第一講 Simulink建模與仿真基礎(chǔ)

電氣工程學(xué)院朱學(xué)貴Simulink-從仿真走進現(xiàn)實0-初識Simulink——

一個簡單的仿真實例在MATLAB的命令窗口輸入Simulink，或單擊MATLAB主窗口工具欄上的“Simulink”命令按鈕即可啟動Simulink。Simulink啟動后會顯示如圖所示的Simulink模塊庫瀏覽器（SimulinkLibraryBrowser）窗口。1．模型元素一個典型的Simulinnk模型包括以下3種元素?！?信號源（Source）● 被模擬的系統(tǒng)模塊● 信號輸出（Sink）2．仿真步驟（1）建立系統(tǒng)仿真模型，包括添加模塊、設(shè)置模塊參數(shù)、進行模塊連接等操作。（2）設(shè)置仿真參數(shù)。（3）啟動仿真并分析仿真結(jié)果。3．仿真實例利用Simulink仿真曲線。正弦信號由信號源模塊庫（Sources）中的SineWave模塊提供，求和用數(shù)學(xué)運算模塊庫（MathOperations）中的數(shù)學(xué)函數(shù)模塊（Add）產(chǎn)生，再用信號輸出模塊庫（Sinks）中的示波器模塊（Scope）輸出波形（1）打開一個名為untitled的模型編輯窗口（2）將所需模塊添加到模型中。（3）用連線將各個模塊連接起來組成系統(tǒng)仿真模型（4）設(shè)置模塊參數(shù)并連接各個模塊組成仿真模型。模型建好后，將模型以模型文件的格式（擴展名為.mdl）存盤。（5）設(shè)置系統(tǒng)仿真參數(shù)。（6）仿真操作。主要內(nèi)容第一講Simulink建模與仿真基礎(chǔ)第二講子系統(tǒng)封裝技術(shù)與S_function基礎(chǔ)第三講Simulink在研究中的應(yīng)用Simulink簡介Simulink能做什么？模塊介紹建模參數(shù)設(shè)置仿真練習(xí)第一講Simulink建模與仿真基礎(chǔ)1.1Simulink簡介并行計算ParallelComputingToolboxMATLABDistributedComputingServer數(shù)學(xué)、統(tǒng)計與優(yōu)化SymbolicMathToolboxPartialDifferentialEquationToolboxStatisticsToolboxCurveFittingToolboxOptimizationToolboxGlobalOptimizationToolboxNeuralNetworkToolboxModel-BasedCalibrationToolbox控制系統(tǒng)設(shè)計與分析ControlSystemToolboxSystemIdentificationToolboxFuzzyLogicToolboxRobustControlToolboxModelPredictiveControlToolboxAerospaceToolbox代碼生成和驗證MATLABCoderHDLCoderHDLVerifierFilterDesignHDLCoder應(yīng)用發(fā)布MATLABCompilerMATLABBuilderNE(forMicrosoft.NETFramework)MATLABBuilderJA(forJavalanguage)MATLABBuilderEX(forMicrosoftExcel)SpreadsheetLinkEX(forMicrosoftExcel)MATLABProductionServer數(shù)據(jù)庫訪問與報告DatabaseToolboxMATLABReportGenerator

計算金融FinancialToolboxEconometricsToolboxDatafeedToolboxDatabaseToolboxSpreadsheetLinkEX(forMicrosoftExcel)FinancialInstrumentsToolbox計算生物BioinformaticsToolboxSimBiology

信號處理與通信SignalProcessingToolboxDSPSystemToolboxCommunicationsSystemToolboxWaveletToolboxFixed-PointToolboxRFToolboxPhasedArraySystemToolbox圖像處理與計算機視覺ImageProcessingToolboxComputerVisionSystemToolboxImageAcquisitionToolboxMappingToolbox測試&測量DataAcquisitionToolboxInstrumentControlToolboxImageAcquisitionToolboxOPCToolboxVehicleNetworkToolbox

MATLAB家族產(chǎn)品定點建模SimulinkFixedPoint基于事件的建模Stateflow

SimEvents

物理建模Simscape

SimMechanics

SimDriveline

SimHydraulics

SimRF

SimElectronics

SimPowerSystems

快速原型和硬件再回路仿真xPCTargetxPCTargetEmbeddedOptionReal-TimeWindowsTarget驗證、確認和測試SimulinkVerificationandValidationSimulinkDesignVerifierSystemTest

SimulinkCodeInspectorHDLVerifier仿真繪圖與報告Simulink3DAnimationGaugesBlockset

SimulinkReportGenerator

控制系統(tǒng)設(shè)計與分析SimulinkControlDesignSimulinkDesignOptimizationAerospaceBlockset

信號處理與通信DSPSystemToolboxCommunicationsSystemToolboxSimRF

ComputerVisionSystemToolbox代碼生成SimulinkCoderEmbeddedCoderHDLCoderSimulinkPLCCoderDOQualificationKit(forDO-178)IECCertificationKit(forISO26262andIEC61508)

Simulink家族產(chǎn)品Simulink的產(chǎn)生在工程實際中，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)往往很復(fù)雜，如果不借助專用的系統(tǒng)建模軟件，則很難準確地把一個控制系統(tǒng)的復(fù)雜模型輸入計算機，對其進行進一步的分析與仿真。1990年，MathWorks軟件公司為MATLAB提供了新的控制系統(tǒng)模型圖輸入與仿真工具，并命名為SIMULAB，該工具很快就在控制工程界獲得了廣泛的認可，使得仿真軟件進入了模型化圖形組態(tài)階段。但因其名字與當(dāng)時比較著名的軟件SIMULA類似，所以1992年正式將該軟件更名為SIMULINK。

