Simulink建模与仿真
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
第3章 Simulink建模与仿真
将仿真数据写入 mat 文件 将仿真数据写入. mat文件 将仿真数据输出到 将仿真数据输出到 Matlab 工作空间 MATLAB 工作空间 使用 Matlab 使用MATLAB 图形显示数据 图形显示数据
图3.10 系统输出模块库及其功能
第3章 Simulink建模与仿真
模块功能说明：
模块功能说明： 有限带宽白噪声
求取输入信号的数学函数值 对输入信号进行内插运算
求取输入信号的数学函数值 对输入信号进行内插运算 输入信号的一维线性内插
输入信号的一维线性内插
输入信号的二维线性内插 输入信号的二维线性内插 输入信号的 n 维线性内插 输入信号的n维线性内插
M函数（对输入进行运算输出结果） M 函数，对输入进行运算输出结果 多项式求值
第3章 Simulink建模与仿真
模块功能说明： 模块功能说明 ： 连续信号的数值微分 连续信号的数值微分 输入信号的连续时间积分 输入信号的连续时间积分 单步积分延迟，输出为前一个输入 单步积分延迟，输出为前一个输入 线性连续系统的状态空间描述 线性连续系统的状态空间描述
线性连续系统的传递函数描述 线性连续系统的传递函数描述 对输入信号进行固定时间延迟 对输入信号进行固定时间延迟 对输入信号进行可变时间延迟 对输入信号进行可变时间延迟 线性连续系统的零极点模型 线性连续系统的零极点模型
合并输入信号块控制信息 信号组合器信号组合器 信号探测器信号探测器 信号维数改变器 选择或重组信号 信号线属性修改 输入信号宽度
信号维数改变器 选择或重组信号 信号线属性修改 输入信号宽度
第3章 Simulink建模与仿真
模块功能说明： 对信号进行分配
Target模块库：主要提供各种用来进行独立可执行代码 或嵌入式代码生成，以实现高效实时仿真的模块。它 们和RTW、TLC有着密切的联系。 (6) Stateflow库：对使用状态图所表达的有限状态 机模型进行建模仿真和代码生成。有限状态机用来描 述基于事件的控制逻辑，也可用于描述响应型系统。
MatlabSimulink系统建模和仿真
图：电容的充电、放电过程的仿真结果。在充电仿真中，输出信号 为系统的零状态响应。在放电过程仿真中，输出信号为系统的零输 入响应。 如果要仿真系统输入信号为任意函数的情况，只需要修改仿 真程序中的输入信号设臵即可。
“实例2.3”单摆运动过程的建模和仿真。 （1）单摆的数学模型 设单摆摆线的固定长度为l ，摆线的质量忽略不计，摆锤质 量为m ，重力加速度为g ，设系统的初始时刻为t=0 ，在任 意 t 0 时刻摆锤的线速度为v(t) ，角速度为 w(t ) ，角位移 为 (t ) 。以单摆的固定位臵为坐标原点建立直角坐标系， 水平方向为x 轴方向。如下图所示。
图：电容的充电电路以及等价系统
（1）数学分析
首先根据网络拓扑和元件伏安特性建立该电路方程组
dy (t ) i (t ) C dt
dy (t ) 1 1 x(t ) y (t ) dt RC RC
y(t ) x(t ) Ri (t )
并化简得
该方程也称为系统的状态方程。在方程中，变量y 代表电 容两端的电压，是电容储能的函数。本例中它既是系统的 状态变量，又是系统的输出变量。
7.1 Matlab编程仿真的方法
7.1.1 概述 通过编程的形式建立计算机仿真模型是最基本的 计算机建模方法。Matlab编程仿真过程就是用编 写脚本文件或函数文件来描述数学模型，并实现 计算机数值求解的过程。 我们把外界对系统产生作用的物理量称为输入 信号或激励，把由于系统内部储存的能量称为系 统的状态，而将系统对外界的作用物理量称为系 统的输出信号或响应。
图：模拟真实示波器显示的调幅仿真波形，仿真中考虑了输 入信号与示波器扫描不同步，载波相位噪声以及加性信道噪 声的影响
7.1.3 连续动态系统的Matlab编程仿真 7.1.3.1 几个实例
Simulink建模与仿真(精华版)
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Simulink的特点:
(1)丰富的可扩充的预定义模块库 ； (2)交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图 ； (3)以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理； (4)通过Model Explorer 导航、创建、配置、搜索模型中的任
Simulink 仿真基础
1 Simulink的概述 2 基本操作 3 基本模块 4 建模方法 5 系统仿真举例
1
3.1 Simulink的概述
Simulink已经成为动态系统建模和仿真领域中应用最为广泛的软件之 一。Simulink可以很方便地创建和维护一个完整的模块，评估不同的 算法和结构，并验证系统的性能。由于Simulink是采用模块组合方式 来建模，从而可以使得用户能够快速、准确地创建动态系统的计算机 仿真模型，特别是对复杂的不确定非线性系统，更为方便。
