Simulink的应用(有各模块的介绍)
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Simulink第四章基本模块介绍
Y(s)k sz1 U(s) (sp1)(sp2)
gain表示增益， zeros表示系统零点， poles表示系统极点
状态空间模块：则在Simulink 中直接输入变换矩阵A,B,C,D
2021/6/11 23
理论力学CAI 章名
例如： 考虑弹簧质量阻尼系统
x k
c
F(t)
动力学方程可写为：
m x cx k xF
x F
忽略摩擦力，运动 微分方程为：
x F m
可用模块图表示为:
F 1 x
m
假定 F=sin(t) 为正弦激励 ，m=0.5。求0～20s 区间 内的系统位移响应曲线。 模型框图如图所示。
加入两个积分模块，第一个模块用来计 算速度，第二个模块用来计算位移：
F 1 x 1 x 1 x
m
s
s
F1
m
Sine Wave
其中，x 为系统的广义坐标列向量，M 为质量矩阵，C 为阻尼 矩阵，K 为刚度矩阵，P(t)为外部激励列向量。
在 Simulink中，用来模拟连续系统的基本模块有四个： 增益模块，求和模块，微分模块，积分模块。任何可以用线 性微分方程描述的系统都可以用这四个基本模块进行模拟。 除了这四个基本模块，传递函数模块也经常用来模拟物理系 统和控制器。
Y(s) n0sn1 U(s) d0s2d1sd2
21
将其进行一定的等价变换，可以得出线性连续系统 的零极点模型。
Y(s)k sz1 U(s) (sp1)(sp2)
z1 为线性连续系统的零点，
p1, p2 为系统的极点
k 为系统的增益
2021/6/11 22
理论力学CAI 章名
线性连续系统的Simulink描述
Simulink中的模块
Simulink 中的模块 一：连续模块库(Continuous)
1. 积分模块(Integrator)： 功能：对输入变量进行积分。说明：模块的输入可以是标量，也可以是矢量；输入信号的维 数必须与输入信号保持一致。 2. 微分模块(Derivative) 功能：通过计算差分∆u/ ∆t 近似计算输入变量的微分。 3. 线性状态空间模块(State-Space) = Ax + Bu 功能：用于实现以下数学方程描述的系统： x ' y = Cx + Du 4. 传递函数模块(Transfer Fcn) 功能：用执行一个线性传递函数。 5. 零极点传递函数模块(Zero-Pole) 功能：用于建立一个预先指定的零点、极点，并用延迟算子 s 表示的连续。 7．传输延迟模块(Transport Delay) 功能：用于将输入端的信号延迟指定的时间后再传输给输出信号。 8．可变传输延迟模块(Variable Transport Delay) 功能：用于将输入端的信号进行可变时间的延迟。 二：离散模块库(Discrete) 1．零阶保持器模块(Zero-Order-Hold) 功能：在一个步长内将输出的值保持在同一个值上。 2．单位延迟模块(Unit Delay) 功能：将输入信号作单位延迟，并且保持一个采样周期相当于时间算子 z-1 。 3．离散时间积分模块(Discrete Time Integrator) 功能：在构造完全离散的系统时，代替连续积分的功能。使用的积分方法有：向前欧拉法、 向后欧拉法、梯形法。 4．离散状态空间模块(Discrete State Space) 功能：用于实现如下数学方程描述的系统： 5．离散滤波器模块(Discrete Filter) 功能：用于实现无限脉冲响应(IIR)和有限脉冲响应 (FIR)的数字滤波器。 6．离散传递函数模块(Discrete Transfer Fcn)
1. 积分模块(Integrator)： 功能：对输入变量进行积分。说明：模块的输入可以是标量，也可以是矢量；输入信号的维 数必须与输入信号保持一致。 2. 微分模块(Derivative) 功能：通过计算差分∆u/ ∆t 近似计算输入变量的微分。 3. 线性状态空间模块(State-Space) = Ax + Bu 功能：用于实现以下数学方程描述的系统： x ' y = Cx + Du 4. 传递函数模块(Transfer Fcn) 功能：用执行一个线性传递函数。 5. 零极点传递函数模块(Zero-Pole) 功能：用于建立一个预先指定的零点、极点，并用延迟算子 s 表示的连续。 7．传输延迟模块(Transport Delay) 功能：用于将输入端的信号延迟指定的时间后再传输给输出信号。 8．可变传输延迟模块(Variable Transport Delay) 功能：用于将输入端的信号进行可变时间的延迟。 二：离散模块库(Discrete) 1．零阶保持器模块(Zero-Order-Hold) 功能：在一个步长内将输出的值保持在同一个值上。 