 的过程。在Simulink环境中方框图的绘制完全依赖 于鼠标操作。
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5、Signal Routing（信号路由模块库） Bus Creator：由输入产生总线信号 Bus Selector：总线信号选择器 Data Store Memory：用户定义的数据存储区 Data Store Read：从数据存储区读出数据 Data Store Write：向数据存储区写入数据 Demux：信号分解器 From：从Goto 模块中获得信号 Goto：向Goto 模块传递信号
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Simulink 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。 在 Simulink 环境中，用户可观察到摩擦、风阻、 齿隙、饱和、死区等非线性因素和各种随机因素 对系统行为的影响。还可以在仿真进程中改变感 兴趣的参数，实时地观察系统行为的变化。 可直接在 Simulink 环境中运作的工具包很多，已 覆盖通信、控制、信号处理、电力系统等诸多领 域，所涉内容专业性极强。
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2、Discontinuities （非连续系统模块库） Backlash：死区间隙 Coulomb &Viscous Friction：库仑粘滞摩擦信号 Dead Zone：死区信号 Hit Crossing：将信号与特定的偏移值比较 Quantizer：量化器 Rate Limiter：信号上升、下降速率控制器 Relay：滞环比较器，限制输出值在某一范围内变化。 Saturation：饱和信号，输出超过某一值时饱和。
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8、 User-Defined Function（用户自定义函数模块库） 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 （对输入进行运算输出结果） S-Function：调用自编的S-函数模块进行运算 S-Function Builder： S-函数生成器
第6章 动态仿真集成环境— Simulink
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。
Simulink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 以利用鼠标在模型编辑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。
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图6-1 Simulink库浏览窗口
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三、Simulink库浏览窗口的功能菜单
* File 文件操作菜单 New 新建用户模型编辑窗口/模块库窗口 Open 打开用户模型编辑窗口 Close 关闭用户模型编辑窗口 Preferences 设置命令窗口的属性 * Edit 编辑菜单 Add to the current model 增加到当前用户模型编辑 窗口中 Find block 查找模块 Find new block 查找新模块
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二、Simulink的启动
(1) 在MATLAB命令窗口中输入Simulink，结果在桌 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。 (2) 在MATLAB窗口的工具条中，单击Simulink的快 捷启动按钮“ ”；
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6、Sinks（接收模块库）—信宿 Display：数字显示器（以数值形式显示输入信号） Floating Scope：游离示波器（不需任何连线，可显示 任何指定信号） Out1：为子系统或其它模型提供输出端口 Scope：示波器 Stop Simulation：当输入非零时停止仿真 Terminator：接收终端（防止输出信号无连接） To File(.mat)：将仿真输出写入(.mat)数据文件 To Workspace：将仿真输出写入MATLAB的工作空间 XY Graph：使用MATLAB图形显示二维图形
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3、 Discrete（离散系统模块库） 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 Discrete Filter：IIR与FIR滤波器 Discrete State-Space：离散状态空间系统模型 Discrete-time Integrator：离散时间积分器 First-Order Hold：一阶采样和保持器 Memory：单步积分延迟，输出为前一个输入 Unit Delay：一个采样周期的延时 Zero-Order Hold：零阶采样和保持器 15
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Pulse Generator：脉冲发生器 Ramp：斜坡信号发生器 Random Number：服从高斯分布的随机信号发生器 Repeating Sequence：周期信号发生器 Signal Generator：信号发生器，可以产生正弦、方 波、锯齿波及随意波。 Signal Builder：时序波形生成器 Sine Wave：正弦波信号发生器 Step：阶跃波信号发生器 Uniform Random Number：服从均匀分布的随机信 号发生器
(3) 在MATLAB窗口的左下角“Start”菜单中，单 击“Simulink”子菜单中的“Library Browser”选 项。
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启动 Simulink后，便可显示如图6-1所示的 Simulink库浏览窗口（Simulink Library Browser），窗口左边列出了该系统中所有安装 的一个树状结构的仿真模块集或工具箱，同时右 边显示当前左边所选仿真模块集或工具箱中所包 含的标准模块库。 Simulink库浏览窗口由功能菜单、工具栏和模块 集或工具箱三大部分组成，创建系统模型时，将 从这些仿真模块集或工具箱中利用鼠标复制标准 模块到用户模型编辑窗口中。
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7、Sources（信号源模块库）—信源 Band-Limited White Noise：有限带宽白噪声 Chirp Signal：输出频率随时间线性变换的正弦信号 Clock：仿真时钟信号（输出每个仿真步点的时刻） Constant：常数信号（数值可设置） Digital Clock：以固定速率输出当前仿真时间 From Workspace：来自MATLAB的工作空间输入数 据 From File(.mat)：来自数据文件.mat中输入数据 Ground：接地信号 In1：为子系统或其它模型提供输入端口