Simulink含兩層含義：“Simu”表示仿真（simulation）；而link表示它能夠進行系統(tǒng)連接，即：把一系列模塊連接起來，構(gòu)成復(fù)雜的系統(tǒng)模型。正是由于它的這些功能和特色，使得它成為計算機仿真領(lǐng)域首選的仿真環(huán)境。SIMULINK是MATLAB軟件的擴展，它是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個軟件包，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。所謂模型化圖形輸入是指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文件進行存取），進而進行仿真與分析。近年學(xué)術(shù)文獻中包含matlab的發(fā)文篇數(shù)合計41萬篇，其中人文社會科學(xué)約2600篇、經(jīng)濟與管理科學(xué)約2.6萬篇，更多用于工程科學(xué)、自然科學(xué)變化趨勢更多文章對于MATLAB“用而不說”，實際應(yīng)用量比統(tǒng)計大得多，特別是高水平文章計算機硬件和軟件的發(fā)展為MATLAB廣泛深入應(yīng)用提供了條件統(tǒng)計數(shù)量增幅放緩，原因之一是現(xiàn)在對軟件本身的關(guān)注降低，更注重軟件的應(yīng)用效果預(yù)計未來關(guān)于MATLAB的直接引用量保持現(xiàn)狀，但會象我們離不開OFFICE一樣，MATLAB正在成為我們研究中的必備工具。MATLAB可以作為一個最簡單的數(shù)字計算器，也可以成為一個富有靈性的科研秘書！關(guān)鍵在于我們?nèi)绾卫茫≤浖旧?/p>

可視化、模塊化、層次化、開放性對于我們

簡在各取所需

難在要求專業(yè)功底深、操作性強、與現(xiàn)實脫節(jié)，走不出仿真的怪圈。1.2Simulink特點Simulink1）是MATLAB的重要組成部分；2）面向結(jié)構(gòu)圖方式的仿真環(huán)境；3）作為系統(tǒng)建模和仿真的工具。Simulink主要功能1）實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真與分析；2）預(yù)先對系統(tǒng)進行仿真與分析，做適當(dāng)?shù)膶崟r修改，達到仿真的最佳效果；3）調(diào)試及整定控制系統(tǒng)的參數(shù)，以提高系統(tǒng)的性能；4）提高開發(fā)系統(tǒng)的效率。Simulink可以搭建：（1）通信系統(tǒng)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層；（2）動力學(xué)系統(tǒng)；（3）控制系統(tǒng)；（4）數(shù)字信號處理系統(tǒng)；（5）電力系統(tǒng)；（6）生物系統(tǒng)；（7）金融系統(tǒng)等。1.3

Simulink能做什么？A.Simulink的啟動：打開Simulink庫瀏覽器(1)用命令行方式啟動Simulink。即在MATLAB的命令窗口中直接鍵入如下命令： >>simulink(2)用工具欄按鈕啟動Simulink。用鼠標單擊MATLAB工具欄中Simulink按鈕。(3)在MATLAB命令窗口中輸入simulink3,結(jié)果是在桌面上出現(xiàn)一個用圖標形式顯示的Library:simulink3的Simulink模塊庫窗口。1.4Simulink的工作流程？A.

Simulink的啟動：打開Simulink的空白模型窗(1)MATLAB命令窗口選擇“File”—“New”—“Model”命令(2)單擊“Simulink”工具欄中“新建模型”圖標。(3)在Simulink命令窗口選擇“File”—“New”—“Model”命B.利用Simulink進行系統(tǒng)仿真的步驟是：啟動Simulink，打開Simulink模塊庫打開空白模型窗口；建立Smulink仿真模型；設(shè)置仿真參數(shù)，進行仿真；輸出仿真結(jié)果。C.Simulink的退出關(guān)閉所有模型窗口和Simulink模塊庫窗口即可啟動Simulink，建立系統(tǒng)模型的基本操作Simulink的仿真模型窗口界面由標題、功能菜單和用戶模型編輯區(qū)三部分組成。在用戶模型編輯區(qū)中，用戶可以建立、編輯系統(tǒng)仿真模型的結(jié)構(gòu)圖。結(jié)構(gòu)圖中所需要的模塊可直接從Simulink庫瀏覽器窗口中拖拽復(fù)制。當(dāng)用戶完成Simulink系統(tǒng)模型的編輯之后，需要設(shè)置模塊參數(shù)和系統(tǒng)仿真參數(shù)，最后就可以進行系統(tǒng)仿真。圖

