第六章 Simulink組件的基本使用方法

1、第六章第六章 Simulink組件的基本使用方法組件的基本使用方法Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用本章內(nèi)容本章內(nèi)容Simulink簡介Simulink組件的基本構(gòu)成Simulink模型的建立與仿真Simulink模型應(yīng)用舉例Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink簡介簡介 Simulink是MATLAB軟件的擴(kuò)展，它是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包，它與MATLAB語言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語言的編程上。 SIMULINK提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些

2、模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的，通過對這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型（以.mdl文件進(jìn)行存?。?，進(jìn)而進(jìn)行仿真與分析。Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink組件的基本構(gòu)成組件的基本構(gòu)成模型庫瀏覽器（Library Browser）在matlab的命令窗口中鍵入 simulink，或者在matlab工具欄 中單擊simulink模塊庫按鈕，就 可以打開simulink庫，如右圖所 示。Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink組件的基本構(gòu)成組件的基本構(gòu)成信號源模塊組（Sources）這一部分的模塊包括各種常用的輸入信號，其

3、內(nèi)容主要包括：n Constant：常數(shù)模塊，可以產(chǎn)生一個(gè)常數(shù)值，用作給定輸入。n Signal Generator：信號發(fā)生器，可以產(chǎn)生正弦、方波、鋸齒波及隨意波。n Step：階躍波信號，可生成一個(gè)按給定的時(shí)間開始的階躍信號，信號的初始值和終值都可以設(shè)定。n Clock：時(shí)鐘信號，輸出仿真中的當(dāng)前時(shí)間，以秒為單位。n From File(.mat)：來自數(shù)據(jù)文件，從文件讀數(shù)的模塊，可以從規(guī)定的數(shù)據(jù)文件中讀取數(shù)據(jù)作為其他模塊的輸入值。Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink組件的基本構(gòu)成組件的基本構(gòu)成n From Workspace：來自MATLAB的工作空間，可以從工作空間中讀取數(shù)

4、據(jù)，數(shù)據(jù)源至少有兩列，第一列為單調(diào)遞增函數(shù)的時(shí)間，其他列為對應(yīng)的數(shù)據(jù)。n Ground：接地線模塊，一般用于表示零輸入模塊，若一個(gè)模塊的輸入端子沒有接任何模塊，在simulink中仿真中經(jīng)常給出錯(cuò)誤，這個(gè)模塊就是為了避免這種錯(cuò)誤。n Pulse Generator：脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生脈沖信號的模塊。n Sine Wave：正弦波信號，產(chǎn)生正弦波的模塊。n Repeating Sequence：重復(fù)信號，產(chǎn)生不同規(guī)律重復(fù)信號的模塊。Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink組件的基本構(gòu)成組件的基本構(gòu)成連續(xù)模塊組（Continuous）連續(xù)模塊組內(nèi)的模塊主要用于對連續(xù)系統(tǒng)建模。n Deriva

5、tive：數(shù)值微分器模塊，其作用是將輸入端的信號經(jīng)過一階數(shù)值微分，在輸出端輸出。n Transfer-Fcn：傳遞函數(shù)模塊，使用分子分母多項(xiàng)式的形式給出傳遞函數(shù)。n Integrator：積分器模塊，對輸入進(jìn)行積分，可以設(shè)定初始條件。Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink組件的基本構(gòu)成組件的基本構(gòu)成n State-Space：線性狀態(tài)空間模塊，使用矩陣形式表示的系統(tǒng)模型，可以給出初值。n Zero-Pole：零極點(diǎn)傳遞函數(shù)模塊，用指定的零極點(diǎn)建立連續(xù)系統(tǒng)模型，輸入可以是向量或者標(biāo)量。n Transport Delay：時(shí)間延遲模塊，將輸入延遲指定的時(shí)間后，在傳輸給輸出信號。n Var

6、iable Transport Delay：可變時(shí)間延遲模塊。Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink組件的基本構(gòu)成組件的基本構(gòu)成離散模塊組（Discrete）n Unit Delay：單位延遲模塊，將輸入信號做單位延時(shí)并保持一個(gè)采樣周期，可以設(shè)置采樣周期和初始值。n Zero-Order Hold：零階保持器，在一個(gè)計(jì)算步長內(nèi)將輸出的值保持在同一個(gè)值上。n First-Order Hold：一階保持器，依照一階插值的方法計(jì)算下一個(gè)步長下的輸出值。n Discrete-time Integrator：離散時(shí)間積分器，實(shí)現(xiàn)離散的歐拉積分，可以設(shè)置初值和采樣時(shí)間。n Discrete Tr

7、ansfer-Fcn：離散傳遞函數(shù)模型，與連續(xù)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)相同，可以設(shè)置采樣時(shí)間。Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink組件的基本構(gòu)成組件的基本構(gòu)成n Memory：記憶模塊，輸出的是前一步的采樣保持值。n Discrete State-Space：離散狀態(tài)空間系統(tǒng)模型，與連續(xù)時(shí)間的狀態(tài)空間模塊相似。n Discrete Filter：離散濾波器模塊，實(shí)現(xiàn)IIR與FIR濾波器。n Discrete Zero-Pole：離散零極點(diǎn)模塊，用指定的零極點(diǎn)建立離散系統(tǒng)模型。Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink組件的基本構(gòu)成組件的基本構(gòu)成邏輯和位操作模塊組（Logic and Bi

