第四章-Matlab工具箱及SIMULINK
matlab simulink设计与建模-概述说明以及解释
matlab simulink设计与建模-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以描述该篇文章的主题和内容的重要性。
可以参考以下写法：引言部分首先概述了文章的主要内容和结构，主要涉及Matlab Simulink的设计与建模方法。
接下来，我们将详细介绍Matlab Simulink 的基本概念、功能和应用，并探讨其在系统设计和仿真建模中的重要性。
本文旨在向读者提供一种全面了解Matlab Simulink的方法，并帮助他们在实际工程项目中运用该工具进行系统设计和模拟。
通过本文的阅读，读者将能够深入了解Matlab Simulink的优势和特点，并学会如何使用其开发和设计各种复杂系统，从而提高工程的效率和准确性。
在接下来的章节中，我们将重点介绍Matlab Simulink的基本概念和设计方法，以及实际案例的应用。
最后，我们将通过总结现有的知识和对未来发展的展望，为读者提供一个全面的Matlab Simulink设计与建模的综合性指南。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将以以下几个部分展开对MATLAB Simulink的设计与建模的讨论。
第一部分是引言部分，其中概述了本文的主要内容和目的，并介绍了文章的结构安排。
第二部分是正文部分，主要包括MATLAB Simulink的简介和设计与建模方法。
在MATLAB Simulink简介部分，将介绍该软件的基本概念和功能特点，以及其在系统设计和建模中的优势。
在设计与建模方法部分，将深入讨论MATLAB Simulink的具体应用技巧和方法，包括系统建模、模块化设计、信号流图、仿真等方面的内容。
第三部分是结论部分，主要总结了本文对MATLAB Simulink设计与建模的讨论和分析，并对其未来的发展方向进行了展望。
通过以上结构安排，本文将全面介绍MATLAB Simulink的设计与建模方法，以期为读者提供一个全面而系统的了解，并为相关领域的研究和应用提供一些借鉴和参考。
MATLAB的仿真工具箱Simulink模型的建立与仿真学习教程优秀PPT课件(基本库原件、搭建
•
Ignore limit and reset when linearizing：若勾选此选项，则表示当系统为线性化系统时，前
面的积分上下线限制和触发事件无效，默认缺省值为不勾选；
•
Enable zero-crossing detection：使系统通过零点检验，默认勾选。
• 搭建Integrator模块如图3-35所示。
•
Pulse Generator其模块属性如图3-19所示。
• 如图3-19所示Pulse Generator模块，对于其属性窗口：
• Amplitude：脉冲信号的振幅，指定为标量或矢量，默认值为1。
• Period(secs)：脉冲数字采样周期，默认值为10。
• Pulse width：脉冲宽度，输入为矢量或标量，默认值为5。
• External reset：设置信号的触发事件（rising, falling, either, level, level hold, none），默认设置为 none，保持系统原态。
• Initial condition source：参数输入的状态，分为外部输入external和内部输入internal，通常默认设 置为internal。
3.3.3 Transfer Fcn模块
• Transfer Fcn其模块属性如图3-37所示。
• 如图3-37所示Transfer Fcn模块，对于其属性窗口：
• Numerator coefficients：传递函数分子系数，系统默认值为[1]；
• Denominator coefficients：传递函数分母系数，系统默认值为[1,1]；
• Derivative模块，表示微分环节，Derivative其模块属性如图3-31所示。 • 如图3-31所示Derivative模块，对于其属性窗口： • 搭建Derivative模块如图3-32所示。
Matlab系列之Simulink仿真教程
交互式仿真
Simulink支持交互式 仿真，用户可以在仿 真运行过程中进行实 时的分析和调试。
可扩展性
Simulink具有开放式 架构，可以与其他 MATLAB工具箱无缝 集成，从而扩展其功 能。
Simulink的应用领域
指数运算模块
用于实现信号的指数运算。
减法器
用于实现两个信号的减法 运算。
除法器
用于实现两个信号的除法 运算。
对数运算模块
用于实现信号的对数运算。
输出模块
模拟输出模块
用于将模拟信号输出 到外部设备或传感器。
数字输出模块
用于将数字信号输出 到外部设备或传感器。
频谱分析仪
用于分析信号的频谱 特性。
波形显示器
控制工程
Simulink在控制工程领域 中应用广泛，可用于设计 和分析各种控制系统。
信号处理
Simulink中的信号处理模 块可用于实现各种信号处 理算法，如滤波器设计、 频谱分析等。
通信系统
Simulink可以用于设计和 仿真通信系统，如调制解 调、信道编码等。
图像处理
Simulink中的图像处理模 块可用于实现各种图像处 理算法，如图像滤波、边 缘检测等。
用于将时域信号转换为频域信号，如傅里叶变换、 拉普拉斯变换等。
03 时域变换模块
用于将频域信号转换为时域信号，如逆傅里叶变 换、逆拉普拉斯变换等。
04
仿真过程设置
仿真时间的设置
仿真起始时间
设置仿真的起始时间，通 常为0秒。
步长模式
选择固定步长或变步长模 式，以满足不同的仿真需 求。
[整理]MATLAB、Simulink、Power System工具箱简介.