Simulink的模塊庫瀏覽器

Simulink的模塊庫能夠?qū)ο到y(tǒng)模塊進行有效的管理與組織，使用Simulink模塊庫瀏覽器可按照類型選擇合適的系統(tǒng)模塊、獲得系統(tǒng)模塊的簡單描述以及查找系統(tǒng)模塊等，并可直接將模塊庫中的模塊拖動或者拷貝到用戶的系統(tǒng)模型中以構(gòu)建動態(tài)系統(tǒng)模型。1.5Simulink的模塊庫－LibraryBrowser通用用戶模塊組連續(xù)系統(tǒng)模塊組非連續(xù)系統(tǒng)模塊組離散系統(tǒng)模塊組邏輯和位操作模塊組查表模塊組數(shù)學(xué)運算模塊組模型檢測模塊組模塊庫功能說明模塊庫功能說明模型擴充模塊組端口和子系統(tǒng)模塊組信號特征模塊組信號線路模塊組輸出/接收器模塊組輸入/信號源模塊組用戶自定義模塊組附加數(shù)學(xué)與離散模塊組信號源模塊組輸出模塊組連續(xù)系統(tǒng)模塊組離散系統(tǒng)模塊組數(shù)學(xué)運算模塊組查表模塊組非連續(xù)系統(tǒng)模塊組信號線路模塊組端口與子系統(tǒng)模塊組邏輯與位操作模塊組模型檢測模塊組模型擴充模塊組信號屬性模塊組用戶自定義函數(shù)模塊組分別介紹各類基本模塊的功能連續(xù)系統(tǒng)模塊組輸入信號微分輸入信號積分狀態(tài)空間系統(tǒng)模型傳遞函數(shù)模型輸入信號固定延時輸入信號可變延時零極點模型輸入信號定義延遲時間模塊功能說明4).傳遞函數(shù)模塊(TransferFcn)功能：用執(zhí)行一個線性傳遞函數(shù)。5).零極點傳遞函數(shù)模塊(Zero-Pole)功能：用于建立一個預(yù)先指定的零點、極點，并用延遲算子s表示的連續(xù)。6)．存儲器模塊(Memory)功能：保持輸出前一步的輸入值。7)．傳輸延遲模塊(TransportDelay)功能：用于將輸入端的信號延遲指定的時間后再傳輸給輸出信號。8)．可變傳輸延遲模塊(VariableTransportDelay)功能：用于將輸入端的信號進行可變時間的延遲。1).積分模塊(Integrator)：功能：對輸入變量進行積分。說明：模塊的輸入可以是標量，也可以是矢量；輸入信號的維數(shù)必須與輸入信號保持一致。2).微分模塊(Derivative)功能：通過計算差分?u/?t近似計算輸入變量的微分。3).線性狀態(tài)空間模塊(State-Space)功能：用于實現(xiàn)以下數(shù)學(xué)方程描述的系統(tǒng)：磁滯回環(huán)庫侖及粘性摩擦死區(qū)非線性動態(tài)死區(qū)非線性捕獲穿越點/沖擊非線性量化非線性速度限制/信號變化率限制動態(tài)限速/信號變化率動態(tài)限制繼電器模塊/滯環(huán)比較器飽和輸出動態(tài)飽和輸出歸零模塊/閾值過限清零

非連續(xù)系統(tǒng)模塊組模塊功能說明1.比率限幅模塊(RateLimiter)功能：用于限制輸入信號的一階導(dǎo)數(shù)，使得信號的變化率不超過規(guī)定的限制值。2．飽和度模塊(Saturation)功能：用于設(shè)置輸入信號的上下飽和度，即上下限的值，來約束輸出值。3．量化模塊(Quantizer)功能：用于把輸入信號由平滑狀態(tài)變成臺階狀態(tài)。4．死區(qū)輸出模塊(DeadZone)功能：在規(guī)定的區(qū)內(nèi)沒有輸出值。5．繼電模塊(Relay)功能：繼電模塊(Relay)用于實現(xiàn)在兩個不同常數(shù)值之間進行切換。6．選擇開關(guān)模塊(Switch)功能：根據(jù)設(shè)置的門限來確定系統(tǒng)的輸出。差分環(huán)節(jié)離散微分環(huán)節(jié)離散濾波器離散狀態(tài)空間離散傳遞函數(shù)離散零極點模型離散時間積分器一階保持器整數(shù)延時離散系統(tǒng)模塊組

模塊功能說明輸出上一步的輸出值延時離散一階傳遞函數(shù)離散傳遞函數(shù)離散零點傳遞函數(shù)單位采樣周期的延時權(quán)重移動平均零階保持器離散系統(tǒng)模塊組

模塊功能說明2．單位延遲模塊(UnitDelay)功能：將輸入信號作單位延遲，并且保持一個采樣周期相當(dāng)于時間算子z-1

。3．離散時間積分模塊(DiscreteTimeIntegrator)功能：在構(gòu)造完全離散的系統(tǒng)時，代替連續(xù)積分的功能。使用的積分方法有：向前歐拉法、向后歐拉法、梯形法。4．離散狀態(tài)空間模塊(DiscreteStateSpace)功能：用于實現(xiàn)如下數(shù)學(xué)方程描述的系統(tǒng)：5．離散濾波器模塊(DiscreteFilter)功能：用于實現(xiàn)無限脈沖響應(yīng)(IIR)和有限脈沖響應(yīng)(FIR)的數(shù)字濾波器。6．離散傳遞函數(shù)模塊(DiscreteTransferFcn)功能：用于執(zhí)行一個離散傳遞函數(shù)。7．離散零極點傳遞函數(shù)模塊(DiscreteZero-Pole)功能：用于建立一個預(yù)先指定的零點、極點，并用延遲算子z-1表示的離散系統(tǒng)。8．一階保持器模塊(FirstOrderHold)功能：在一定時間間隔內(nèi)保持一階采樣。1．零階保持器模塊(Zero-Order-Hold)功能：在一個步長內(nèi)將輸出的值保持在同一個值上。絕對值加法代數(shù)約束賦值偏重復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)化為幅值和相角形式復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)化為實部和虛部形式除法點乘增益運算輸入幅值和相角形式合成復(fù)數(shù)數(shù)學(xué)運算模塊組模塊功能說明常用數(shù)學(xué)函數(shù)矩陣串聯(lián)最值運算函數(shù)最大最小值運算函數(shù)按指定順序改變數(shù)組維數(shù)多項式函數(shù)乘法運算元素乘法運算輸入實部和虛部形式合成復(fù)數(shù)信號維數(shù)改變?nèi)≌\算

數(shù)學(xué)運算模塊組模塊功能說明符號函數(shù)正弦波函數(shù)增益可變函數(shù)若多維數(shù)組中某一維元素只有一則移出該維減法函數(shù)求和元素求和函數(shù)三角函數(shù)一元減法函數(shù)矩陣連接權(quán)重采樣時間計算

