2014-第5章-Simulink仿真环境-刘霞

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5 . 1 演示1个Simulink的简单程序
（2）单击工具栏上的 图标或选择菜单
“File”→“New”→“Model”命令，新建1个名为
“untitled”的空白模型窗口。 （3）在如上图所示的右侧子模块窗口中，单击 “Source”子模块库前的“+”按钮（或双击
“Source”子模块库），或者直接在左侧模块和工
（6）双击示波器模块，查看波形图。
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5.5 连续系统仿真
另一种方法：将系统的结构修改成为使用积 分模块（Integrator）和零极点模块（ZeroPole）串联，反馈使用“Math Operations” 模块库中的“Gain”模块构成反馈环的增益为 1，二阶系统模型如图所示。
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5.5 连续系统仿真
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5 . 1 演示1个Simulink的简单程序
（8）单击工具栏的 图标，将该模型 保存为”mymodel.mdl”文件。1个简单的仿真 模型就建立了。
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5 . 2 Simulink文件操作和模型窗口
5.2.1新建Simulink仿真模型文件
方法（1）在MATLAB的命令窗口选择菜单 “File”→“New”→“Model”命令。 方法（2）在Simulink模块库浏览器窗口选择菜单 “File”→“New”→“Model”命令，或者单击工具栏的
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5.5 连续系统仿真
（2）连接各模块，从信号线引出分支点， 构成闭环系统。
（3）设置模块参数，打开“Sum”模块“参 数设置”对话框，如下图所示。将“Icon shape”设置为“rectangular”，将“List of signs”设置为“|+”，其中“|”表示上 面的入口为空。
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5.5 连续系统仿真
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5.4.2 信号线操作
1．模块间连线
若要将2个模块用信号线连接，则先将 光标指向1个模块的输出端，待光标变为 十字形后，按下鼠标左键并拖动，直到 另1个模块的输入端。 或者 选中模块-----》按下Ctrl键.2 信号线操作
2．信号线的分支 1个信号往往需要分送到不同模块，需 要绘制分支线，此时信号线中就会出现 分支点。
% switch flag, %初始化，调用“模块初始化”子程序% case 0, [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes; %连续状态变量计算，调用“计算模块导数”子函数% case 1, sys=mdlDerivatives(t,x,u); %更新，调用“更新模块离散状态”子函数% case 2, sys=mdlUpdate(t,x,u);
（5）用同样的方法打开接收模块库 “Sinks”，选择其中的“Scope”模块（示波 器）拖曳到“untitled”窗口中。 （6）在“untitled”窗口中，用鼠标指向 “Sine Wave”右侧的输出端，当光标变为十 字形时，按住鼠标拖曳到“Scope”模块的输 入端，松开鼠标按键，就完成了2个模块间的 信号线连接，1个简单的模型便建成。
图标
。
方法（3）在Simulink模型窗口选择菜单 “File”→“New”→“Model”命令，或者单击工具栏的 图标 。
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5 . 2 Simulink文件操作和模型窗口
5.2.2 Simulink模型窗口
1．状态栏 “Ready”表示模型已准备就绪而等待仿真 命令； “100%”表示编辑窗模型的显示比例； “ode45”表示仿真所选用的积分算法。 在仿真过程中，状态栏还会出现动态信息。
第5章 Simulink仿真环境
内容的引入: Simulink是MATLAB最重要的组件之一， 它提供一个动态系统建模、仿真和综合分 析的集成环境。在该环境中，无需大量书 写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操 作来拖入一些已有的框图并进行连接，就 可构造出复杂的系统，并对系统进行仿真 和分析。
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第5章 Simulink仿真环境
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5.3.2 常用模块的参数和属性设置
（2）阶跃信号源（Step）。阶跃信号模块是输入 信号源，其模块参数对话框如图所示。
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5.3.2 常用模块的参数和属性设置
（3）传递函数（Transfer function）。传递函 数模块是用来构成连续系统结构的模块，其模块参 数对话框如图所示。
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5.3.2 常用模块的参数和属性设置
构成单位反馈的控制，并在示波器中观 察系统在正弦信号作用下，PID参数变化 对系统控制效果的影响。
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5.5 连续系统仿真
提示：PID Controller模块在Simulink Extras ->Additional Linear
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5.5 连续系统仿真
【例4】使用Simulink创建系统，求解 如下非线性微分方程，并绘制函数波形：
其初始值为：
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5.5 连续系统仿真
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5.5 连续系统仿真