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MATLAB/Simulink/Power System工具箱简介Simulink工具箱的功能是在MATLAB环境下，把一系列模块连接起来，构成复杂的系统模型；电力系统(Power System)仿真工具箱是在Simulink环境下使用的仿真工具箱，其功能非常强大，可用于电路、电力电子系统、电动机系统、电力传输等领域的仿真，它提供了一种类似电路搭建的方法，用于系统的建模。
本章以MA TLAB6．1版本为基础，首先概述Simulink和PowerSystem工具箱所包含的模块资源和Simulink／PowerSystem的模型窗口；其次介绍Simulink／PowerSystem模块的基本操作。
2.1 Simulink工具箱简介在MA TLAB命令窗口中键人“Simulink'’命令，便可打开Simulink工具箱窗口，如图2-1所示。
图2-1 Simulink模型库界面在图2-1所示的界面左侧可以看到，整个Simulink工具箱是由若干个模块组构成的。
在标准的Simulink工具箱中，包含连续模块组(Continuous)、离散模块组(Discrete)、函数与表模块组(Function&Tables)、数学运算模块组(Math)、非线性模块组(Nonlinear)、信号与系统模块组(Signals&Systems)、输出模块组(Sinks)、信号源模块组(Sources)和子系统模块组(Subsystems)等。
现简要介绍电力电子电路仿真要使用的模块组和模块。
电力电子电路使用的模块组有连续模块组、数学运算模块组、非线性模块组、信号与系统模块组、输出模块组、信号源模块组和子系统模块组等。
2．1．1 Continous模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图2－2所示，共由7个标准基本模块。
图2－2 Continous模块组2．1．2 Math Operations模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图2－3所示，共由25个标准基本模块。
MATLAB-SIMULINK讲解完整版
点击图3-2中“树状结构目录窗口”中各模块库名前带 “＋”的小方块可展开二级子模块库的目录。“模块窗口” 中显示的是用户在“树状结构目录窗口”中选中的模块库所 包含的模块图标。如果显示的模块图标前带“＋”的小方块， 表明该图标下还有三级目录，直接点击该图标可在该窗口中 展现三级目录下的模块图标。
为了叙述方便，本书将模块库中以图标形式表示的典型 环节称为模块，将用典型环节模块组成的系统仿真模型简称 为模型。
在SIMULINK中创建子系统一般有两种方法。
1) 通过“子系统”模块的方法 该方法要求在用户的模型里添加一个称为Subsystem的 子系统模块，然后再往该模块里加入组成子系统的各种模块。 这种方法适合于采用自上而下设计方式的用户，具体实现步 骤如下： (1) 新建一个空白模型。 (2) 打开“端口和子系统”(Ports&Subsystems)模块库， 选取其中的“子系统”(Subsystem)模块并把它复制到新建的 仿真平台窗口中。
第3章 SIMULINK应用基础
3.1 SIMULINK仿真环境 3.2 SIMULINK的基本操作 3.3 SIMULINK系统建模 3.4 SIMULINK运行仿真 3.5 SIMULINK模块库 3.6 SIMULINK系统仿真应用 习题
3.1 SIMULINK仿真环境 SIMULINK是MATLAB的一个分支产品，主要用来实 现对工程问题的模型化及动态仿真。SIMULINK体现了模块 化设计和系统级仿真的思想，采用模块组合的方法使用户能 够快速、准确地创建动态系统的计算机模型，使得建模仿真 如同搭积木一样简单。SIMULINK现已成为仿真领域首选的 计算机环境。
单击模块，拖曳模块到合适的位置，松开鼠标按键
方法 1：选中模块，选择菜单命令[Format>Rotate Block], 模块顺时针旋转 90°；选择菜单命令[Format>Flip Block]，
MATLAB、Simulink混沌理论仿真
毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。
论文作者签名：日期：年月日摘要混沌在现代科学与工程学领域的应用十分广泛，混沌现象存在于自然界各个领域，包括通讯领域、气象学领域、生物学领域、医学诊断疾病等方面。
学习混沌理论在未来的发展过程对我们是很有帮助的。
在非线性的世界里，通过混沌理论洞察所有的非线性运动,对其进行控制和掌握。
通过非线性电路对混沌系统进行分析和理解，进而构造出符合二阶混沌系统的非线性电路和函数模型。