數(shù)學(xué)運算模塊組模塊功能說明3.矢量的點乘模塊(DotProduct)功能：矢量的點乘模塊(DotProduct)用于實現(xiàn)輸入信號的點積運算。4.增益模塊(Gain)功能：增益模塊(Gain)的作用是把輸入信號乘以一個指定的增益因子，使輸入產(chǎn)生增益。1.求和模塊(Sum)功能：求和模塊(Sum)用于對多路輸入信號進行求和運算，并輸出結(jié)果。2.乘法模塊(Product)功能：乘法模塊(Product)用于實現(xiàn)對多路輸入的乘積、商、矩陣乘法或者模塊的轉(zhuǎn)置等。5.常用數(shù)學(xué)函數(shù)模塊(MathFunction)功能：用于執(zhí)行多個通用數(shù)學(xué)函數(shù)，其中包含exp、log、log10、square、sqrt、pow、reciprocal、hypot、rem、mod等。6.三角函數(shù)模塊(TrigonometricFunction)功能：用于對輸入信號進行三角函數(shù)運算，共有10種三角函數(shù)供選擇。7.特殊數(shù)學(xué)模塊特殊數(shù)學(xué)模塊中包括求最大最小值模塊(MinMax)、取絕對值模塊(Abs)、符號函數(shù)模塊(Sign)、取整數(shù)函數(shù)模塊(RoundingFunction)等。8.數(shù)字邏輯函數(shù)模塊數(shù)字邏輯函數(shù)模塊包括復(fù)合邏輯模塊(CombinationalLogic)、邏輯運算符模塊(LogicalOperator)、位邏輯運算符模塊(BitwiseLogicalOperator)等。9.關(guān)系運算模塊(RelationalOperator)

關(guān)系符號包括：==(等于)、≠(不等于)、<(小于)、<=(小于等于)、>(大于)、>=(大于等于)等。10.復(fù)數(shù)運算模塊復(fù)數(shù)運算模塊包括計算復(fù)數(shù)的模與幅角(ComplextoMagnitude-Angle)、由模和幅角計算復(fù)數(shù)(Magnitude-AngletoComplex)、提取復(fù)數(shù)實部與虛部模塊(ComplextoRealandImage)、由復(fù)數(shù)實部和虛部計算復(fù)數(shù)(RealandImagetoComplex)。數(shù)字顯示浮動示波器輸出端口示波器仿真停止信號終結(jié)端將數(shù)據(jù)寫入文件保存將數(shù)據(jù)寫入工作空間顯示二維圖形

輸出模塊組

模塊功能說明1.示波器模塊(Scope)功能：顯示在仿真過程中產(chǎn)生的輸出信號，用于在示波器中顯示輸入信號與仿真時間的關(guān)系曲線，仿真時間為x軸。2.二維信號顯示模塊(XYGraph)功能：在MATLAB的圖形窗口中顯示一個二維信號圖，并將兩路信號分別作為示波器坐標的x軸與y軸，同時把它們之間的關(guān)系圖形顯示出來。3.顯示模塊(Display)功能：按照一定的格式顯示輸入信號的值。可供選擇的輸出格式包括：short、long、short_e、long_e、bank等。4.輸出到文件模塊(ToFile)功能：按照矩陣的形式把輸入信號保存到一個指定的MAT文件。第一行為仿真時間，余下的行則是輸入數(shù)據(jù)，一個數(shù)據(jù)點是輸入矢量的一個分量。5.輸出到工作空間模塊(ToWorkspace)功能：把信號保存到MATLAB的當(dāng)前工作空間，是另一種輸出方式。6.終止信號模塊(Terminator)功能：中斷一個未連接的信號輸出端口。7.結(jié)束仿真模塊(Stopsimulation)功能：停止仿真過程。當(dāng)輸入為非零時，停止系統(tǒng)仿真。帶寬限幅白噪聲頻率遞增正弦波仿真時間常數(shù)無限計數(shù)器有限計數(shù)器在規(guī)定的采樣間隔產(chǎn)生仿真時間來源為數(shù)據(jù)文件來源為MATLAB的工作空間接地端口輸入信號端口信號源模塊組模塊功能說明脈沖發(fā)生器斜坡信號產(chǎn)生正態(tài)分布的隨機數(shù)生產(chǎn)規(guī)律性重復(fù)信號重復(fù)序列內(nèi)插值重復(fù)階梯序列創(chuàng)建信號普通信號源發(fā)生器正弦信號階躍信號均勻分布隨機數(shù)信號源模塊組模塊功能說明1．輸入常數(shù)模塊(Constant)功能：產(chǎn)生一個常數(shù)。該常數(shù)可以是實數(shù)，也可以是復(fù)數(shù)。2．信號源發(fā)生器模塊(SignalGenerator)功能：產(chǎn)生不同的信號，其中包括：正弦波、方波、鋸齒波信號。3．從文件讀取信號模塊(FromFile)功能：從一個MAT文件中讀取信號，讀取的信號為一個矩陣，其矩陣的格式與ToFile模塊中介紹的矩陣格式相同。如果矩陣在同一采樣時間有兩個或者更多的列，則數(shù)據(jù)點的輸出應(yīng)該是首次出現(xiàn)的列。4．從工作空間讀取信號模塊(FromWorkspace)功能：從MATLAB工作空間讀取信號作為當(dāng)前的輸入信號。5．隨機數(shù)模塊(RandomNumber)功能：產(chǎn)生正態(tài)分布的隨機數(shù)，默認的隨機數(shù)是期望為0，方差為1的標準正態(tài)分布量。6．帶寬限制白噪聲模塊(BandLimitedWhiteNoise)功能：實現(xiàn)對連續(xù)或者混雜系統(tǒng)的白噪聲輸入。余弦函數(shù)查詢表直接n維信號查表n維插值一維查表二維查表n維信號查表動態(tài)查詢表預(yù)查詢索引搜尋正弦函數(shù)查詢表查表模塊組

模塊功能說明1.一維查表模塊(Look-UpTable)