8、t Operations）邏輯和位操作模塊組內(nèi)的模塊主要用于對輸入信號進(jìn)行邏輯處理。n Bit Clear：位清零模塊，將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)指定的位清零。n Bitwise Operator：位操作運(yùn)算模塊，對輸入信號進(jìn)行位操作。n Combinational Logic：組合邏輯模塊，根據(jù)指定真值表對輸入信號進(jìn)行組合邏輯運(yùn)算。n Compare to Constant：與常數(shù)比較模塊，將輸入信號與設(shè)定的常數(shù)進(jìn)行組合邏輯運(yùn)算。n Logical Operator：邏輯運(yùn)算模塊，對信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算。n Relational Operator：關(guān)系運(yùn)算模塊，進(jìn)行關(guān)系運(yùn)算。Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Si

9、mulink組件的基本構(gòu)成組件的基本構(gòu)成數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊組（Math Operations）數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊組內(nèi)的模塊用于對輸入信號進(jìn)行數(shù)學(xué)操作。n Abs：取絕對值，求取輸入信號的絕對值。n Real-Image to Complex：實(shí)部虛部合成復(fù)數(shù)，根據(jù)輸入的實(shí)部和虛部構(gòu)建復(fù)數(shù)信號。n Gain：增益模塊，輸出為輸入與增益的乘積。n Math Function：數(shù)學(xué)函數(shù)模塊，對輸入信號實(shí)現(xiàn)特定的數(shù)學(xué)函數(shù)運(yùn)算。n 還有其他的一些數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊，其功能是顯而易見的，包括Sum：加減運(yùn)算模塊；Product：乘運(yùn)算；Dot Product：點(diǎn)乘運(yùn)算；Trigonometric Function：三角函數(shù)

10、；MinMax：最值運(yùn)算；Sign：符號函數(shù)；Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink組件的基本構(gòu)成組件的基本構(gòu)成輸出池模塊組（Sinks）n Out1：輸出端口模塊，代表整個(gè)系統(tǒng)的輸出端子。n Scope：示波器，是顯示數(shù)據(jù)結(jié)果的有效形式。n XY Graph：XY示波器模塊，顯示二維圖形。n To File(.mat)：將輸出寫入數(shù)據(jù)文件，該模塊把它的輸入值保存到mat文件中。n To Workspace：將輸出寫入MATLAB的工作空間n Stop Simulation：仿真終止模塊，終止正在進(jìn)行的仿真模塊。n Terminator：信號終結(jié)模塊。Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用

11、Simulink組件的基本構(gòu)成組件的基本構(gòu)成信號路線發(fā)送模塊組（Signal Routing）n Mux：混路器模塊，將多路信號依照向量的形式混合成一路信號。n Demux：分路器模塊，將混路器組成的信號分解為多路信號。n Selector：選路器模塊，可從多路信號中按希望輸出所需的信號。n Switch：開關(guān)模塊，由開關(guān)量的值選擇由哪路輸入信號直接產(chǎn)生輸出信號。其他模塊Simulink中還有很多實(shí)現(xiàn)其他功能的模塊，包括斷續(xù)模塊組、查表模塊組、模型校驗(yàn)?zāi)K組等。Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink模型的建立與仿真模型的建立與仿真模型窗口的建立和保存模塊的有關(guān)操作n模塊大小調(diào)整n模塊

12、旋轉(zhuǎn)n模塊連接n模塊標(biāo)簽的改變n增加陰影n模塊參數(shù)修正聯(lián)機(jī)幫助系統(tǒng)模塊輸出與打印模型仿真Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink模型的建立與仿真模型的建立與仿真仿真參數(shù)設(shè)置 在模型窗口選擇菜單“Simulation”“Configuration parameters” n 解算器（解算器（Solver）的設(shè)置）的設(shè)置(1) 仿真時(shí)間設(shè)置(Simulation time)仿真的起始時(shí)間(Start time)仿真的結(jié)束時(shí)間(Stop time)(2) 解法設(shè)置(Solver options)仿真的過程一般是求解微分方程組，“Solve options”的內(nèi)容是針對解微分方程組的設(shè)置。(3

13、) 輸出模式Output options變步長時(shí)可進(jìn)行設(shè)置 ，可以達(dá)到不同的輸出效果。Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink模型仿真舉例模型仿真舉例例1：二階阻尼系統(tǒng)考慮圖中的阻尼二階系統(tǒng)，設(shè)阻尼系數(shù) ，彈簧彈性系數(shù)為 ，小車質(zhì)量 。系統(tǒng)無輸入，初始位置距平衡點(diǎn) 。試模擬小車的運(yùn)動(dòng)。1.0c 2k 5mkg1.0m狀態(tài)空間方法狀態(tài)空間方法Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink模型仿真舉例模型仿真舉例分析：要模擬此系統(tǒng)，先要寫出其運(yùn)動(dòng)方程。設(shè)小車的位移為 ，小車受到的力為：彈性力 和阻力 。那么小車的運(yùn)動(dòng)方程：代入數(shù)據(jù)得到xkxcx 0mxcxkx0.20.4 ,(0)1,

14、(0)0 xxxxx Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink模型仿真舉例模型仿真舉例在simulink中建立仿真模型如下Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink模型仿真舉例模型仿真舉例 仿真結(jié)果Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink模型仿真舉例模型仿真舉例 仿真結(jié)果05101520253035404550-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink模型仿真舉例模型仿真舉例 1xy2xy 1222121(1)xxxxxx Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink模型仿真舉例模型仿真舉例系統(tǒng)模型:Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink模型仿真舉例模型仿真舉例仿真結(jié)果02468101214161820-4-2024 -2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5-4-2024 data1data2Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink模型仿真舉例模型仿真舉例帶有磁滯回線的非線性環(huán)節(jié)控制系統(tǒng)框圖如下所示，其中磁滯寬度通過simulink建立模型11c 直接利用傳遞函數(shù)方法直接利用傳遞函數(shù)方法Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink模型仿真舉例模型仿真舉例仿真結(jié)果Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用Simulink模型仿真舉例模型仿真舉例分期還款