Simulink交互式仿真
第2章simulink 仿真技术(12ji)
2）模块的复制 如果需要几个同样的模块，可以使用按住 鼠标右键并拖动基本模块可进行拷贝。也 可以在选中所需的模块后，使用【Edit】菜 单上的【Copy】和【Paste】。 3）模块的移动 方法：选取中需移动模块，按住鼠标左键 将模块拖到合适的地方即可。 4）模块的删除 在选中待删除模块后，按鼠标右键,在弹出 的子菜单中单击Clear可以完成。
图 2-9 simulink模模块 模型浏览器中Simulink名下的模型共有9大类: 1) 连续系统(Continuous)模块库
主要用于构建连续控制系统的仿真模型
微分运算:对输入信号的做微分运算
积分运算:对输入信号的做积分运算
状态方程:建立状态方程
计算点积:输出两个输入信号的点积
逻辑运算:与、或、非等逻辑运算符 乘法运算:对输入信号做乘法算符 比较运算:>、<、=等算符
信号综合：综合多路信号
4) 端口和子系统(Ports and Subsystems)模块库 子系统：表示在另一系统之内的子系统 5) 信号分配(Signal Routing)模块库 信号分解：将一个向量信号分解输出 手动开关：双击该开关，开关输出在两个输入
3.simulink模型窗的组成
（1）工具条：最左边的几个图标具有标准Windows的 相应操作功能。 （2）状态栏：以图2-10为例，自左至右的文字表示： ①“Ready”表示模型已准备就绪而等待仿真指令。 ②“100%”表示编辑窗模型的显示比例。
③仿真历经的时刻为“T=0”。
④仿真所选取用的积分算法是“ode45”。此外仿真过程中， 在状态栏的空白格中还会出现动态信息。
2.3 仿真算法及仿真参数设置 从模型编辑窗口的Simulation菜单中选择 Configuration parameters命令，打开一个仿真 参数对话框。仿真参数对话框包含5个可以相互 切换的选项卡：
Simulink仿真入门培训
3 ADVIOSR常用的Simulink模块
建模实例：简单的发动机静态、动态扭矩模型
2维表数据输入
建模操作
数据绘3D仿真图
3 ADVIOSR常用的Simulink模块
3.5 数学运算模块（Math Operations）
绝对值模块 点积模块 增益模块 逻辑操纵模块 数学函数模块
范例操作
最大与最小模块
简化的单轮整车模型
r & ω V 为汽车行车速度，V 为车身加速度，M 为车身质量， w为车轮滚动半径， w为车轮角速度， Jw Fµ Fx Ft 为车轮转动惯量， 为地面提供给轮胎的附着力， 为轮胎所受的纵向力， 为汽车的驱动力， Fz Ttr 为汽车所受的法向反作用力， 为发动机传递到驱动轮的驱动扭矩。
范例操作
3 ADVIOSR常用的Simulink模块
3.6 信号路线模块组（Signal Routing）
总线生成模块 总线选择模块 信号分解 信号来源 信号走向 信号混合 开关模块
范例操作 范例操作 范例操作
3 ADVIOSR常用的Simulink模块
3.7 接收器模块组（Sinks）
实时显示模块 浮动示波器 输出信号 示波器 停止仿真 接受终端 到文件 到工作空间 XY绘图模块
车轮角速度ωw减小
S=
ω w ⋅ rw − V V = 1− ω w ⋅ rw ω w ⋅ rw
滑转率 S 减小
附着系数 µ附着系数和滑转率的关系： 路面峰值附着系数： 路面提供的附着力：
路面 干沥青 湿沥青 干水泥 干鹅卵石 湿鹅卵石 雪地 冰面 C1 1.2801 0.857 1.1973 1.3713 0.4004 0.1946 0.05 C2 23.99 33.822 25.168 6.4565 33.7080 94.129 306.39
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。
第五章 Simulink系统建模与仿真
本章重点
Simulink基本结构 Simulink模块 系统模型及仿真
一、Simulink简介
Simulink 是MATLAB 的工具箱之一，提供交互式动态系统
建模、仿真和分析的图形环境
可以针对控制系统、信号处理及通信系统等进行系统的建 模、仿真、分析等工作 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。
从模块库中选择合适的功能子模块并移至编辑窗口中，按 设计要求设置好各模块的参数，再将这些模块连接成系统 Simulink的仿真过程就是给系统加入合适的输入信号模块 和输出检测模块，运行系统，修改参数及观察输出结果等
过程
二、Simulink的基本结构
Simulink窗口的打开
命令窗口：simulink 工具栏图标：
三、Simulink模型创建
7、信号线的标志
信号线注释：双击需要添加注释的信号线，在弹出的文本编辑 框中输入信号线的注释内容