一維查表模塊(Look-UpTable)實現(xiàn)對單路輸入信號的查表和線性插值。2．二維查表模塊(Look-UpTable2-D)功能：根據(jù)給定的二維平面網(wǎng)格上的高度值，把輸入的兩個變量經(jīng)過查表、插值，計算出模塊的輸出值，并返回這個值。說明：對二維輸入信號進行分段線性變換。3．自定義函數(shù)模塊(Fcn)功能：用于將輸入信號進行指定的函數(shù)運算，最后計算出模塊的輸出值。說明：輸入的數(shù)學(xué)表達式應(yīng)符合C語言編程規(guī)范；與MATLAB中的表達式有所不同，不能完成矩陣運算。4．MATLAB函數(shù)模塊(MATLABFcn)功能：對輸入信號進行MATLAB函數(shù)及表達式的處理。說明：模塊為單輸入模塊；能夠完成矩陣運算。注意：從運算速度角度，Mathfunction模塊要比Fcn模塊慢。當(dāng)需要提高速度時，可以考慮采用Fcn

或者S函數(shù)模塊。5．S-函數(shù)模塊(S-Function)功能：按照Simulink標準，編寫用戶自己的Simulink函數(shù)。它能夠?qū)ATLAB語句、C語言等編寫的函數(shù)放在Simulink模塊中運行，最后計算模塊的輸出值。信號總線分配器信號總線生成器信號總線選擇器數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲讀取數(shù)據(jù)存儲寫入分路器環(huán)境控制器讀矩陣

信號線路模塊組

模塊功能說明寫矩陣標簽可視化索引向量手動選擇開關(guān)信號合并在多輸入中選擇一輸出的開關(guān)混路器選路器多路開關(guān)

信號線路模塊組模塊功能說明結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)單元子系統(tǒng)代碼重用子系統(tǒng)使能使能和觸發(fā)子系統(tǒng)使能子系統(tǒng)For循環(huán)控制子系統(tǒng)函數(shù)響應(yīng)生成函數(shù)響應(yīng)子系統(tǒng)條件操作If語句作用子系統(tǒng)

端口與子系統(tǒng)模塊組模塊功能說明輸入端口模型輸出端口子系統(tǒng)子系統(tǒng)樣例條件選擇Switch語句作用子系統(tǒng)觸發(fā)操作觸發(fā)子系統(tǒng)While循環(huán)控制系統(tǒng)

模塊功能說明端口與子系統(tǒng)模塊組位清零置位逐位操作組合邏輯與常量比較與零比較檢測突變檢測遞減檢測負下降沿檢測非負下降沿邏輯與位操作模塊組模塊功能說明檢測遞增檢測非負上升沿檢測正上升沿提取位檢測開區(qū)間動態(tài)檢測開區(qū)間邏輯運算關(guān)系運算算術(shù)平移邏輯與位操作模塊組模塊功能說明參數(shù)確定檢測離散的斜率檢測動態(tài)區(qū)間范圍檢測動態(tài)下限檢測動態(tài)變化范圍檢測動態(tài)上限檢測分辨率檢測靜態(tài)區(qū)間范圍檢測靜態(tài)下限檢測靜態(tài)變化范圍檢測靜態(tài)上限模型檢測模塊組模塊功能說明模塊支持表文檔模塊模型信息基于時間的線性分析觸發(fā)線性分析

模型擴充模塊組

模塊功能說明多路信號轉(zhuǎn)化向量數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換繼承數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)類型復(fù)制數(shù)據(jù)類型傳送數(shù)據(jù)類型傳送樣例數(shù)據(jù)類型縮放信號屬性模塊組

模塊功能說明顯示信號初始狀態(tài)信號探測比率變換信號轉(zhuǎn)換信號特性檢測權(quán)重采樣時間信號帶寬檢測

信號屬性模塊組

模塊功能說明嵌入MATLAB函數(shù)用戶自定義函數(shù)M文件的S函數(shù)現(xiàn)有函數(shù)調(diào)用S函數(shù)建立S函數(shù)S函數(shù)樣例

用戶自定義函數(shù)模塊組模塊功能說明Simulink其他工具箱模塊組

除了基本的模塊組以外，還有許多其他工具箱模塊組。包括：AerospaceBlockset航空航天模塊庫、CDMAReferenceBlockset

碼分多址參考模塊庫、Comunications

Blockset通訊模塊庫、ControlSystemToolbox控制系統(tǒng)工具箱、Dials&GaugesBlockset刻度盤及量表模塊庫、FuzzyLogicToolbox模糊邏輯工具箱、ModelPredictiveControlToolbox模型預(yù)測控制工具箱、NeuralNetworkBlockset神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊庫、RFBlockset射頻模塊庫、SignalProcessingBlockset信號處理模塊、SimMechanics、SimPowerSystems、SimulinkControlDesign、SimulinkParameterEstimation參數(shù)估計、SimulinkResponseOptimization響應(yīng)優(yōu)化、VirtureReality等等。這些模塊組或工具箱都是針對各領(lǐng)域的專用工具模塊。

對于自動控制系統(tǒng)仿真，最常用的是以下幾個：ControlSystemToolbox控制系統(tǒng)工具箱、FuzzyLogicToolbox模糊邏輯工具箱、ModelPredictiveControlToolbox模型預(yù)測控制工具箱、NeuralNetworkBlockset神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊庫、SignalProcessingBlockset信號處理模塊、SimMechanics仿真機理、SimPowerSystems仿真動力系統(tǒng)

、SimulinkControlDesign“Simulink的控制設(shè)計”、SimulinkParameterEstimation“Simulink的參數(shù)估計”等。

SIMULINK專業(yè)模塊庫與模型窗口Simulink模塊庫

通信模塊集

控制系統(tǒng)工具箱

DSP(數(shù)字信號處理)模塊集

定點模塊集

模糊邏輯工具箱

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊集

功率系統(tǒng)模塊集

實時工作空間庫

S-函數(shù)示例Simulink附加庫

系統(tǒng)辨識模塊集虛擬現(xiàn)實工具箱Simulink建模方法簡介在SimulinkLibraryBrowser的庫中選擇了所需要的模塊以后，可以將模塊拖拽到模型窗口中，這樣就建立了一個Simulink模型。例如：