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补充内容—S函数 在Simulink中选择“User-Defined Functions”模块库，库中有多种可供用户自 定义的模块。
补充内容—S函数 S-函数是系统函数(System Function)的 简称，是指采用非图形化的方式(区别于 Simulink的系统模块)描述的一个功能块。 用户可以采用MATLAB代码编写S-函数。 S-函数由一种特定的语法构成；S-函数能 够接受来自Simulink求解器的相关信息。 往往S-函数模块是整个Simulink动态系统 的核心。
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5.5 连续系统仿真（重点！难点！）
【例1】 建立如图所示的二阶系统仿真模型。
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5.5 连续系统仿真
（1）在“Sources”模块库选择“Step”模 块，在“Continuous”模块库选择“Transfer Fcn”模块，在“Math Operations”模块库选 择“Sum”模块，在“Sinks”模块库选择 “Scope”模块。
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5.5 连续系统仿真
（4）添加信号线文本注释。双击信号线， 出现编辑框后，输入文本，其模型如图所示。
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5.5 连续系统仿真
（5）仿真并分析。单击工具栏的“Start simulation”按钮开始仿真，在示波器上显示 出阶跃响应。 在Simulink模型窗口，选择菜单 “Simulation”→“Simulation parameters„”命令，在“Solver”页将 “Stop time”设置为15，单击“Start simulation”按钮，示波器显示的时间为15s。
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5 . 1 演示1个Simulink的简单程序
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5 . 1 演示1个Simulink的简单程序
（7）开始仿真。单击“untitled”模 型窗口中的“开始仿真”图标 ，或 者选择菜单“Simulink”→“Start”命 令，则仿真开始。双击“Scope”模块出 现示波器显示屏，可以看到黄色的正弦 波形，如图所示。
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5.4.2 信号线操作
3．信号线文本注释
（1）添加文本注释。双击需要添加文本注 释的信号线，出现一个空的文字填写框，在其 中可以输入文本。
（2）修改文本注释。单击需要修改的文本 注释，出现虚线编辑框后即可修改文本。
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5.4.2 信号线操作
4．在信号线中插入模块
如果模块只有1个输入端口和1个输出端口， 则该模块可以直接被插入到1条信号线中。选 定需要插入的模块，用鼠标拖到希望插入的信 号线上，释放鼠标。
具栏单击“Simulink”下的“Source”子模块库，
便可看到各种输入源模块。
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5 . 1 演示1个Simulink的简单程序
（4）若用鼠标单击所需的输入信号源模块“Sine Wave”， 将其拖曳到空白模型窗口“untitled”，则模块就被添加到 untitled窗口。
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5 . 1 演示1个Simulink的简单程序
Simulink可以支持各种动态系统（连 续的、离散的、线性的、非线性的系 统）的建模、仿真和分析。 应用领域： 信息工程、测控技术、电气工程、自 动控制、电力、电子、机械等领域中 都有着广泛的应用。
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第5章 Simulink仿真环境
5 . 1 演示1个Simulink的简单程序
5 . 2 Simulink文件操作和模型窗口
【例2】基于解微分方程数学模型的仿真
分析：首先将微分方程改写为
观察方程式，可采用逐次降阶积分法完成。 因此，需要用到的模块将有输入模块、输出 模块、积分模块、增益模块。
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5.5 连续系统仿真
假定： (1) u(t)为单位阶跃信号 (2) 初始值x’=x=0
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5.5 连续系统仿真
【例3】设计一个PID控制器，实现对如 下系统
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补充内容—S函数
S-函数由一种特定的语法构成。其模版为： function [sys,x0,str,ts] = sfuntmpl(t,x,u,flag) % SFUNTMPL 是M-文件 S函数模板 % 通过剪裁，用户可以生成自己的S函数，不过一定要重 新命名 % 利用S函数可以生成连续、离散混合系统等，实现任何 模块的功能 % 参数含义： % t是当前时间 % x是S函数相应的状态向量 % u是模块的输入 % flag是所要执行的任务
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补充内容—S函数
% % % % % % % % FLAG ----- -----0 1 2 3 4 9 功能 -------------------------------------模块初始化 计算模块导数 更新模块离散状态 计算模块输出 计算下一个采样时间点 结束仿真
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补充内容—S函数
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5.2.2 Simulink模型窗口
2．工具栏
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5 . 3 Simulink基本模块