2．单位延迟模块(Unit Delay) 功能：将输入信号作单位延迟，并且保持一个采样周期相当于时间算子 z-1 。 3．离散时间积分模块(Discrete Time Integrator) 功能：在构造完全离散的系统时，代替连续积分的功能。使用的积分方法有：向前欧拉法、 向后欧拉法、梯形法。 4．离散状态空间模块(Discrete State Space) 功能：用于实现如下数学方程描述的系统： 5．离散滤波器模块(Discrete Filter) 功能：用于实现无限脉冲响应(IIR)和有限脉冲响应 (FIR)的数字滤波器。 6．离散传递函数模块(Discrete Transfer Fcn)
simulink功能运用几介绍
Mux：将多个单一输入转化为一个复合输出。
Demux：将一个复合输入转化为多个单一输出。
Ground：连接到没有连接到的输入端。
Terminator：连接到没有连接到的输出端。
SubSystem：建立新的封装（Mask）功能模块
7、
Sinks（接收器模块） sinks.mdl
Scope：示波器。
2.情色指数★★
《晚娘》（钟丽缇版的，新的还没有看过）
《周末同床》
《密爱》
《美人》（重点推荐）
《苦月亮》
《爱的色放》
《甜性涩爱》
《枕边书》
《色即是空》
《巴黎野玫瑰》（看到男主赤身裸体走来走去，被吓到了）
3.情色指数★★★ （此类个人观看有障碍）
《本能》
《感官世界》
《索多玛120天》
Memory：存储上一时刻的状态值
Transport Delay：输入信号延时一个固定时间再输出
Variable Transport Delay：输入信号延时一个可变时间再输出
2、
离散模块（Discrete） discrete.mdl
Discrete-time Integrator：离散时间积分器
sources:信号模块组
sinks：输出池模块组
Model Verification:模型验证模块库
Signal Routing：信号路线发送模块组
signal Attributes:信号属性置模块组
Model wide utilities:型实用模块库
Ports & Subsystems:端口和子系统模块库
2功能
Demux：将一个复合输入转化为多个单一输出。
Ground：连接到没有连接到的输入端。
Terminator：连接到没有连接到的输出端。
SubSystem：建立新的封装（Mask）功能模块
7、
Sinks（接收器模块） sinks.mdl
Scope：示波器。
2.情色指数★★
《晚娘》（钟丽缇版的，新的还没有看过）
《周末同床》
《密爱》
《美人》（重点推荐）
《苦月亮》
《爱的色放》
《甜性涩爱》
《枕边书》
《色即是空》
《巴黎野玫瑰》（看到男主赤身裸体走来走去，被吓到了）
3.情色指数★★★ （此类个人观看有障碍）
《本能》
《感官世界》
《索多玛120天》
Memory：存储上一时刻的状态值
Transport Delay：输入信号延时一个固定时间再输出
Variable Transport Delay：输入信号延时一个可变时间再输出
2、
离散模块（Discrete） discrete.mdl
Discrete-time Integrator：离散时间积分器
sources:信号模块组
sinks：输出池模块组
Model Verification:模型验证模块库
Signal Routing：信号路线发送模块组
signal Attributes:信号属性置模块组
Model wide utilities:型实用模块库
Ports & Subsystems:端口和子系统模块库
2功能
simulink各模块详解
其中包含Simpower模块库中各类模块的扩充模块
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二、 直流电路仿真
【例2_1】 测量下图所示电路的节点电压。
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1. “Connectors”模块库
其中包括接地点和中间节点两大类共1连接线
细垂直连接线
垂直连接线
接地端（输入型）
接地端（输出型）
L型导线连接器 共享节点（输入型）
共享节点（输出型）
T型导线连接器
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6.2 Simulink电路分析应用 Shop Floor Information System, SFIS现场信息整合系统
一、Power System Blockset模块集 (电路仿真模块集)