1.6Simulink建?？刂葡到y(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖模型建立1．模型窗口的建立2．模塊的創(chuàng)建與操作（1）創(chuàng)建模塊

（2）模塊操作1）模塊的選擇

基本操作包括：1）.模塊的選擇2）.模塊復(fù)制3）.模塊的旋轉(zhuǎn)與翻轉(zhuǎn)4）.模塊的連接5）.模塊的插入6）.模塊的名稱操作2）模塊復(fù)制

①在選定模塊處，按住鼠標右鍵并拖動至適當(dāng)位置②選定模塊，在工具欄中選擇“Copy”與“Paste”按鈕④按住“Ctrl”鍵，按下鼠標左鍵，將選定的模塊拖動至適當(dāng)?shù)奈恢?。③在選定的模塊處點擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中選擇“Copy”與“Paste”選項3）模塊的旋轉(zhuǎn)與翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)4）模塊的連接。

5）模塊的插入

6）模塊的名稱操作

（3）連接分支線

（4）連接線的折曲和折點的移動連接線折曲：選中已存在的連接線，將鼠標指針指到待折處，先按住“Shift”鍵，再按下鼠標左鍵，拖動至合適處，釋放鼠標左鍵。折點移動：選中折線，將鼠標指針指到待移動的折點處，當(dāng)鼠標指針變?yōu)橐粋€小圓圈時，按下鼠標左鍵并拖動折點至希望處，釋放鼠標左鍵。3．模塊內(nèi)部參數(shù)的修正1）傳遞函數(shù)的分子、分母多項式系數(shù)行向量的輸入，是按降冪排列的順序從高到低依次輸入。2）如多項式缺項，必須將對應(yīng)系數(shù)0輸入，不能遺漏。3）在參數(shù)設(shè)置時，任何MATLAB工作內(nèi)存中已有的變量、合法表達式、MATLAB語句等都可以填寫在編輯框中。4）模塊圖標的大小是可以用鼠標操作調(diào)整的。因此假如傳遞函數(shù)表達式太長，原方框容納不下，可以用鼠標把它拉到適當(dāng)?shù)拇笮?，使整個方框圖圖標美觀易讀。值得指出的幾點是：4．模型文件的保存5．結(jié)構(gòu)圖模型的建立舉例例

某一單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為試繪制其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖模型，并以“sy1”文件名保存。運行Simulink模型之前，如果不采用系統(tǒng)默認參數(shù)，就必須對各種仿真參數(shù)進行設(shè)置，尤其對復(fù)雜系統(tǒng)的仿真，仿真參數(shù)的合理設(shè)置尤為重要。

解算器(Solver)設(shè)置仿真數(shù)據(jù)輸入/輸出(DataImport/Export)設(shè)置仿真優(yōu)化(Optimization)設(shè)置診斷參數(shù)(Diagnostics)設(shè)置硬件實現(xiàn)(HardwareImplementation)設(shè)置模型引用(ModelReferencing)設(shè)置實時代碼生成工具(Real-TimeWorkshop)設(shè)置

包括1.7仿真算法與控制參數(shù)選擇1.參數(shù)設(shè)置

缺省時，Simulink的算法為變步長ode45，仿真時間為：起始0秒，終止10秒。從菜單欄Simulation→ConfigurationParameters，或直接按快捷鍵“Ctrl+E”可以打開這一界面，根據(jù)自己的要求，重新進行設(shè)置。(1)Solver(解題器)參數(shù)設(shè)置(2)DataImport/Export(數(shù)據(jù)輸入、輸出)參數(shù)設(shè)置(3)Diagnostics(診斷)參數(shù)設(shè)置

(4)HardwareImplementation(硬件實現(xiàn))參數(shù)設(shè)置(5)Modelreferencing(模型參考)設(shè)置(6)Real-Timeworkshop(實時工作間)參數(shù)設(shè)置基本的參數(shù)設(shè)置：（1）解算器(Solver)設(shè)置

解算器設(shè)置是進行仿真工作前必須的步驟，如何設(shè)定參數(shù)是根據(jù)解決問題的要求而決定的，以便使Simulink發(fā)揮最佳的仿真效果。

解算器仿真時間仿真解法誤差容忍度輸出設(shè)置“Startime”：仿真的起始時間，單位是“秒”“Stoptime”：仿真的停止時間，單位是“秒”1）“Simulationtime”選項組：用于設(shè)置仿真時間系統(tǒng)實際運行時間與設(shè)置輸入的時間“秒”數(shù)不會一致，因為時間運行時間與計算機的性能、模型復(fù)雜程度、解題所選擇的算法及步長、要解決問題的誤差要求等諸多因素有關(guān)。2)“Solveroptions”選項組：用于選擇算法的操作，選擇框，

可變步長仿真算法

type│Variable-step(可變步長)Fixed-step(固定步長)固定步長仿真算法

仿真解法變步長解法定步長解法discrere:針對無連續(xù)狀態(tài)系統(tǒng)的特殊解法ode45:基于Dormand-Prince4-5階的Runge-Kutta公式ode23:基于Bogachi-Shampine2-3階的Runge-Kutta公式ode113:變階次Adams-Bashforth-Moulton解法(差分代替2階導(dǎo)數(shù)，亞當(dāng)斯-巴什福思

-莫爾頓)ode15s:鋼性系統(tǒng)的變階次多步解法ode23s:鋼性系統(tǒng)的固定階次單步解法discrere:針對無連續(xù)狀態(tài)系統(tǒng)的特殊解法ode5:ode45確定步長的函數(shù)解法ode4:使用固定步長的經(jīng)典4階的Runge-Kutta公式的函數(shù)解法ode3:ode25的確定步長的函數(shù)解法ode2:使用固定步長的經(jīng)典2階的Runge-Kutta公式的函數(shù)解法ode1:固定步長的Euler解法①“Relativetolerance”（相對誤差）：指誤差相對于狀態(tài)的值，是一個百分比，默認值為1e-3，表示狀態(tài)的計算值要精確到0.1%②“Absolutetolerance”（絕對誤差）：表示誤差值的門限，或者是在狀態(tài)值為零的情況下可以接受的誤差。如果它被設(shè)成了auto，那么Simulink為每一個狀態(tài)設(shè)置初始絕對誤差為1e-6。3）仿真精度定義（2）仿真數(shù)據(jù)輸入/輸出(DataImport/Export)設(shè)置