信号线上附加说明：（1） 粗线表示向量信号：选中菜单Forma t|Wide nonscalar lines 即可以把图中传递向量信号的信号线用粗 线标出；（2）显示数据类型及信号维数：选择菜单Format|Port data types 及Format|Signaldimensions，即可在信号线上显示前 一个输出的数据类型及输入/输出信号的维数；（3） 信号线彩 色显示：选择菜单Format|Sample Time Color，SIMULINK 将用 不同颜色显示采样频率不同的模块和信号线，默认红色表示最 高采样频率，黑色表示连续信号流经的模块及线。
同一窗口内的模块复制： （1）按住鼠标右键，拖动鼠标到目标
07-交互式仿真工具Simulink [MATLAB与控制系统仿真][张磊,任旭颖]
![07-交互式仿真工具Simulink [MATLAB与控制系统仿真][张磊,任旭颖]](https://img.taocdn.com/s3/m/6be148a5c8d376eeafaa3129.png)
例7-2-2：Random Number-生成标准分布的随机数，双击该图标后设置其参数。Mean：设置平 均值，默认值是0；Variance：方差，默认值是1（随机数与平均值之间偏差的评价值）；Seed： 随机数种子，默认值是0（0-MAX），MATLAB通过种子值确定产生随机数值的算法，固定的 种子产生固定的随机数；Sample time：指定随机数样本之间的时间间隔。默认值是0.1。
Font style Foreground Color backround Color Block Shadow Show Block Name
设置模块字体 设置模块前景颜色 设置模块背景颜色 设置模板阴影 显示模块名称
转向操作（Rotate&Flip）
模块基本操作
MATLAB与控制系统仿真
7.3 Simulink建模与仿真
显示及输出 模块
（1）打开一个空白Simulink模型窗口； （2）进入Simulink浏览库界面，将功能模块由模块库窗口拖拽到模型窗口中；
Hale Waihona Puke （3）按照给定的框图修改编辑窗口中模块的参数；
（4）连接功能模块，构成所需的系统仿真模型；
（5）对仿真模型进行仿真，随时观察仿真结果，如果发现有不正确的地方，可以停止仿真，对参数进行修订；
MATLAB与控制系统仿真
7.3 Simulink建模与仿真
3.Simulink仿真参数的设置
例7-3-2.已知单位负反馈二阶系统的开环传递函数G(s)，绘制单位阶跃响应的实验结构，并使用
simulink完成仿真实验。
（1）点击【New Model】，新建一个模型窗口；
G(s)
10 s2 3s
MATLAB与控制系统仿真
第五章 SIMULINK仿真基础
设置仿真参数
28
1．解题器（Solver）选项
（1）Simulation time组：设置仿真起止时间。
（2）Solve options组：选择求解器，并为其
指定参数。
– 变步长算法（Variable-step） – 固定步长算法（Fixed-step）。
29
2．数据输入输出选项（Data Import/Export）
6
SIMULINK仿真基础
在工程实际中，控制系统的结构往往很复
杂，如果不借助专用的系统建模软件，则 很难准确地把一个控制系统的复杂模型输 入计算机，对其进行进一步的分析与仿真。
1990年MathWorks公司为MATLAB增加了 用于建立系统框图和仿真的环境 1992年公司将该软件改名为SIMULINK
– None：不做任何反应。 – Warning：提出警告，但警告信息不影响程序的运行。 – Error：提示错误，运行的程序停止。
31
观察Simulink的仿真结果
观察仿真结果的方法有以下几种：
– 将仿真结果信号输入到输出模块“Scope”示波
器、“XY Graph”二维X-Y图形显示器与
“Display”数字显示器中，直接查看。 – 将仿真结果信号输入到“To Workspace”模块中， 再用绘图命令在MATLAB命令窗口里绘制出图形。 – 将仿真结果信号返回到MATLAB命令窗口里，再 利用绘图命令绘制出图形。
25
第二节 SIMULINK功能模块的处理
基本操作包括： 1. 选取模块 2. 复制与删除模块 3. 模块的参数和属性设置 4. 模块外形的调整 5. 模块名的处理 6. 模块的连接 7. 在连线上反映信息
26
simulink仿真流程
simulink仿真流程标题，深入了解Simulink仿真流程。
Simulink是一种用于建模、仿真和分析动态系统的工具，它可以帮助工程师们更好地理解和设计复杂的控制系统。
在本文中，我们将深入探讨Simulink的仿真流程，以帮助读者更好地了解如何使用Simulink进行系统仿真。
Simulink仿真流程可以分为以下几个步骤：1. 模型建立，首先，我们需要在Simulink中建立系统的模型。
这可以通过拖放各种组件来实现，包括传感器、执行器、控制器等。
这些组件可以通过连接线连接起来，以构建系统的整体模型。
2. 参数设置，在建立模型后，我们需要设置各个组件的参数，包括传感器的灵敏度、执行器的动态响应等。
这些参数设置将直接影响系统的仿真结果。