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Shop Floor Information System, SFIS现场信息整合系统
4. “Measurements”模块库
其中包括的是5种测量模块
功能说明
测量电流值
测量电路两节点之间的 电阻值
测量多个器件、支路的 电流电压值
测量电路中的三相 电流、电压值 测量电压值
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功能说明
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Shop Floor Information System, SFIS现场信息整合系统
二、 直流电路仿真
【例2_1】 测量下图所示电路的节点电压。
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1. “Connectors”模块库
其中包括接地点和中间节点两大类共1连接线
细垂直连接线
垂直连接线
接地端（输入型）
接地端（输出型）
L型导线连接器 共享节点（输入型）
共享节点（输出型）
T型导线连接器
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6.2 Simulink电路分析应用 Shop Floor Information System, SFIS现场信息整合系统
一、Power System Blockset模块集 (电路仿真模块集)
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Shop Floor Information System, SFIS现场信息整合系统
4. “Measurements”模块库
其中包括的是5种测量模块
功能说明
测量电流值
测量电路两节点之间的 电阻值
测量多个器件、支路的 电流电压值
测量电路中的三相 电流、电压值 测量电压值
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功能说明
Simulink常用模块名称及其功能简介
Simulink常用模块名称中英文对照Sources库Band-Limited White Noise 宽带限幅白噪声模块，把一个白噪声引入到连续系统中Chirp Signal 线性调频信号（频率按时间线性变化的正弦波）模块，产生频率增加的正弦信号Clock 时钟信号模块，显示或者提供仿真时间Constant 常量输入模块，产生一个常数值Digital Clock 数字时钟模块，按指定的间隔产生采样时间Digital Pulse Generator 产生具有固定间隔的脉冲From File 从一个文件读取数据From Work space 从在工作空间定义的矩阵读入数据Ground 接地模块，将一个未连接的输入端接地In1 输入端口模块Pulse Generator 脉冲信号发生器模块，产生固定间隔的脉冲Ramp 斜坡信号输入模块，产生一个以常数斜率增加或者减小的信号Random Number 产生正态分布的随机数Repeating Sequence 产生一个可重复的任意信号Signal Generator 产生多种多样的普通信号Signal Builder 自定义信号发生器Sine Wave 产生正弦波信号Step 阶跃信号模块，产生一个单步函数Uniform Random Number 产生均匀分布的随机数Sinks库Display 实时数字显示模块，显示其输入信号的值Floating Scope 浮动示波器模块Out1 输出端口模块Scope 示波器模块，显示在仿真过程产生的信号的波形Stop Simulation 仿真终止模块，当它的输入信号非零时，就结束仿真Terminator 信号终结模块，结束一个未连接的输出端口To File 写数据到文件To Workspace 把数据写进工作空间里定义的矩阵变量XY Graph 用一个MATLAB图形窗口来显示信号的X-Y坐标的图形Continuous库主要用于连续系统的仿真Derivative 微分模块，输出为输入信号的微分。
Simulink模块介绍
模块用途
由幅值与相角构造复数模块
数学运算函数模块 ,可进行多种数学函 数运算
矩阵连接模块
矩阵增益模块
计算极大值与极小值模块
多项式运算模块
乘积运算模块
由实部与虚部构造复数模块
关系运算模块
矩阵重新定维模块
取整模块
10
表3-3续 数学运算模块组子模块的名称及用途
模块名称
Sign
Slider Gain Sum Trigonometric Function
Continuous( 连续模块组)、 Discontinuities( 非连续模块组)、
Discrete( 离散模块组)、 Look-Up Tables( 表格模块组)、