Duffing 方程就是典型的二阶非线性方程。
运用MATLAB/Simulink对其混沌系统进行仿真实现，验证混沌系统的基本特性。
关键词：混沌；非线性；Duffing方程; MATLAB/SimulinkABSTRACTChaos widely used in modern science and engineering and chaos phenomenon exists in various fields of nature, including the communications field, the field of meteorology, biology, medical diagnosis of diseases. Learning Chaos Theory is very helpful to us in the development of this course in the future. In a nonlinear world, insight into the chaos theory, We can control and master non-linear movement. We analyze and understand the chaotic system via nonlinear circuit, and then construct a second-order chaotic systems of nonlinear circuits and function model. Duffing equation is a typical second-order nonlinear equation. Using MATLAB/Simulink, we complete the chaotic system simulation and test the basic characteristics of chaotic systems.Key words：Chaos；nonlinear；Duffing equation；MATLAB/Simulink目录第一章绪论 (1)1.1混沌理论 (1)1.2混沌的应用 (2)第二章二阶混沌系统的仿真实现 (5)2.1混沌系统 (5)2.1.1混沌产生的数学模型 (5)2.1.2 奇异吸引子与分形 (6)2.1.3 混沌系统的特征 (7)2.1.4 研究混沌的主要方法 (8)2.2 二阶混沌系统的实现 (9)第三章二阶非线性电路仿真实现 (15)3.1 Simulink仿真 (17)3.2 MATLAB语句命令演示模拟 (19)第四章结论 (22)致谢 (25)参考文献 (26)附录A (27)第一章绪论1.1混沌理论什么是混沌？现代科学意义上是很难得出确切的定义，之所以这样是因为：到目前为止，还没有足够和统一数学定理可以将混沌理论完全表达出来，在数学理论的基础上通过混沌系统所表现出的普遍现象总结归纳出混沌的本质。
第四章 根轨迹法 matlab simulink与控制系统仿真 第三版 课件
二、根轨迹对称于实轴
闭环极点为 实数→在实轴上 复数→共轭→对称于实轴
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28
三、根轨迹的起点与终点
起于开环极点，终于开环零点。
由根轨迹方程有：
m
i 1 n
(s (s
zi ) pi)
1 K*
i1
29
起点 K* 0 → spi 0→ s pi
终点 K* → szi 0 → s zi
n
1
m
1
i1 dpi j1 dzj
z 式中： j 为各开环零点的数值；
p i 为各开环极点的数值。
50
例4－6
•已知系统的开环传递函数
G(s)H(s) K*(s1) s23s3.25
试求闭环系统的根轨迹分离点坐标d，并概 略绘制出根轨迹图。
51
解：根据系统开环传递函数求出开环极点
p 1 1 .5j1 ,p 2 1 .5j1
• 在实际应用中，用相角方程绘制根轨迹， 而模值方程主要用来确定已知根轨迹上某一点
的 K * 值。
20
例4-1
已知系统的开环传递函数 G (s)H (s)2K/(s2)2
试证明复平面上点 s1 2j4 ,s2 2j4 是该系统的闭环极点。
证明： 该系统的开环极点 p1 2, p2 2
若系统闭环极点为 s1 , s2
分离角计算公式
d1 l[2 (k1)π jm 1
n
dzj dsi]
il1
（4-45）
56
式中：
d 为分离点坐标；
z j为开环零点； si为当 kkd时，l除 个重极点外 其他 nl个非重根。
所谓会合角是指根轨迹进入重极点处 的切线与实轴正方向的夹角。
第4章 控制系统的数学模型MATLAB实现