3. 信号输入，接下来，我们需要确定系统的输入信号，这可以是一个预先定义的信号，也可以是一个外部输入。
这些输入信号将作为系统的激励，驱动系统进行仿真。
4. 仿真运行，一切就绪后，我们可以开始运行仿真。
Simulink将根据模型和参数设置，以及输入信号，模拟系统的动态行为，并输出相应的仿真结果。
5. 结果分析，最后，我们需要对仿真结果进行分析。
这包括系统的响应曲线、稳定性分析、频域特性等。
通过对仿真结果的分析，我们可以评估系统的性能，并进行必要的调整和优化。
总的来说，Simulink的仿真流程涉及模型建立、参数设置、信号输入、仿真运行和结果分析等多个环节。
通过深入了解Simulink的仿真流程，我们可以更好地利用这一工具来进行系统建模和分析，从而更好地理解和设计复杂的控制系统。
第4章 SIMULINK仿真
• （9）Signal Attributes（信号属性模块库）和Signal Attributes（信号属性模块库） Routing（信号路由模块库） Routing（信号路由模块库）
• • • • • • • • • • • • • • • 这两个模块库主要是由描述信号系统的模块构成，其中主要模块有： Data Type Conversion （数据类型转换器） IC（初始状态）； Probe（探测器）； Width（带宽）； Bus Creator（总线生成器）； Bus Selector（总线选择器）； Data Store Memory（数据记忆存储）； Data Store Read（数据读存储）； Data Store Write（数据写存储）； From（导入）； Goto（传出）； Goto Tag Visibility（传出标记符可视性）； Multiport Switch （多路选择开关）； Mux（混合）
• （7）Model Verification（模型辨识模块库）和ModelVerification（模型辨识模块库） ModelUtilities（扩展模型模块库） Wide Utilities（扩展模型模块库） • 这两个模块库由描述模型辨识的和扩展模型模块构成，其 中主要模块有： • Assertion（确认）； • Check Discrete Gradient（检查离散梯度）； • Check Dynamic Range（检查动态系统范围）； • Check Dynamic Lower Bound（检查动态系统低段范围） • Check Static Range（检查静态系统范围）； • Check Input Resolution （检查输入分辨率）； • DocBlock（模块注释文本）； • Model Info（模型信息）； • Timed-Based Linearization（基于时间的线性化模型）
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第 8 章S imulink交互式仿真
Simulink是一个进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。
它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。
Simulink有两大特征：一，建模借助鼠标交互实现；二，模型运作以时间流方式进行。
所以即使比较熟悉MATLAB工作环境和编程模式的读者，在初入Simulink领地时，也不免感到生疏。
为帮助读者亲身跨过Simulink门槛，本章第2节以算例形式对建模的数学基础、基本器件、操作手法、工作平台进行了细节性的描述。
就详细程度而言，尤以本章第一个算例为最，初学者切莫跳过。
像MATLAB编程需要函数、子函数、条件分支、循环控制一样，Simulink建模，尤其是创建较复杂的模型，就必须有简装子系统、精装子系统、使能子系统、触发子系统、循环子系统。
本章的第3、4、5节就专门阐述这些子系统创建、工作机理、以及应用示例。
从时间角度分，Simulink模型有连续和离散之分。
本章除第6节用于专述纯离散系统和采样离散系统建模外，其余章节所涉的内容对连续、离散两种系统都适用。
已建Simulink模型的运行、仿真分析，即可以通过鼠标手工操纵，也可以借助一组指令自动操控。
鼠标操纵法的特点是：该法只能在Simulink模型窗中实施，参数的设置必须由“人”通过对话窗进行。
而指令自动操控法可以摆脱Simulink模型窗，在执行过程中无须人工参与。
本章第7节的内容就是为Simulink模型的指令自动操控而设计的。
本章第8节是出于Simulink模型解算的数值问题而编写的。
该节还给出了消减仿真模型中“代数环困扰”的具体方法。
就像MATLAB编程中用户常常需要编写“供自己专用的模块化函数”那样，在Simulink 建模中，用户也会需要创建一些“供自己专用的模块”，即S函数模块。
有关S函数模块的创建在本章的最后一节介绍。
在这引言结束之前，本书读者再次诚恳地建议读者：对待本章的算例，一定要“眼、脑、手”并用，一定要在机器具体运作，切忌停留于“翻阅”。