Math Operations( 数学运算模块组)、
Model Verification( 模型检验模块组)、
Model-Wide Utilities( 公用模块组)、
Variable Transport Delay Zero-Pole
模块用途 微分模块 积分模块 线性状态空间模型模块 线性传递函数模型模块 输入信号按指定时间延迟模块 第一个输入按第二个输入指定时间做延迟 模块 零极点形式模型模块
7
2、 Math Operations( 数学运算模块组) 包含25个基本模块，包括数学运算、向量运算、复数与向量
建立简单模型的步骤： ①建立模型窗口； ②将功能模块从模块库中复制到模型窗口； ③对模块进行连接，构成所需要的系统模型。 SIMULINK 模型在视觉上表现为直观的方框图，在文件上 则是扩展名为mdl 的ASCII 代码，在数学上表现为微分方程 或差分方程，在行为上则模拟了实际系统的动态特性。
21
பைடு நூலகம்、模块的复制、移动与删除 1、模块的复制
【精品】Simulink的应用(有各模块的介绍)
第 7 章 Simulink的应用
2．单位延迟模块(Unit Delay) 功能：将输入信号作单位延迟，并且保持一个采样周期相当于时间算子z-1 。 3．离散时间积分模块(Discrete Time Integrator) 功能：在构造完全离散的系统时，代替连续积分的功能。使用的积分方法有：向 前欧拉法、向后欧拉法、梯形法。 4．离散状态空间模块(Discrete State Space) x[(n 1)T ] Ax(nT ) Bu(nT ) 功能：用于实现如下数学方程描述的系统： y (nT ) Cx(nT ) Du(nT ) 5．离散滤波器模块(Discrete Filter) 功能：用于实现无限脉冲响应(IIR)和有限脉冲响应(FIR)的数字滤波器。 6．离散传递函数模块(Discrete Transfer Fcn) 功能：用于执行一个离散传递函数。 7．离散零极点传递函数模块(Discrete Zero-Pole) 功能：用于建立一个预先指定的零点、极点，并用延迟算子z-1表示的离散系统。 8．一阶保持器模块(First Order Hold) 功能：在一定时间间隔内保持一阶采样。
第 7 章 Simulink的应用
7.3.5非线性模块(Nonlinear)
非线性模块(Nonlinear)中包括一些常用的非线性模块，如图7.9所示。
第 7 章 Simulink的应用
1. 比率限幅模块(Rate Limiter) 功能：用于限制输入信号的一阶导数，使得信号的变化率不超过规定的限制值。 2．饱和度模块(Saturation) 功能：用于设置输入信号的上下饱和度，即上下限的值，来约束输出值。 3．量化模块(Quantizer)
p i
p
第 7 章 Simulink的应用
第07讲 Simulink常用模块的应用(二)
1 Cons tant
4 Cons tant1
1 Constant
4 Constant1
输出为：[1;4]
u *[1,1]
在Gain中输入[1,1], 在Multiplication中 选择Matrix(u*k)
1
1
4
4
Gain
[1,1]* u
Di sp l a y
在Gain中输入[1,1], 在Multiplication中 选择Matrix(k*u)
Scope
如果初始值设置为5，则结果为：
(1) 积分器的初始值为5； (2) [External reset]设置为：rising。
(1) 积分器的初始值为5； (2) [External reset]设置为：
either
(1) 积分器的初始值为5； (2) [External reset]设置为：level
(2)[Initial condition source]：为初 始条件设置，设置积分器初始条件的方法 有两种：
➢ external：从外部输入源设置初始条件。 初始条件设置端口以x0作为标志；
➢ internal:：在积分器模块参数对话框中设 置初始条件，说明模块的初始值是从内部 获得的。选上后，下面将出现要求输入初 始值的输入栏。Internal为默认设置。
第07讲 常用模块的应用（二）
Sources库（练习） Sinks库（练习） Math库（练习）
第07讲 常用模块的应用（二）
积分模块——高级积分器
在使用Simulink对实际的动态系统 进行仿真时，积分运算可以说是Simulink 求解器的核心技术之一。在前面使用过积分 模块对数据进行积分处理，事实上，所使用 的模块式积分模块的一种简单积分方式。所 谓的重置积分方式是指当重置信号触发时将 模块的输出重置为初始条件。本节积分模块 的重置积分模式——高级积分器进行介绍。