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为了对系统的性能进行分析首先要建立其数学模型 ， 在MATLAB中提供了3种数学模型描述的形式： （1）传递函数模型tf(） （2）零极点形式的数学模型zpk () （3）状态空间模型ss() 本节首先介绍利用MATLAB提供的3个函数来建立系 统的数学模型，下一节在此基础上介绍各种数学模型之 间的相互转换。
程序运行结果:
Zero/pole/gain: 5 (s+4) ----------------(s+1) (s+2) (s+3)
8
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3．SS 状态空间模型 格式：sys＝ss（A,B,C,D），sys＝ss（A,B,C,D,T） 功能：建立系统的状态空间模型，其中，T为取样时间 说明：状态方程是研究系统的最为有效的系统数学描 述，在引进相应的状态变量后，可将一组一阶微分方程表 示成状态方程的形式。
12
4.1.2 模型的转换
在进行系统分析时，往往根据不同的要求选择不同形式的 数学模型，因此经常要在不同形式数学模型之间相互转换，下 面介绍三种模型之间的相互转换函数。 1、 ss2tf函数 将状态空间形式转换为传递函数形式 格式： [num,den]=ss2tf(A,B,C,D,iu)
说 明： ss2tf 函数可以将状态空间表示通过
程序运行结果:
Transfer function: 14 s + 21 -----------------------------------------------------15 s^7 + 74 s^6 + 143 s^5 + 172 s^4 + 140 s^3 + 32 s^2
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2. 符号运算工具箱
• 主要功能以符号为对象的数学。 • 在大学教学中，符号数学是各专业都 能用到的。 • 符号运算无须事先对独立变量赋值， 运算结果以标准的符号形式表达。 • 特点： � 运算对象可以是没赋值的符号变量 � 可以获得任意精度的解
符号运算的功能
• 符号表达式、符号矩阵的创建 • 符号可变精度求解 • 符号线性代数 • 因式分解、展开和简化 • 符号代数方程求解 • 符号微积分 • 符号微分方程
Graph annotation. title - Graph title. xlabel - X-axis label. ylabel - Y-axis label. text - Text annotation. gtext - Mouse placement of text. grid - Grid lines. See also PLOTXYZ, GRAPHICS.
• Signal Processing Toolbox——信号处理工具 箱 • Spline Toolbox——样条工具箱 • Statistics Toolbox——统计工具箱 • Symbolic Math Toolbox——符号数学工具箱 • Simulink Toolbox——动态仿真工具箱 • Virtual Reality Toolbox——虚拟现实工具箱 • Wavelet Toolbox——小波工具箱 等等……. 而且每个新出的版本都在增加、更新完善。
•
•
除toolbox\matlab之外的工具箱，在比较 完整的专业版matlab语言中有20多个工 具箱。这些工具箱是需要单独选择购买 的。 matlab主工具箱共有31个函数库
datafun —— 数据分析函数库 sonnds —— 声音处理函数库 dde —— 动态数据交换函数库 elfun —— 初等数学函数库 specmat —— 特殊矩阵函数库
• Image Processing Toolbox——图象处理工具箱 • Database Toolbox——数据库工具箱 • Model predictive Control Toolbox——模型预测 控制工具箱 • Neural Network Toolbox——神经网络工具箱 • Optimization Toolbox——优化工具箱 • Partial Differential Toolbox——偏微分方程工 具箱 • Robust Control Toolbox——鲁棒控制工具箱
各函数库中的函数可用help 函数库名 查询，或type 函数名方法查询
例：help plotxy Two dimensional graphics. Elementary X-Y graphs. plot - Linear plot. loglog - Log-log scale plot. semilogx - Semi-log scale plot. semilogy - Semi-log scale plot. fill - Draw filled 2-D polygons.
