第六章 Simulink组件的基本使用方法

Simulink模型仿真举例 仿真结果
Matlab基础与应用
Simulink模型仿真举例
离散系统 分期还款问题 设每个月月末贷款余额 b(k ) 为月初余额与月利息的和， 再减去月末的还款额 p (k )。于是第 k 月月末的余额：
b(k ) rb(k 1) p(k )
其中 r 1 I ， I 为月利息。假设初始贷款余额为15000 元，利率为1%，每月偿还200元，试计算100次偿还后的 贷款余额。 根据题目要求建立模型，进行仿真。模型及仿真结果见 下图。
Matlab基础与应用
Simulink组件的基本构成
Memory：记忆模块，输出的是前一步的采样保持值。 Discrete State-Space：离散状态空间系统模型，与连续时 间的状态空间模块相似。 Discrete Filter：离散滤波器模块，实现IIR与FIR滤波器。 Discrete Zero-Pole：离散零极点模块，用指定的零极点建 立离散系统模型。
源自文库模型仿真
Matlab基础与应用
Simulink模型的建立与仿真
仿真参数设置 在模型窗口选择菜单“Simulation”“Configuration parameters…” 解算器（Solver）的设置 (1) 仿真时间设置(Simulation time) 仿真的起始时间(Start time) 仿真的结束时间(Stop time) (2) 解法设置(Solver options) 仿真的过程一般是求解微分方程组，“Solve options”的内 容是针对解微分方程组的设置。 (3) 输出模式Output options 变步长时可进行设置 ，可以达到不同的输出效果。
分析：要模拟此系统，先要写出其运动方程。设小车的 位移为 x ，小车受到的力为：弹性力 kx 和阻力 cx 。那么 小车的运动方程：
mx cx kx 0
代入数据得到
0.2 x 0.4 x , x(0) 1, x(0) 0 x
Matlab基础与应用
Matlab基础与应用
Simulink组件的基本构成
State-Space：线性状态空间模块，使用矩阵形式表示的系 统模型，可以给出初值。 Zero-Pole：零极点传递函数模块，用指定的零极点建立连 续系统模型，输入可以是向量或者标量。
Transport Delay：时间延迟模块，将输入延迟指定的时间后，
Matlab基础与应用
Simulink模型仿真举例
仿真结果
Matlab基础与应用
谢 谢！
Matlab基础与应用
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
4 2 0 -2 -4 -2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Matlab基础与应用
Simulink模型仿真举例
直接利用传递函数方法
带有磁滞回线的非线性环节 控制系统框图如下所示，其中磁滞宽度 c1 1
通过simulink建立模型
Matlab基础与应用
Matlab基础与应用
Simulink组件的基本构成
输出池模块组（Sinks）
Out1：输出端口模块，代表整个系统的输出端子。 Scope：示波器，是显示数据结果的有效形式。 XY Graph：XY示波器模块，显示二维图形。 To File(.mat)：将输出写入数据文件，该模块把它的输入值 保存到mat文件中。 To Workspace：将输出写入MATLAB的工作空间 Stop Simulation：仿真终止模块，终止正在进行的仿真模块。 Terminator：信号终结模块。
Matlab基础与应用
Simulink组件的基本构成
信号路线发送模块组（Signal Routing）
Mux：混路器模块，将多路信号依照向量的形式混合成一路 信号。 Demux：分路器模块，将混路器组成的信号分解为多路信号。 Selector：选路器模块，可从多路信号中按希望输出所需的 信号。 Switch：开关模块，由开关量的值选择由哪路输入信号直接 产生输出信号。
Simulink模型仿真举例 在simulink中建立仿真模型如下
Matlab基础与应用
Simulink模型仿真举例
仿真结果
Matlab基础与应用
Simulink模型仿真举例
仿真结果
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Matlab基础与应用
Simulink模型仿真举例
x1 y x2 y
x1 x2 x2 ( x12 1) x2 x1
Matlab基础与应用
Simulink模型仿真举例
系统模型:
Matlab基础与应用
Simulink模型仿真举例
仿真结果
4 2 0 -2 -4 data1 data2
Matlab基础与应用
Simulink组件的基本构成
模型库浏览器（Library Browser） 在matlab的命令窗口中键入 simulink，或者在matlab工具栏 中单击simulink模块库按钮，就 可以打开simulink库，如右图所 示。
Matlab基础与应用
Simulink组件的基本构成
Matlab基础与应用
Simulink组件的基本构成
数学运算模块组（Math Operations） 数学运算模块组内的模块用于对输入信号进行数学操作。
Abs：取绝对值，求取输入信号的绝对值。 Real-Image to Complex：实部虚部合成复数，根据输入的 实部和虚部构建复数信号。 Gain：增益模块，输出为输入与增益的乘积。 Math Function：数学函数模块，对输入信号实现特定的数 学函数运算。 还有其他的一些数学运算模块，其功能是显而易见的，包括 Sum：加减运算模块；Product：乘运算；Dot Product：点 乘运算；Trigonometric Function：三角函数；MinMax：最 值运算；Sign：符号函数；