Accelerator,Rapid Accelerator)来决定以解释性的方式运行 或以编译C代码的形式来运行模型 ； (8)图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性 能和异常行为 ； (9)可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境， 定义信号参数和测试数据； (10)模型分析和诊断工具来保证模型的一致性，确定模型中的错误。
说明 输入信号的积分运算 输入信号的微分运算 实现线性状态空间系统模型 实现线性传递函数系统模型 实现零－极点表达式的传递函数模型 输出前一个时间步的输入值 对输入信号进行传输延时后再输出 对输入信号进行可变时间的传输延时后再输出
⑤ 决定所有无显示设定采样时间的模块的采样时间； ⑥ 分配和初始化用于存储每个模块的状态和输入当前值的存储空间。
simulink建模与仿真流程
simulink建模与仿真流程我们需要在Simulink中创建一个新的模型。
打开Simulink软件后，选择“File”菜单中的“New”选项，然后选择“Model”来创建一个新的模型。
接着，我们可以在模型中添加各种组件，如信号源、传感器、执行器等，以及各种数学运算、逻辑运算和控制算法等。
在建模过程中，我们需要定义模型的输入和输出。
在Simulink中，可以使用信号源模块来定义模型的输入信号，如阶跃信号、正弦信号等。
而模型的输出信号可以通过添加显示模块来实现，如示波器模块、作用域模块等。
接下来，我们需要配置模型的参数。
在Simulink中，可以通过双击组件来打开其参数设置对话框，然后根据需求进行参数配置。
例如，对于控制系统模型，我们可以设置控制器的增益、采样时间等参数。
完成模型的配置后，我们可以进行仿真运行。
在Simulink中，可以选择“Simulation”菜单中的“Run”选项来运行仿真。
在仿真过程中，Simulink会根据模型的输入和参数进行计算，并生成相应的输出结果。
我们可以通过示波器模块来实时显示模型的输出信号，以便进行结果分析和调试。
在仿真过程中，我们可以通过修改模型的参数来进行参数调优。
例如，可以改变控制器的增益值，然后重新运行仿真，观察输出结果的变化。
通过不断调整参数，我们可以优化模型的性能，使其达到设计要求。
除了单一模型的仿真，Simulink还支持多模型的联合仿真。
通过将多个模型进行连接，可以实现系统级的仿真。
例如，我们可以将控制系统模型和物理系统模型进行连接，以实现对整个控制系统的仿真。
在仿真完成后，我们可以对仿真结果进行分析和评估。
Simulink提供了丰富的分析工具，如频谱分析、时域分析和稳定性分析等。
通过对仿真结果的分析，我们可以评估模型的性能，并进行进一步的改进和优化。
Simulink建模与仿真流程包括创建模型、添加组件、定义输入输出、配置参数、运行仿真、参数调优、联合仿真和结果分析等步骤。
薛定宇simulink建模与仿真随书仿真
薛定宇simulink建模与仿真随书仿真
本文介绍了关于薛定宇在其著作《 MATLAB/Simulink在工程实践中的应用》中所提及的Simulink建模与仿真方法。
Simulink是MATLAB中的一个工具箱，可用于建立动态系统模型，并进行仿真分析。
首先是建模方面，Simulink中的模型结构可以看做一个有向图，其中包含系统中各个组件之间的输入输出关系。
对于系统中的各个组件，可以使用Simulink库中已有的组件，如数学运算、逻辑运算等，
也可以通过自定义S-Function的方式实现。
在建模时，需要注意各个
组件之间的连接方式，以确保输入输出之间的连通性。
其次是仿真方面，Simulink提供了多种仿真方法，包括常规仿真、加速仿真、硬件仿真等。
常规仿真是指按照离散时间步长逐步仿真整
个模型，进行结果输出；加速仿真则是在保证精度的前提下，通过一
系列技术加速仿真过程，缩短仿真时间；硬件仿真是指将模型加载到
特定的硬件设备上，进行真实环境的测试。
针对不同的仿真需求，可
以选择适合的仿真方法。
总之，Simulink作为一款强大的建模仿真工具，可以广泛应用于工程实践中，从而加速工程开发过程，提高工程设计效率。
如何使用MATLABSimulink进行动态系统建模与仿真
如何使用MATLABSimulink进行动态系统建模与仿真如何使用MATLAB Simulink进行动态系统建模与仿真一、引言MATLAB Simulink是一款强大的动态系统建模和仿真工具，广泛应用于各个领域的工程设计和研究中。
本文将介绍如何使用MATLAB Simulink进行动态系统建模与仿真的方法和步骤。
二、系统建模1. 模型构建在MATLAB Simulink中，可以通过拖拽模块的方式来构建系统模型。
首先，将系统的元件和子系统模块从库中拖拽到模型窗口中，然后连接这些模块，形成一个完整的系统模型。
2. 参数设置对于系统模型的各个组件，可以设置对应的参数和初始条件。
通过双击模块可以打开参数设置对话框，可以设置参数的数值、初始条件以及其他相关属性。
3. 信号连接在模型中，各个模块之间可以通过信号连接来传递信息。
在拖拽模块连接的同时，可以进行信号的名称设置，以便于后续仿真结果的分析和显示。
三、系统仿真1. 仿真参数设置在进行系统仿真之前，需要设置仿真的起止时间、步长等参数。
通过点击仿真器界面上的参数设置按钮，可以进行相关参数的设置。
2. 仿真运行在设置好仿真参数后，可以点击仿真器界面上的运行按钮来开始仿真过程。