矩陣形式。MATLAB把矩陣的第一列默認為時間向量，后面的每一列對應(yīng)每一個輸入端口，矩陣的第一行表示某一時刻各輸入端口的輸入狀態(tài)。另外，也可以把矩陣分開來表示，即MATLAB默認的表示方法[t，u]，其中t是一維時間列向量，表示仿真時間，u是和t長度相等的n維列向量（n表示輸入端口的數(shù)量），表示狀態(tài)值。例如，在命令窗口中定義t和u：t=(0:0.1:10)';u=[sin(t),cos(t).*sin(t),exp(-2*t).*sin(t)];Input選項：用于將MATLAB空間已存的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Simulink模型的“輸入模塊(In)”中，數(shù)據(jù)類型包括：數(shù)組、時間表達式、結(jié)構(gòu)體和時間串等。如果Simulink模型中使用了“輸入模塊”，就必須選中該選項并填寫所導(dǎo)入數(shù)據(jù)的變量名，缺省變量名為[t，u]，t為時間，u為該時間對應(yīng)的數(shù)值?！癓oadformworkspace”選項組：從MATLAB工作空間導(dǎo)入數(shù)據(jù)仿真數(shù)據(jù)輸入/輸出，用來設(shè)置仿真模型與工作空間Workspace之間的數(shù)據(jù)的輸入/輸出。

Initialstate選項：用于設(shè)置由Input選項導(dǎo)入Simulink

模型輸入模塊(In)變量的初始值，與Input選項配合使用。將迫使模型從MATLAB工作空間獲取模型中全部模塊所有狀態(tài)變量的初始值。Time選項：用于設(shè)置保存于MATLAB工作空間中的仿真運行時間變量名。選中此選項，可將仿真運行時間變量以指定的變量名（缺省名為tout）保存于MATLAB工作空間?！癝avetoworkspace”選項組：將仿真結(jié)果數(shù)據(jù)保存至MATLAB工作空間中States選項：用于設(shè)置保存于MATLAB工作空間中的狀態(tài)變量名。選中此選項，可將仿真過程中Simulink模型中的狀態(tài)變量值以指定的變量名（缺省名為xout）保存于MATLAB工作空間。Output選項：用于設(shè)置保存于MATLAB工作空間中的輸出數(shù)據(jù)變量名。如果Simulink模型中使用了“輸出模塊(Out)”，就必須選中該選項并填寫保存于MATLAB工作空間中的輸出數(shù)據(jù)變量名（缺省名為yout）。Finalstate選項：用于設(shè)置保存于MATLAB工作空間中的最終狀態(tài)變量名。選中此選項，可將Simulink模型中的最終狀態(tài)變量值以指定的變量名（缺省名為xFinal）保存于MATLAB工作空間。

Limitdatapointtolast選項：用于限定可存取的數(shù)據(jù)。選中此選項后，可設(shè)定保存變量接受數(shù)據(jù)的長度，缺省值為1000。如果輸入數(shù)據(jù)長度超過設(shè)定值，那么最早的“歷史”數(shù)據(jù)被刪除?！癝aveoptions”選項組：數(shù)據(jù)保存選項，需要與Savetoworkspace選項組配合使用。Decimation選項：用于設(shè)置降頻程度系數(shù)，降頻系數(shù)的默認值為1，表示每一個點都返回狀態(tài)與輸出值。Format選項：用于設(shè)置數(shù)據(jù)保存格式。保存數(shù)據(jù)有三種的格式選擇：帶時間的構(gòu)架(StructureWithTime)結(jié)構(gòu)體(Structure)數(shù)組(Array)Outputoptions選項：用于設(shè)置產(chǎn)生附加輸出信號數(shù)據(jù)，只適用于變步長解算器。輸出選項Refineoutput平滑輸出Produceadditionaloutput產(chǎn)生附加輸出Producespecifiedoutputonly僅產(chǎn)生特殊的輸出（3）診斷參數(shù)(Diagnostics)設(shè)置

在Simulink中可能出現(xiàn)一些錯誤情況，這就需要事先設(shè)置出現(xiàn)各類錯誤時發(fā)出警告的等級。提醒用戶仿真模型中所存在的問題。通過選擇不同的診斷提示方式對仿真模型進行代數(shù)環(huán)、過零等檢測，有利于仿真之前發(fā)現(xiàn)仿真模型中所存在的問題。當(dāng)然這些檢測需要花費大量的時間，一般情況下，可以使用默認的屬性設(shè)置。但是在建立仿真模型的時候，應(yīng)該要特別關(guān)注代數(shù)環(huán)和過零檢測兩個問題。用于設(shè)置系統(tǒng)對仿真過程中，可能會出現(xiàn)一些非正常事件做出何種反應(yīng)，有以下幾種：None：不做任何反應(yīng)。Warning：提出警告，但警告信息不影響程序的運行。Error：提示錯誤，運行的程序停止。診斷參數(shù)設(shè)置界面，主要用來設(shè)置仿真模型的警告和錯誤的提示。（4）硬件實現(xiàn)

(HardwareImplementation)設(shè)置

硬件實現(xiàn)設(shè)置界面，主要用于定義硬件的特性（包括硬件支持的字長等）。這里的硬件是指將來要用來運行模型的物理硬件。這些設(shè)置可以幫助用戶在模型實際運行目標系統(tǒng)（硬件）之前通過仿真檢測到以后在目標系統(tǒng)上運行可能會出現(xiàn)的問題，如溢出問題等。（5）模型參考(ModelReferencing)設(shè)置