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1. 积分模块(Integrator)：
功能：对输入变量进行积分。说明：模块的输入可以是标量，也可以是矢量；输入
信号的维数必须与输入信号保持一致。
2. 微分模块(Derivative)
功能：通过计算差分∆u/ ∆t近似计算输入变量的微分。
3. 线性状态空间模块(State-Space)
功能：用于实现以下数学方程描述的系统： 4. 传递函数模块(Transfer Fcn)
第 7 章 Simulink的应用
图7.2库模块浏览器
图7.3 新建的空白模块窗口
第 7 章 Simulink的应用
7.2 Simulink的仿真原理
7.2.1 Simulink仿真模块
通常，Simulink仿真系统包括输入(Input)、状态(states)和输出(Output)三个部分。
·输入模块：即信号源模块，包括常数字信号源和用户自定义信号； ·状态模块：即被模拟的系统模块，是系统建模的核心和主要部分； ·输出模块：即信号显示模块，它能够以图形方式、文件格式进行显示。 注意：在设计一个模型时，必须先确定这三个部分的意，以及它们之间的联系； Simulink的仿真模型并非一定要完全包括这三个部分，它可以缺少其中一个或者两个； Simulink的状态模块可以是连续的、离散的，或者它们二者的结合。
第 7 章 Simulink的应用
7.3.4 数学模块库(Math)
数学模块库(Math)包括多个数学运算模块，如图7.8所示。
第 7 章 Simulink的应用
1. 求和模块(Sum) 功能：求和模块(Sum)用于对多路输入信号进行求和运算，并输出结果。 2. 乘法模块(Product) 功能：乘法模块(Product)用于实现对多路输入的乘积、商、矩阵乘法或者模块的转 置等。 3. 矢量的点乘模块(Dot Product) 功能：矢量的点乘模块(Dot Product)用于实现输入信号的点积运算。 4. 增益模块(Gain) 功能：增益模块(Gain)的作用是把输入信号乘以一个指定的增益因子，使输入产生 增益。
第 7 章 Simulink的应用
7.2.2 Simulink仿真过程
1．初始化阶段 ① 对模型的参数进行估计，得到它们实际计算的值。 ② 展开模型的各个层次； ③ 按照更新的次序对模型进行排序； ④ 确定那些显式化的信号属性，并检查每个模块是否能够接受连接它们输入端的信号； ⑤ 确定所有非显式的信号采样时间模块的采样时间； ⑥ 分配和初始化存储空间，以便存储每个模块的状态和当前值的输出。
5. 常用数学函数模块(Math Function)
功能：用于执行多个通用数学函数，其中包含exp、log、log10、square、sqrt、pow、 reciprocal、hypot、rem、mod等。
第 7 章 Simulink的应用
6. 三角函数模块(Trigonometric Function) 功能：用于对输入信号进行三角函数运算，共有10种三角函数供选择。 7. 特殊数学模块
第 7 章 Simulink的应用
7.3 Simulink模块库
在库模块浏览器中单击Simulink前面的“+”号，就能够看到Simulink的模块库， 如图7.2所示。
7.3.1 连续模块库(Continuous)
在连续模块(Continuous)库中包括了常见的连续模块，这些模块如图所示。
第 7 章 Simulink的应用
第 7 章 Simulink的应用
7.3.5非线性模块(Nonlinear)
非线性模块(Nonlinear)中包括一些常用的非线性模块，如图7.9所示。
第 7 章 Simulink的应用
1. 比率限幅模块பைடு நூலகம்Rate Limiter) 功能：用于限制输入信号的一阶导数，使得信号的变化率不超过规定的限制值。 2．饱和度模块(Saturation) 功能：用于设置输入信号的上下饱和度，即上下限的值，来约束输出值。 3．量化模块(Quantizer) 功能：用于把输入信号由平滑状态变成台阶状态。
于等于)等。 10. 复数运算模块 复数运算模块包括计算复数的模与幅角(Complex to Magnitude-Angle)、由模和幅角 计算复数(Magnitude-Angle to Complex)、提取复数实部与虚部模块(Complex to Real and Image)、由复数实部和虚部计算复数(Real and Image to Complex)。