仿真器将根据设置的参数对系统模型进行仿真计算，并输出仿真结果。
3. 仿真结果分析仿真结束后，可以通过查看仿真器界面上的仿真结果来分析系统的动态特性。
Simulink提供了丰富的结果显示和分析工具，可以对仿真结果进行绘图、数据处理等操作，以便于对系统模型的性能进行评估。
四、参数优化与系统设计1. 参数优化方法MATLAB Simulink还提供了多种参数优化算法，可以通过这些算法对系统模型进行优化。
可以通过设置优化目标和参数范围，以及定义参数约束条件等，来进行参数优化计算。
2. 系统设计方法Simulink还支持用于控制系统、信号处理系统和通信系统等领域的特定设计工具。
通过这些工具，可以对系统模型进行控制器设计、滤波器设计等操作，以满足系统性能要求。
simulink建模与仿真
1. 假设从实际应用领域(力学、电学、生态或社会)中，抽象出有初始状态为0的二阶微分方程x"+0.2x'+0.4x=0.2u (t), u(t)是单位阶跃函数。
用积分器直接构造求解微分方程的模型exm1.mdl。
步骤如下：(1)改写微分方程。
把原方程改写为：x"=0.2u(t)-0.2x'-0.4x(2)利用Simulink模块库中的标准模块构作模型。
(3)仿真操作。
(4)保存在MATLAB工作空间中的数据。
u(t):阶跃信号——信号源模块库（Source）Clock:当前时间——信号源模块库（Source）Gain:常数增益——数学运算模块库（Math）Add:求和——数学运算模块库（Math）Integrator:积分——连续系统模块库（Continuous）Scope:示波器——输出模块库（Sinks）To Workspace:输出到工作空间——输出模块库（Sinks）2. 建立二阶系统222)(n n nS S S G ωςωω++=的脉冲响应模型，设ωn=10Hz ，观察当0<ζ<1、ζ=0、ζ=1及ζ>1时系统的响应。
Pulse Generator ：脉冲发生器——信号源模块库（Source ）Transfer Fun ：传递函数——连续系统模块库（Continuous ）Scope ：示波器——输出模块库（Sinks ）ζ=0.2 ζ=0ζ=1 ζ=53．皮球以15米/秒的速度从10米高的地方落下，建立显示球弹跳轨迹的模型。
Gravity：常数——信号源模块库（Source）IC Elasticity：信号的初始值——信号与系统模块库（Signal&Systems）Gain：常数增益——数学运算模块库（Math）Velocity：积分——连续系统模块库（Continuous）Position：有上下边界的有限积分——连续系统模块库（Continuous）Scope：示波器——输出模块库（Sinks）4. 利用使能原理构成一个正弦半波整流器。
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《通信系统仿真》实验报告
姓名杨利刚班级A0811 实验室203 组号28 学号28 实验日期
实验名称实验三Simulink建模与仿真实验成绩教师签字
一、实验目的
1、了解simulink的相关知识
2、掌握Matlab/simulink提供的基本模块库和常用的模块
3、掌握simulink建模仿真的基本方法
二、实验原理
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。
Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模。
它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率，并且提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。
Simulink基本库是系统建模中最常用的模块库，原则上一切模型都是可以由基本库中的模块来构建，为了方便专业用户使用，Simulink还提供了大量的专业模块库，如为通信系统和信号处理而提供的CDMA参考库、通信模块库和DSP模块库等，但是，建议初学者不宜过多使用这些专业库，而应当从所建摸的系统原理入手，利用基本模块来构建系统，以深入理解系统运行情况。
Simulink的常用库模块有12个：
（1）连续时间线性系统库；（2）非连续系统库；（3）离散系统库；（4）查表操作模块；（5）数学函数库；（6）模型检查和建模辅助工具；（7）端口和子系统；（8）信号路由库；（9）信号属性转换库；（10）信号源库；（11）信宿和仿真显示仪器库；（12）用户自定义函数库。
Simulink的建模主要是子系统的建模，子系统建模完成后，再对其进行封装，即完成了一个基本模型的建立。
三、实验内容
1、现有对RLC充放电电路进行仿真的模型。
请参照仿真模型，进行Simulink的建模仿真，相关参数按照例题中的参数设置。
建模仿真过程：
1）在Matlab命令窗口中输入：simulink，启动simulink模型窗口2）建立模型
3）设置参数
仿真模型：
运行结果：
实验结论：
对同一个问题，不同的建模方式不影响实验结果（或者是会影响用算速度和精度，但本程序看不出来）。
四、实验报告
通过分析实验结果可知：
对于同一个问题，建模方式可以有很多种，他们的结果总体趋势都是相同的，细节方面可能不同。