模型參考設(shè)置界面，主要用于生成目標代碼、建立仿真以及定義當(dāng)此模型中包含其他模型或其他模型引用該模型時的一些選項參數(shù)值。

1）Rebuildoptionsforallreferencedmodels選項組：所有參考模型重建選項Rebuildoptions選項：用于設(shè)置是否要在當(dāng)前模型更新、運行仿真和生成代碼之前重建仿真和Real-TimeWorkshop目標。Modeldependencies用于定義存放初始化模型參數(shù)的命令以及為模型提供數(shù)據(jù)的文件名或文件的路徑。2）Optionsforreferencingthismodel

選項組：totalnumberofinstancesallowedpertopmodel選項：用于設(shè)置在其他模型中可以引用多少個該模型。Passscalarrootinputsbyvalue選項：通過數(shù)值來傳遞該模型的標量輸入選中此項后，別的模型在調(diào)用該模型時就會通過數(shù)值來傳遞該模型的標量輸入，否則就通過參考（如輸入的地址）來傳遞輸入。選中此項就會允許模型從速度快的寄存器或局部存儲單元讀取數(shù)據(jù)，而不是從它的實際輸入位置來讀取。如果模型的輸入在同一個時間步內(nèi)發(fā)生改變，那么選中此項就會導(dǎo)致仿真出錯。Minimizealgebraicloopoccurrences選項：最大限度地減少發(fā)生代數(shù)環(huán)選中此項后，Simulink就試圖消除模型中的一些代數(shù)環(huán)。（6）實時工作間(Real-TimeWorkshop)設(shè)置

在該環(huán)境下可直接從Simulink模型生成可移植的程序源代碼，并自動生成能在多種環(huán)境中（包括實時系統(tǒng)和單機仿真）實時執(zhí)行程序。Real-TimeWorkshop主要用來進行實時控制、實時仿真、交互式實時參數(shù)調(diào)整與生成可移植的C語言代碼等。在該該界面中允許用戶選擇目標語言模板、系統(tǒng)目標文件等，如果選擇了Generatecodeonly（只生成代碼）選項，則實時工具只將Simulink模型翻譯成目標語言代碼，不進行編譯、生成可執(zhí)行文件。實時工作間設(shè)置界面，它是Simulink的一個重要功能模塊，也是一種實時開發(fā)環(huán)境。

2.運行模型用戶在選擇適當(dāng)?shù)乃惴ú⑶以O(shè)置好仿真參數(shù)后，就可以運行Simulink仿真模型了。有兩種方法可以啟動仿真：1）選擇Simulation→Start；2）點擊圖標“”。

注意：缺省時，示波器歷史數(shù)據(jù)只保存最后的5000個。如果我們希望顯示完整的仿真曲線，就需要將“Limitdatatolast5000”前面復(fù)選框中的“√”去掉。觀察仿真結(jié)果（1）仿真結(jié)果輸出到顯示模塊

1）示波器(Scope)顯示。

將數(shù)據(jù)顯示在其獨立窗口中，是一個用途非常廣泛是顯示模塊，它以圖形的方式直接顯示輸入數(shù)據(jù)，在很多情況下，無需對輸出結(jié)果進行定量分析，便可以從其仿真輸出曲線中獲知系統(tǒng)的運行規(guī)律。

Scope模塊的工具欄按鈕命令功能介紹

設(shè)置Y軸個數(shù)設(shè)置顯示的時間范圍選擇軸的標注方法確定顯示頻度(每隔n-1個數(shù)據(jù)點顯示一次)確定顯示點的時間間隔(缺省為0表示連續(xù)顯示)示波器屬性對話框General頁

通過Scope模塊窗口的工具欄中選擇Parameters按鈕，打開示波器參數(shù)設(shè)置界面參數(shù)設(shè)置主要是針對示波器窗口的坐標系與曲線顯示方面的Numberofaxes選項：示波器窗口內(nèi)的坐標系個數(shù)，默認值為1；當(dāng)設(shè)置為2時，相當(dāng)模型結(jié)構(gòu)圖中示波器圖標的輸入端就為兩個輸入端口；Axes選項組：Timerange選項：信號顯示從0開始的時間區(qū)間，默認設(shè)置為10，若設(shè)置為n，則信號顯示的時間區(qū)間為[0，n]；Ticklabels選項：有三種選擇：坐標系標注標志(all)；坐標系不標注標志(none)；坐標系底部標注標志(bottomaxisonly)；floatingscope選項：選中此項，則示波器為浮動狀態(tài)，模型結(jié)構(gòu)圖中示波器的輸入端將與系統(tǒng)模型的連線會斷開。選擇“Decimation”是設(shè)置數(shù)據(jù)的顯示頻度，默認值為1，表示每點都顯示；設(shè)置為n時，則為隔（n-1）點顯示一次；選擇“Sampletime”是設(shè)置顯示點的采樣時間間隔，默認值為0，表示顯示連續(xù)信號，若設(shè)置為-1，則表示顯示方式取決與輸入信號；若設(shè)置大于0的數(shù)，則表示顯示離散信號的時間間隔。Sampling選項組：示波器屬性對話框Datahistory頁設(shè)定緩沖區(qū)接受數(shù)據(jù)的長度,勾選為缺省狀態(tài),其值為5000確定示波器數(shù)據(jù)是否保存到MATLAB工作空間。若勾選則為保存，且需確定變量名和保存格式(缺省時,不被勾選)設(shè)置主要是針對示波器的數(shù)據(jù)存儲與傳送方面的Savedatatoworkspace選項：用來把示波器緩沖區(qū)存儲的數(shù)據(jù)送到MATLAB工作空間，默認值是