实验十八—离散系统的Simulink仿真
系别 班级 姓名 学号 电子信息学院 课程名称 实验名称 实验时间 指导教师 报 告 内 容 信号与系统实验 离散系统的 Simulink 仿真 2013 年 12 月 20 日
一、实验目的
1．掌握离散系统的 SIMULINK 建模方法。 2．掌握离散系统响应，频域响应的 SIMULINK 仿真方法。
二、实验原理介绍
离散系统的 SIMULINK 建模、仿真方法与连续连续系统的相似，其系统模型主要有 z 域模型、传输函数模型和 状态空间模型的形式。
现采用图 1 的形式建立系统仿真模型，结合如下仿真的命令，可得到系统的状态空间变量、频率 响应曲线、单位阶跃响应和单位冲激响应的波形
1
系统模型
1
ln1Out1来自Ts，即 0 ~ ） 。Ts 为取样周期，
三、实验内容
1、离散系统时域框图如图 18-9 所示。建立 SIMULINK 模型，求其状态空间矩阵、系统函数表达 式、冲激响应、阶跃响应和频率特性。
图18-9
系统模型 M文件程序： syms z [A,B,C,D]=dlinmod('l18') I=[1 0;0 1]; H=C*inv(z*I-A)*B+D figure(6); subplot(2,1,1);dimpulse(A,B,C,D);grid; subplot(2,1,2);dstep(A,B,C,D);grid; figure(7);grid dbode(A,B,C,D,1,1,0:0.001:2*pi) 系统的状态空间矩阵： A =-0.2500 0 0 0.3333
B = 1.0000 1.0000 C =-0.2500 0.3333 D =2 H =-1/(4*z+1)+1/(3*z-1)+2
四、实验结论与心得
成绩
教师签名
批改时间
年
月
日
图 1 系统响应 Simulink 仿真的综合模型
仿真命令： [A,B,C,D]=dlinmod(‘模型文件名’) %求状态空间矩阵。注意：’模型文件名’不含扩展名 dimpulse(A,B,C,D) %求冲激响应的波形 dimpulse(A,B,C,D,1,N1:N2)%求 k=N1—N2 曲线（步长为 1）的冲激响应 dimpulse(A,B,C,D,1,N1： N :N2)%求冲激响应在 k=N1—N2 曲线（步长为 N ）的部分样值 dstep(A,B,C,D) %绘制系统阶跃响应的波形 dstep(A,B,C,D,1,N1: N :N2) dbode(A,B,C,D,Ts)； 一般取 Ts=1. dbode(A,B,C,D,Ts,iu:w0: w :w1)；%求频率响应（频率范围： w0 w1 ，即 (w0 w1)Ts ， ：iu 为系统输入端口的编号，系统只有一个输入端口时取 iu=1. w 为频率步长） 以上命令，可以逐条在 MATLAB 命令窗口输入、执行，也可编写成 M 文件并运行，获得所需结果 %求频率响应（频率范围： 0 ~
SIMULINK仿真
后面的每一列对应每一个输入端口，矩阵的第一行表示某 一时刻各输入端口的输入状态。另外，也可以把矩阵分开 来表示，即MATLAB默认的表示方法[t，u]，其中t是一维 时间列向量，表示仿真时间，u是和t长度相等的n维列向 量（n表示输入端口的数量），表示状态值。例如，在命 令窗口中定义t和u：
条件执行子系统分为
1．使能子系统
使能子系统表示子系统在由控制信号控制时，控制信号由 负变正时子系统开始执行，直到控制信号再次变为负时结 束。控制信号可以是标量也可以是向量。
建立使能子系统的方法是：打开Simulink模块库中的Ports & Subsystems模块库，将Enable模块复制到子系统模型 中，则系统的图标发生了变化。
阵、结构和包含时间的结构3种选择。“Limit data points to last”用来限定保存到工作空间中 的数据的最大长度。 输出选项（Output options）有： ① Refine output（细化输出） ② Produce additional output（产生附加输出） ③ Produce specified output only（仅在指定 的时刻产生输出）
4.1 初识Simulink—— 一个简单的仿 真实例
在MATLAB的命令窗口输入Simulink，或单击MATLAB主 窗口工具栏上的“Simulink”命令按钮即可启动Simulink。 Simulink启动后会显示如图4.1所示的Simulink模块库浏览 器（Simulink Library Browser）窗口。