为读者参照需要，本章所有算例中带exm前缀的MDL模型文件和相关的M文件都存放在随书光盘的mfile目录上。
8.1引导
8.1.1Simulink模型本质和一般结构
（1）Simulink块图模型的本质
（2）Simulink模型的一般结构
8.1.2创建块图模型的方法和基本环境
（1）
（2）
（3）
图 8.1-2 Simulink 库浏览器的组成
（4）
（5）
8.2
连续系统建模
8.2.1 微分方程建模和积分模块 1
微分方程块图模型的创建和操作细节
【例8.2-1】在图8.2-1所示的系统中，已知质量1=m kg ，阻尼2=b N.sec/m ，弹簧系数
100=k N/m ，且质量块的初始位移05.0)0(=x m ，其初始速度0)0(=x
m/sec ，要求创建该系统的Simulink 模型，并进行仿真运行。
图8.2-1 弹簧—质量—阻尼系统
（1）
（2）
（3）
图8.2-2 复制进建模所需的各种库模块后的模型编辑器
图8.2-3 常用模块子库的库藏
（4）
（5）
图8.2-4 经模型窗内模块再复制后的模型编辑器（6）
（7）
图8.2-5 经布局和增益模块方向反转的模型草图（8）
图8.2-6 完成前馈通路连接的模型草图
图8.2-7 完成<Gian>模块的输入输出口信号线的连接（9）
图8.2-8 改变<Gain>模块的增益
图8.2-9 完成连线和增益设置后的模型窗（10）
图8.2-10 实现初始位移0.05设置的<Integrator1>设置窗（11）
（12）
图8.2-11 完全符合题给要求的系统仿真模型
图8.2-12 默认设置下示波器显示的信号曲线（13）
图8.2-13 经纵轴范围自动调整后显示的信号曲线
2创建微分方程的向量化块图模型
【例8.2-2】利用模块的向量处理能力，建立例8.2-1系统的Simulink仿真模型。
（1）
（2）
图8.2-13 示波器参数设置对话框
图8.2-14 上显示窗的纵坐标范围设置
（3）
（4）
图8.2-15 利用库模块处理向量信号的能力构件的仿真模型
图8.2-16 exm080202.mdl运行后显示的曲线（5）
（6）
图8.2-17 在仿真参数配置窗中把最大步长修改为0.14
3 积分模块
(a)
(b)
图8.2-18 积分模块的默认外形和最多端口外形
（1）
（2）
8.2.2 状态空间建模
1
状态空间模块及其建模应用
图8.2-19 状态空间库模块的图标
【例8.2-3】在图8.2-20所示的倒立摆（Inverted Pendulum ）系统中，定义状态变量
x x x x x x ====4
321 , , ,θθ，输出量x y ==21y ,θ。
输入量由Kx -=u 全状态反馈产生，倒立摆系统的动态由式（8.2-9）的状态方程（State Equation ）描述。
试用Simulnk 块图模型研究该系统在[]T
000
1.0)0(=x 初始条件下的动态响应。
图 8.2-20 倒立摆示意图
⎪⎩
⎪
⎨⎧-==+=Kx Cx
y B Ax x u u （8.2-9）
其中，
⎥⎥⎥⎥⎦
⎤⎢
⎢⎢
⎢⎣⎡
-=00
4905.010********.200010A ，⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=5.0010B ，⎥⎦
⎤⎢⎣⎡=01000001C ，[]3945.730989
.1636972
.601504
.298----=K 。
（1）
图8.2-21 用状态空间模块构建的解题模型
（2）
图8.2-22 状态空间模块参数设置对话窗（3）
图8.2-23 倒立摆的摆角和小车位移的动态曲线
2模型内存和模型浏览器
（1）
图8.2-24 模型浏览器和模型内存
（2）
【例8.2-4】基于式（8.2-14），借助状态空间<State-Space>模块构建例8.2-3倒立摆系统的解题模型（参见图8.2-21）。
（1）
图8.2-25 据式（8.2-14）构造的解题模型
（2）
（3）
图 8.2-26 选中“模型内存”节点形成的操控区
（4）
8.2.3 传递函数建模及模型内存的操控 1
单位脉冲信号的近似实现
（1）近似单位脉冲的设计准则
（2）借助阶跃函数合成近似单位脉冲 （3）借助脉冲发生器生成近似单位脉冲
2 传递函数模块和非零初始系统建模
图8.2-27 传递函数库模块的图标
【例8.2-5】已知图8.2-1所示弹簧—质量—阻尼系统中，质量1=m kg ，阻尼2=b N.sec/m ，
弹簧系数100=k N/m ，质量块的初始位移05.0)0(=x m ，初始速度5.0)0(=x
m/sec ，方向与位移一致的外力)(10)()(t u t u f t f a ==，)(t u 是单位阶跃函数。
要求创建该系统的Simulink 模型，并进行仿真运行。
图8.2-28 借助传递函数模块构建的模型
（1）根据物理规律建立理论传递函数模型
（2）构建图8.2-28所示Simulink 传递函数模型的关键步骤
（3）仿真运行
图8.2-29 在外力作用下质量块的位移曲线。