信号源模块组（Sources） 这一部分的模块包括各种常用的输入信号，其内容主要包 括：
Constant：常数模块，可以产生一个常数值，用作给定输入。 Signal Generator：信号发生器，可以产生正弦、方波、锯 齿波及随意波。 Step：阶跃波信号，可生成一个按给定的时间开始的阶跃信 号，信号的初始值和终值都可以设定。
其他模块 Simulink中还有很多实现其他功能的模块，包括断续模块 组、查表模块组、模型校验模块组等。
Matlab基础与应用
Simulink模型的建立与仿真
模型窗口的建立和保存 模块的有关操作
模块大小调整 模块旋转 模块连接 模块标签的改变 增加阴影 模块参数修正
联机帮助系统 模块输出与打印
第六章 Simulink组件的基本使用方法
本章内容 Simulink简介 Simulink组件的基本构成 Simulink模型的建立与仿真 Simulink模型应用举例
Matlab基础与应用
Simulink简介
Simulink是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模 和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其 与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是 使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言 的编程上。 SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用 户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察 模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它 们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进行存 取），进而进行仿真与分析。
在传输给输出信号。 Variable Transport Delay：可变时间延迟模块。
Matlab基础与应用
Simulink组件的基本构成
离散模块组（Discrete）
Unit Delay：单位延迟模块，将输入信号做单位延时并保持 一个采样周期，可以设置采样周期和初始值。 Zero-Order Hold：零阶保持器，在一个计算步长内将输出的 值保持在同一个值上。 First-Order Hold：一阶保持器，依照一阶插值的方法计算下 一个步长下的输出值。 Discrete-time Integrator：离散时间积分器，实现离散的欧 拉积分，可以设置初值和采样时间。 Discrete Transfer-Fcn：离散传递函数模型，与连续传递函 数结构相同，可以设置采样时间。
Clock：时钟信号，输出仿真中的当前时间，以秒为单位。
From File(.mat)：来自数据文件，从文件读数的模块，可 以从规定的数据文件中读取数据作为其他模块的输入值。
Matlab基础与应用
Simulink组件的基本构成
From Workspace：来自MATLAB的工作空间，可以从工作 空间中读取数据，数据源至少有两列，第一列为单调递增函 数的时间，其他列为对应的数据。 Ground：接地线模块，一般用于表示零输入模块，若一个模 块的输入端子没有接任何模块，在simulink中仿真中经常给 出错误，这个模块就是为了避免这种错误。 Pulse Generator：脉冲发生器，产生脉冲信号的模块。 Sine Wave：正弦波信号，产生正弦波的模块。 Repeating Sequence：重复信号，产生不同规律重复信号 的模块。
Matlab基础与应用
Simulink组件的基本构成
连续模块组（Continuous） 连续模块组内的模块主要用于对连续系统建模。
Derivative：数值微分器模块，其作用是将输入端的信号经 过一阶数值微分，在输出端输出。
Transfer-Fcn：传递函数模块，使用分子分母多项式的形式
给出传递函数。 Integrator：积分器模块，对输入进行积分，可以设定初始条 件。
Matlab基础与应用
Simulink组件的基本构成
逻辑和位操作模块组（Logic and Bit Operations） 逻辑和位操作模块组内的模块主要用于对输入信号进行逻 辑处理。
Bit Clear：位清零模块，将存储数据指定的位清零。 Bitwise Operator：位操作运算模块，对输入信号进行位操 作。 Combinational Logic：组合逻辑模块，根据指定真值表对输 入信号进行组合逻辑运算。 Compare to Constant：与常数比较模块，将输入信号与设 定的常数进行组合逻辑运算。 Logical Operator：逻辑运算模块，对信号进行逻辑运算。 Relational Operator：关系运算模块，进行关系运算。
Matlab基础与应用
Simulink模型仿真举例
状态空间方法
例1：二阶阻尼系统 考虑图中的阻尼二阶系统，设阻尼系数 c 1.0 ，弹簧弹性 系数为 k 2 ，小车质量 m 5kg 。系统无输入，初始位置 距平衡点 1.0m 。试模拟小车的运动。
Matlab基础与应用
Simulink模型仿真举例