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MATLAB实验SIMULINK仿真
实验九SIMULINK仿真一、实验目的SIMULINK是一个对动态系统（包括连续系统、离散系统和混合系统）进行建模、仿真和综合分析的集成软件包，是MA TLAB的一个附加组件，其特点是模块化操作、易学易用，而且能够使用MATLAB提供的丰富的仿真资源。
在SIMULINK环境中，用户不仅可以观察现实世界中非线性因素和各种随机因素对系统行为的影响，而且也可以在仿真进程中改变感兴趣的参数，实时地观察系统行为的变化。
因此SIMULINK已然成为目前控制工程界的通用软件，而且在许多其他的领域，如通信、信号处理、DSP、电力、金融、生物系统等，也获得重要应用。
对于信息类专业的学生来说，无论是学习专业课程或者相关课程设计还是在今后的工作中，掌握SIMULINK，就等于是有了一把利器。
本次实验的目的就是通过上机训练，掌握利用SIMULINK对一些工程技术问题（例如数字电路）进行建模、仿真和分析的基本方法。
二、实验预备知识1. SIMULINK快速入门在工程实际中，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，Math Works软件公司为MATLAB提供了新的控制系统模型图输入与仿真工具，并命名为SIMULAB，该工具很快就在控制工程界获得了广泛的认可，使得仿真软件进入了模型化图形组态阶段。
但因其名字与当时比较著名的软件SIMULA类似，所以1992年正式将该软件更名为SIMULINK。
SIMULINK的出现，给控制系统分析与设计带来了福音。
顾名思义，该软件的名称表明了该系统的两个主要功能：Simu（仿真）和Link（连接），即该软件可以利用系统提供的各种功能模块并通过信号线连接各个模块从而创建出所需要的控制系统模型，然后利用SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真和分析。
⏹SIMULINK的启动首先启动MATLAB，然后在MA TLAB主界面中单击上面的Simulink按钮或在命令窗口中输入simulink命令。
实验报告5Simulink仿真[推荐五篇]
![实验报告5Simulink仿真[推荐五篇]](https://360docs-1393072327.cos.ap-beijing.myqcloud.com/938234db5ff7ba0d4a7302768e9951e79b896917.webp)
实验报告5Simulink仿真[推荐五篇]第一篇：实验报告 5 Simulink仿真实验五 Simulink仿真（一）一、实验目的1、熟悉Simulink仿真环境2、了解Simulink基本操作3、了解Simulink系统建模基本方法3、熟悉Simulink仿真系统参数设置和子系统封装的基本方法二、实验内容1、在matlab命令窗口中输入simulink,观察其模块库的构成；2、了解模块库中常用模块的使用方法；3、已知单位负反馈系统的开环传递函数为G=100s+2s(s+1)(s+20)建立系统的模型，输入信号为单位阶跃信号，用示波器观察输出。
4、建立一个包含Gain、Transfer Fcn、Sum、Step、Sine Wave、Zero-Pole、Integrator、Derivative等模块构成的自定义模块库Library1；5、建立如图7-12所示的双闭环调速系统的Simulink的动态结构图，再把电流负反馈内环封装为子系统，建立动态结构图。
三、实验结果及分析：图5-1图5-2图5-3图5-4双闭环调速系统的Simulink的动态结构图图5-5把电流负反馈内环封装为子系统的动态结构图双击Subsystem模块，编辑反馈电流环Subsystem子系统，如图5-6所示：图5-6分析：Simulink是Mathworks开发的MATLAB中的工具之一，主要功能是实现动态系统建模、仿真与分析。
可以在实际系统制作出来之前，预先对系统进行仿真与分析，并可对系统做适当的适时修正或按照仿真的最佳效果来调试及整定控制系统的参数，达到提高系统性能。
减少涉及系统过程中的反复修改的时间、实现高效率地开发系统的目标。
Simulink提供了建模、分析和仿真各种动态系统的交互环境，包括连续系统、离散系统和混杂系统，还提供了采用鼠标拖放的方法建立系统框图模型的图形交互界面。