2. 图形界面互动操作方法。
可选内部函数@ackleyfcn或者@rastriginsfcn
优化工具箱(没有图形操作界面) Optimization Toolbox
• 线型规划和二次规划 • 求函数的最大值和最小值 • 多目标优化 • 约束条件下的优化 • 非线型方程求解 Demo：toolbox/optimization
3. Simulink动态仿真工具箱
simulink工具箱简介 • simulink 是实现动态系统建模、仿真和分 析的一个集成环境，使得matlab的功能得 到进一步扩展，它可以非常容易的实现可 视化建模，把理论研究和工程实践有机的 结合在一起。 • 大部分专用工具箱只要以matlab主包为基 础就能运行，有少数工具箱（通讯工具箱、 信号处理工具箱等）则要求有simulink工具 箱的支持。
• 方框图绘制完毕，一个动态系统模 型也就创建好了。 • 选择File菜单Save保存图形，就自动 生成一个可在matlab命令窗口运行的 m文件。 • 然后就可用simulation菜单中start开 始仿真了。
三、工具箱和工具箱函数的查询办法
1. matlab的目录结构 • 目录树 c:\matlab\bin c:\matlab\extern c:\matlab\simulink c:\matlab\toolbox\comm\ c:\matlab\toolbox\control\ . . . c:\matlab\toolbox\symbolic\
symbolic dspblks hosa matlab nnet codegen fdident ident mpc
signal uitools pde
是针对 MATLAB 优化处理算法的扩 展，它在 MATLAB 和 Optimization Toolbox 的基础上，提供遗传算法和直 接搜索的基本功能。 • 使用遗传算法工具箱的两种方法： 1. 直接在命令窗口使用函数。 [x fval] = ga(@fitnessfun, nvars, options) •
color —— 颜色和光照函数库 polyfun —— 多项式函数库 sparfun —— 稀疏矩阵函数库 strfun —— 字符串函数库 demos —— matlab演示函数库 Matlab6 新增函数库: uitools —— 图形界面函数库 datatypes —— 数据类型函数库 graphics —— 句柄绘图函数库 graph3d —— 三维绘图
Matlab Main Toolbox——matlab主工具箱 Control System Toolbox——控制系统工具箱 Communication Toolbox——通讯工具箱 Financial Toolbox——财政金融工具箱 System Identification Toolbox——系统辨识 工具箱 • Fuzzy Logic Toolbox——模糊逻辑工具箱 • Bioinformatics Toolbox——生物分析工具箱 • • • • •
工具箱的扩充功能：
用户可以修改工具箱中的函 数，更为重要的是用户可以通过编 制 m文件来任意地添加工具箱中原 来没有的工具函数。此功能充分体 现了matlab语言的开发性。
二、通用工具箱
1. Matlab主工具箱 • 前面课程所介绍的数值计算、符号运算、 绘图以及句柄绘图都是matlab主工具箱 的内容，是matlab的基本部分，也是我 们课程的重点。 • Matlab主工具箱位于： c:\matlab\toolbox\matlab • matlab主工具箱是任何版本的matlab都 不可缺少的。
• matlab\bin —— 该目录包含matlab系统运行 文件，matlab帮助文件及一些必需的二进制 文件。 • matlab\extern —— 包含MATLAB与 C, FORTRAN 语言的交互所需的函数定义和连 接库。 • matlab\simulink —— 包含建立simulink MEX-文件所必需的函数定义及接口软件。 • matlab\toolbox —— 各种工具箱，Math Works公司提供的商品化matlab工具箱有30 多种。toolbox目录下的子目录数量是随安装 情况而变的。
输入 系统 输出
� 仿真原理 • 当在框图视窗中进行仿真的同时，matlab 实际上是运行保存于simulink内存中s函数 的映象文件，而不是解释运行该m文件。 • s函数并不是标准m文件，它可以是m文 件，也可以是c或c++程序，通过一定的规 则让simulink的模型或模块能够被调用。 例：连体弹簧振子运动仿真模型 >> dblcart1
练习
• P73，例5-11 • P75，例5-13 • P77，例5-15 • P83，例5-21
第四章 Matlab工具箱及 Simulink仿真
Matlab工具箱已经成为一 个系列产品，Matlab主工具箱 和各种工具箱（toolbox ）。
一、工具箱简介
• 功能型工具箱 —— 通用型
功能型工具箱主要用来扩充Matlab 的数值计算、符号运算功能、图形建模 仿真功能、文字处理功能以及与硬件实 时交互功能，能够用于多种学科。
• 由于matlab和simulink是集成在一起的， 因此用户可以在两种环境下对自己的模型 进行仿真、分析和修改。 • 不用命令行编程，由方框图产生m文件 (s函数)。 • 当创建好的框图保存后，相应的m文件就 自动生成，这个.m文件包含了该框图的所 有图形及数学关系信息。 • 框图表示比较直观，容易构造，运行速度 较快。
控制系统工具箱
Control System Toolbox
• 连续系统设计和离散系统设计 • 状态空间和传递函数以及模型转换 • 时域响应（脉冲响应、阶跃响应、斜坡 响应） • 频域响应（Bode图、Nyquist图） • 根轨迹、极点配置
遗传算法和直接搜索工具箱
Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox
2. 工具箱 • matlab toolbox工具箱在windows下由目
录检索得到。 • 也可以在matlab下得到，启动matlab后 cd_ .. —— matlab缺省目录是bin，回到 matlab目录下 cd_toolbox
dir —— 工具箱清单 . .. ada compiler fixpoint lmi control fuzzy nag qft robust local ncd
• 领域型工具箱 —— 专用型
领域型工具箱是学科专用工具 箱，其专业性很强，比如控制系统工 具箱（ Control System Toolbox）；信号
处理工具箱（Signal Processing Toolbox）；财政金融工具箱（ Financial Toolbox）等等。只适用于本专业。