3．自定义函数模块(Fcn) 功能：用于将输入信号进行指定的函数运算，最后计算出模块的输出值。 说明：输入的数学表达式应符合C语言编程规范；与MATLAB中的表达式有所不 同，不能完成矩阵运算。 4．MATLAB函数模块(MATLAB Fcn) 功能：对输入信号进行MATLAB函数及表达式的处理。 说明：模块为单输入模块；能够完成矩阵运算。 注意：从运算速度角度，Math function模块要比Fcn模块慢。当需要提高速度时， 可以考虑采用Fcn 或者S函数模块。 5．S-函数模块(S-Function) 功能：按照Simulink标准，编写用户自己的Simulink函数。它能够将MATLAB语句、 C语言等编写的函数放在Simulink模块中运行，最后计算模块的输出值。
8．可变传输延迟模块(Variable Transport Delay)
功能：用于将输入端的信号进行可变时间的延迟。
第 7 章 Simulink的应用
7.3.2 离散模块库(Discrete)
离散模块库(Discrete)主要用于建立离散采样的系统模型，包括的主要模块，如图 所示。
1．零阶保持器模块(Zero-Order-Hold) 功能：在一个步长内将输出的值保持在同一个值上。
4．离散状态空间模块(Discrete State Space) 功能：用于实现如下数学方程描述的系统：
x[(n 1)T ] Ax(nT) Bu(nT)
y(nT
)
Cx (nT )
Du (nT )
5．离散滤波器模块(Discrete Filter)
功能：用于实现无限脉冲响应(IIR)和有限脉冲响应(FIR)的数字滤波器。
第 7 章 Simulink的应用
第7章 Simulink的应用
7.1 Simulink工作平台的启动 7.2 Simulink仿真原理 7.3 Simulink模块库 7.4 仿真模型的建立和模块参数及属性的设置 7.5 其他应用模块集及Simulink扩展库
p
第 7 章
x p
i
xip
1. 一维查表模块(Look-Up Table) 一维查表模块(Look-Up Table)实现对单路输入信号的查表和线性插值。
2．二维查表模块(Look-Up Table 2-D) 功能：根据给定的二维平面网格上的高度值，把输入的两个变量经过查表、插值，
计算出模块的输出值，并返回这个值。
说明：对二维输入信号进行分段线性变换。
6．离散传递函数模块(Discrete Transfer Fcn)
功能：用于执行一个离散传递函数。
7．离散零极点传递函数模块(Discrete Zero-Pole)
功能：用于建立一个预先指定的零点、极点，并用延迟算子z-1表示的离散系统。
8．一阶保持器模块(First Order Hold)
功能：在一定时间间隔内保持一阶采样。
特殊数学模块中包括求最大最小值模块(MinMax)、取绝对值模块(Abs)、符号函 数模块(Sign)、取整数函数模块(Rounding Function)等。
8. 数字逻辑函数模块 数字逻辑函数模块包括复合逻辑模块(Combinational Logic)、逻辑运算符模块
(Logical Operator)、位逻辑运算符模块(Bitwise Logical Operator)等。 9. 关系运算模块(Relational Operator) 关系符号包括：==(等于)、≠(不等于)、<(小于)、<=(小于等于)、>(大于)、>=(大
2．模型执行阶段
模型仿真是通过数值积分来进行完成的，计算数值积分可以采用以下两步来进行： ① 按照秩序计算每个模块的积分； ② 根据当前输入和状态来决定状态的微分，得到微分矢量，然后把它返回给解法器， 以计算下一个采样点的状态矢量。在每一个时间步中，Simulink依次解决下列问题：
·按照秩序更新模块的输出； ·按照秩序更新模块的状态； ·检查模块连续状态的不连续点； ·计算下一个仿真时间步的时间。
Simulink的应用
7.1 Simulink工作平台
启动Simulink，通常有两种方法： （1）在MATLAB命令窗口中直接输入Simulink命令；
（2）在MATLAB工具栏上单击Simulink按钮，如图7.1所示。
图7.1 启动Simulink
这样就可打开了Simulink的Simulink Library Brower(库模块浏览器)，如图7.2所示。 在菜单栏中执行File/New/Model命令，就建立了一个名为untitled的模型窗口，如图7.3 所示。在建立了空的模块窗口后，用户可以在此窗口中创建自己需要的Simulink模型。
4．死区输出模块(Dead Zone) 功能：在规定的区内没有输出值。 5．继电模块(Relay) 功能：继电模块(Relay)用于实现在两个不同常数值之间进行切换。 6．选择开关模块(Switch) 功能：根据设置的门限来确定系统的输出。
第 7 章 Simulink的应用
7.3.6 信号与系统模块库(signals &Systems)
第 7 章 Simulink的应用
2．单位延迟模块(Unit Delay)
功能：将输入信号作单位延迟，并且保持一个采样周期相当于时间算子z-1 。