第二篇：仿真实验报告仿真软件实验实验名称：基于电渗流的微通道门进样的数值模拟实验日期：2013.9.4一、实验目的1、对建模及仿真技术初步了解2、学习并掌握Comsol Multiphysics的使用方法3、了解电渗进样原理并进行数值模拟4、运用Comsol Multiphysics建立多场耦合模型，加深对多耦合场的认识二、实验设备实验室计算机，Comsol Multiphysics 3.5a软件。
simulink中的欧拉离散化
simulink中的欧拉离散化欧拉离散化是数值计算中的一种方法，常用于对连续系统进行离散化处理。
在Simulink中，欧拉离散化是一种常见的模拟仿真方法，可以将连续时间模型转换为离散时间模型，用于系统的数值计算和仿真。
欧拉离散化的基本原理是将连续时间系统的微分方程通过差分逼近的方法离散化，将连续时间的状态和输入变量转换为离散时间的状态和输入信号。
在Simulink中，可以通过选择欧拉离散化方法来对连续时间模型进行离散化处理。
在Simulink中使用欧拉离散化方法，需要注意以下几点。
首先，需要确保所使用的模型是连续时间模型，在模型参数中设置模拟步长，通常选择一个适当的步长值，以保证模拟效果和计算速度的平衡。
接下来，在仿真设置中选择欧拉离散化方法，可以是前向欧拉或后向欧拉方法。
前向欧拉方法是通过使用当前系统状态和输入变量进行差分逼近，计算下一个离散时间步长的状态值；而后向欧拉方法是通过使用下一个离散时间步长的状态值和当前输入变量进行差分逼近，计算当前离散时间步长的状态值。
根据具体系统的特点选择合适的欧拉离散化方法。
在Simulink中使用欧拉离散化方法进行仿真时，还需要关注模型的初值设定和仿真终止条件。
确保模型具有合适的初值设定，以保证仿真的准确性和可靠性。
同时，根据实际需求设置仿真终止条件，例如仿真的时间长度、达到一定精度或满足某些约束条件。
利用Simulink中的欧拉离散化方法，可以方便地对连续时间系统进行仿真和数值计算。
通过选择合适的离散化方法和参数设置，可以得到精确、准确的仿真结果。
同时，结合Simulink中丰富的工具和功能，可以进一步分析和优化系统的性能，提高系统的稳定性和可靠性。
总结来说，Simulink中的欧拉离散化方法是一种常用的连续系统离散化处理方法，通过选择合适的仿真设置和参数配置，可以得到准确、可靠的仿真结果。
在实际应用中，需要根据具体系统的特点和需求，选择合适的离散化方法和参数设置，以确保仿真结果的准确性和可靠性。
SIMULINK仿真基础之离散时间系统分析
动态性能分析
动态性能分析主要关注离散 时间系统在输入信号的作用 下，系统状态随时间变化的
特性。
动态性能可以通过系统的传 递函数或状态方程进行分析 ，常用的性能指标包括系统 的超调和调节时间、上升时
间、峰值时间等。
根据系统要求，确定优化设计的性能指标，如响 应速度、稳定性、鲁棒性等。
仿真验证
通过Simulink等仿真工具对优化后的系统进行 仿真验证，评估性能指标是否满足要求。
离散时间系统优化设计的结果评估
性能指标对比 参数灵敏度分析
可行性分析 综合评估
将优化后的系统性能指标与原始系统进行对比，评估优化的效 果。
除了极点位置，系统的稳定性还可以通过其他方法进行判断，如劳斯-赫尔维茨准则和庞德里亚金稳定性 定理等。
收敛性分析
收敛性分析主要关注离散时间系统在迭代过程中是否能够收敛到某个固定 点或稳定状态。
收敛速度与系统的收敛阶数有关，收敛阶数越高，收敛速度越快。收敛阶 数可以通过系统的迭代公式或矩阵特征值来计算。
离散时间系统的特点
离散时间信号只在离散的时间点上取值。
离散时间系统的动态行为由差分方程描述。
离散时间系统的稳定性分析通常采用Z变换和差分 方程的方法。
离散时间系统的应用场景
数字信号处理
数字滤波器、数字控制系统等。
计算机控制系统
计算机控制系统中的离散时间模型。
通信系统
数字通信、调制解调等。
数字图像处理
可编程逻辑器件（PLD）
可编程逻辑器件是一种用户可编程的集成电路，如FPGA和CPLD。它们能够实 现各种数字逻辑和组合逻辑功能，适用于大规模离散时间系统的实现。
SIMULINK的仿真运行
图6-35
1、调整示波器Y轴范围： 在示波器模块的窗口中右点鼠标—点Axes properties —调整Y轴范围。 2、调整示波器X轴范围： 在波器模块的窗口中，利用快捷按钮“ ”， 可打开示波器模块参数对话框,调整Time range--点ok 3、波形失真的修改： 在模型编辑窗口，点菜单simulation– 点simulation parameters调整Max step size为 0.1或更小。 4、工具栏中快捷按钮 自动调整X轴与Y轴范围。
5.4 SIMULINK模型的仿真运行 模型的仿真运行 构建好一个系统的模型之后，就是运行模型， 得出仿真结果。仿真的完整过程分成三个步骤： 1、设置仿真参数 仿真的目的就是求系统数学模型的解，最基本 的算法是数值积分法。在启动仿真之前，先设置仿 真算法和参数。 2、启动仿真 3、仿真结果分析
一、设置仿真参数和选择解算器 设置仿真参数和选择解算器，在模型编辑窗口 选择Simulation菜单下的Parameters命令，就会 弹出一个仿真参数对话框，它主要用三个页面 来管理仿真的参数。 I. Solver页，它允许用户设置仿真的开始和结束 时间，选择解算器，说明解算器参数及选择一 些输出选项。
kp=0.478,ki=9.36
仿真步长模式：用户在Type后面的第一个下拉选 项框中指定仿真的步长选取方式，可供选择的 有Variable-step（变步长）和Fixed-step（固定步 长）方式。变步长模式可以在仿真的过程中改 变步长，提供误差控制和过零检测。固定步长 模式在仿真过程中提供固定的步长，不提供误 差控制和过零检测。 用户还可以在第二个下拉选项框中选择对应模式 下仿真所采用的算法。 变步长模式解法器有：ode45，ode23，ode113， ode15s，ode23s，ode23t，ode23tb和discrete。
国开电大 Matlab语言及其应用 实验任务：Simulink系统 建模与仿真实验报告
实验报告班级：姓名：学号：实验二名称：实验任务：Simulink系统建模与仿真实验内容与实验要求：simulink是matlab提供的可视化仿真环境。
通过一个二阶系统实例体会simulink仿真过程、步骤、参数设置等特点。
用两种方法：直接使用系统函数模块建立一个二阶系统，系统的开环传递函数为：使用系统串联的模式重新建立上面的二阶系统。
熟悉simulink环境。
理解其中的基本库和基本模块。
熟悉建模的步骤和参数的设置。
实验步骤：1、启动Simulink，打开Simulink模块库（1）启动Simulink。
单击MATLAB Command窗口工具条上的Simulink图标，或者在MATLAB命令窗口输入simulink，即弹出图示的模块库窗口界面(Simulink Library Browser)。
该界面右边的窗口给出Simulink所有的子模块库。
常用的子模块库有Sources(信号源)，Sink(显示输出),Continuous(线性连续系统)，Discrete（线性离散系统)，Function & Table（函数与表格)，Math(数学运算)， Discontinuities (非线性)，Demo（演示）等。
每个子模块库中包含同类型的标准模型，这些模块可直接用于建立系统的Simulink框图模型。
可按以下方法打开子模块库:①用鼠标左键点击某子模块库(如【Continuous】)，Simulink浏览器右边的窗口即显示该子模块库包含的全部标准模块。
②用鼠标右键点击Simulink菜单项，则弹出一菜单条，点击该菜单条即弹出该子库的标准模块窗口.如单击左图中的【Sinks】,出现“Open the‘Sinks’Library”菜单条，单击该菜单条，则弹出右图所示的该子库的标准模块窗口。
2、打开空白模型窗口；①模型窗口用来建立系统的仿真模型。
只有先创建一个空白的模型窗口，才能将模块库的相应模块复制到该窗口，通过必要的连接，建立起Simulink仿真模型。
《SIMULINK仿真》PPT课件
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（4）Discrete（离散系统模块库） 模块包括描述离散时间系统的模块，其中主要模块有： Difference（差分）； Discrete Derivative（离散微分）； Discrete Filter（离散滤波器）； Discrete State-Space（离散状态空间模型）； Discrete Transfer Fcn（离散传递函数）； Discrete Zero-Pole（以零极点表示的离散传递函数模型）； Discrete Time Integrator（离散时间积分器）； First-Order Hold（一阶采样和保持器） Integer Delay（整数延迟）； Zero-Order Hold（零阶采样和保持器）； Unit Delay（单位延迟）；
4.1.3 SIMULINK界面窗口介绍
SIMULINK模型创建窗口
Simulink的工作原理
• • • • • 仿真包括以下几个步骤。 （1）模型编译 （2）连接 （3）仿真执行 一般仿真模型都采用数值积分来仿真 的，相邻两个时间点的长度为步长，步长 的大小取决于求解器的类型。
4.1.4 SIMULINK的常用模块库
• • • • • • • • • •
（11）Sources（输入源模块库） Band-Limited White Noise（带宽限制的白噪声）； Clock（时钟信号）； Constant（常数信号）； Pulse Generator（脉冲发生器）； Repeating Sequence（重复序列信号）； Signal Generator（信号发生器）； Sine Wave（正弦波信号）； Random Number（随机数）； Step（阶跃波信号）；
MATLAB Simulink中的离散系统模块 ppt课件
MATLAB Simulink中的离散系统模 块
2、Simulink 的文件操作
(1) 新建文件 新建仿真模型文件有几种操作： 在MATLAB的命令窗口中选择菜单“File”→“New”→“Model”。 在图一的Simulink模块库浏览器窗口中选择菜单“File”→“New”→“Model”，或 者单击 图标。 在图三的Simulink模型窗口选择菜单“File”→“New”→“Model”，或者单击 图标。
MATLAB Simulink中的离散系统模块
1、演示一个simulink的简单程序
例1：创建一个正弦信号的仿真模型
在matlab的命令窗口中运行simulink命令，或单击工具栏的的图标， 就可以打开Simulink 模块库浏览器(Simulink Library Browser) 窗 口，如图1所式
图五
可以看出当T=0.6 而Tk=0.1 时，系统出现振荡。
MATLAB Simulink中的离散系统模 块
(7)修改参数，将“Discrete Filter ”模块的“Sample time”设置为0.6s，“Zero-Order Hold ”模块的“Sample time”不变； 选择菜单“Edit”→ “Update diagram ”命令修改 颜色，就可以看到“Discrete Filter”模块的颜色变化了；然后开始仿真，则示波器显 示如图六所示
MATLAB Simulink中的离散系统模 块
(2) 单击工具栏上的 图标或选择菜单“File”——“New ”——“Model”，新建一个名为 “untitled”的空白模型窗口 (3) 在上图的右侧子模块窗口中，单击“Source”子模块库前的“+”(或双击 Source)，
simulink离散化系统仿真设计
已知仿真条件为：G C(s)=k×(T3s+1)，其中T1=18，T2=0.035,T3=0.15s T1s+1(T2s+1)。
可得传递函数G c（s）=1500s+10000063s+1835s+100将S域的传递函数转换的Z域，打开matlab软件，创建一个m文件程序如下：%transfer functionsys=tf([15000 100000],[63 1835 1000]);%discretets=1;%²ÉÑùʱ¼ädsys=c2d(sys,ts,'z');%ת»¯Îª²î·Ö·½³Ì%extract[num,den]=tfdata(dsys,'v');运行dsys>> dsysTransfer function:46.36 z - 3.738--------------------------z^2 - 0.5738 z + 2.24e-013得到Z域的传递函数为：G c(z)=46.36z±3.738z2−0.5738z+2.24e−13打开matlab软件中的simulink模块，创建一个.mdl文件。
搭建离散化的仿真原理图如下：下面进行PID整定，常用PID整定方法有：⒈稳定边界法⒉4:1衰减法⒊鲁棒法⒋ISTE最优参数整定法。
边界稳定法和4：1衰减法调节时间快，上升时间短，鲁棒法和ISTE最优参数整定法超调量小，调节过程平衡，鲁棒性好。
4:1衰减法有一定局限性，鲁棒性差；iste法调节时间长，调节参数偏保守。
本文中采用稳定边界法来整定PID参数。
在闭环系统下首先将PIDcontrol 调节为纯P调节器，逐渐增大P参数，观察输出波形，记录此时波形。