控制工程 仿真技術(shù)及其應(yīng)A用學(xué)習(xí)資料

Matlab計(jì)算與仿真技術(shù)Simulink仿真技術(shù)及其應(yīng)用機(jī)電工程系暢元江在計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，許多科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)由于其復(fù)雜性越來越高，因此與計(jì)算機(jī)的接合日趨緊密。也正是計(jì)算機(jī)技術(shù)的介入，改變了許多學(xué)科的結(jié)構(gòu)、研究內(nèi)容和研究方向。例如，計(jì)算流體力學(xué)、計(jì)算物理學(xué)、計(jì)算聲學(xué)等新興學(xué)科的興起，均與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展分不開?？刂评碚摗⒎抡婕夹g(shù)本身與計(jì)算機(jī)的接合就十分緊密，而隨著專業(yè)領(lǐng)域的研究深入和計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，這種聯(lián)系呈現(xiàn)更加緊密。計(jì)算控制論的建立，足以說明這個(gè)問題。而這種發(fā)展，又以系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展分不開的。為了滿足用戶對(duì)工程計(jì)算的要求，一些軟件公司相繼推出一批數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件，如Matlab、Xmath、Mathematica、Maple等。其中MathWorks公司推出的Matlab由于有強(qiáng)大的功能和友好的用戶界面受到越來越多的科技工作者的青睞，尤其是控制領(lǐng)域的專家和學(xué)者.Matlab具有友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境、簡單易學(xué)的編程語言、強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理能力、出色的圖形和圖像處理功能、能適應(yīng)多領(lǐng)域應(yīng)用的工具葙、適應(yīng)多種語言的程序接口、模塊化的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)級(jí)的仿真功能等，諸多的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。支持Matlab仿真是Simulink工具箱，Simulink一般可以附在Matlab上同時(shí)安裝，也有獨(dú)立版本來單獨(dú)使用。但大多數(shù)用戶都是附在Matlab上，以便能更好地發(fā)揮Matlab在科學(xué)計(jì)算上的優(yōu)勢，進(jìn)一步擴(kuò)展Simulink的使用領(lǐng)域和功能。介紹Simulink的建模方法、使用操作、以及使用Simulink進(jìn)行系統(tǒng)仿真和設(shè)計(jì)的原理。通過本章學(xué)習(xí)，不但可以進(jìn)一步掌握計(jì)算機(jī)仿真的基本概念和理論，也可以初步學(xué)會(huì)使用Simulink去真正地運(yùn)用仿真技術(shù)解決科研和工程中的實(shí)際問題。近幾年來，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域，Simulink已經(jīng)成為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的軟件之一。Simulink可以很方便地創(chuàng)建和維護(hù)一個(gè)完整地模塊，評(píng)估不同的算法和結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證系統(tǒng)的性能。由于Simulink采用模塊組合方式建模，從而可以使得用戶能夠快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模型，特別是對(duì)復(fù)雜的不確定非線性系統(tǒng)，更為方便。Simulink模型可以用來模擬線性和非線性、連續(xù)和離散或者兩者的混合系統(tǒng)，也就是說它可以用來模擬幾乎所有可能遇到動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。另外Simulink還提供一套圖形動(dòng)畫的處理方法，用戶可以方便的觀察到仿真的整個(gè)過程。Simulink沒有單獨(dú)的語言，但是它提供了S函數(shù)規(guī)則。所謂的S函數(shù)可以是一個(gè)M函數(shù)文件、FORTRAN程序、C或C++語言程序等,通過特殊的語法規(guī)則使之能夠被Simulink模型或模塊調(diào)用。S函數(shù)使Simulink更加充實(shí)、完備，具有更強(qiáng)的處理能力。同Matlab一樣，Simulink也不是封閉的,它允許用戶可以很方便的定制自己的模塊和模塊庫。同時(shí)Simulink也同樣有比較完整的幫助系統(tǒng)，使用戶可以隨時(shí)找到對(duì)應(yīng)模塊的說明，便于應(yīng)用。綜上所述，Simulink就是一種開放性的，用來模擬線性或非線性的以及連續(xù)或離散的或者兩者混合的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的強(qiáng)有力的系統(tǒng)級(jí)仿真工具。目前，隨著軟件的升級(jí)換代，在軟硬件的接口方面有了長足的進(jìn)步，使用Simulink可以很方便地進(jìn)行實(shí)時(shí)的信號(hào)控制和處理、信息通信以及DSP(DigitalSignalProcessor)的處理。世界上許多知名的大公司已經(jīng)使用Simulink作為他們產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)的強(qiáng)有力工具。Simulink仿真初步

Simulink

概述Simulation+Link

-Simulink是一種仿真工具和環(huán)境寄生在Matlab環(huán)境(共享工作空間)

完成對(duì)系統(tǒng)的建模,仿真和分析

采用基于時(shí)間模塊化框圖

(Time-based

BlockDiagram)

支持拖放(drag&place)的交互設(shè)計(jì)

有內(nèi)嵌建模模塊庫(blocklibrary)Simulink仿真初步

Simulink

建模與仿真

-系統(tǒng)模型(model)概念

模型:

系統(tǒng)行為的定量描述傳遞:輸入信號(hào)到輸出信號(hào)

分類:

靜態(tài)模型代數(shù)方程(關(guān)系)

動(dòng)態(tài)模型微分方程(組)

要素:

輸入/輸出/狀態(tài)靜態(tài)數(shù)學(xué)模型：反映系統(tǒng)處于平衡點(diǎn)（穩(wěn)態(tài)）時(shí)，系統(tǒng)狀態(tài)有關(guān)屬性變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。即只考慮同一時(shí)刻實(shí)際系統(tǒng)各物理量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，不管各變量隨時(shí)間的演化，輸出信號(hào)與過去的工作狀態(tài)（歷史）無關(guān)。因此靜態(tài)模型都是代數(shù)式，數(shù)學(xué)表達(dá)式中不含有時(shí)間變量。動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型：描述動(dòng)態(tài)系統(tǒng)瞬態(tài)與過渡態(tài)特性的模型。也可定義為描述實(shí)際系統(tǒng)各物理量隨時(shí)間演化的數(shù)學(xué)表達(dá)式。動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的輸出信號(hào)不僅取決于同時(shí)刻的激勵(lì)信號(hào)，而且與它過去的工作狀態(tài)有關(guān)。微分方程或差分方程常用作動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。對(duì)于給定的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，數(shù)學(xué)模型不是唯一的。工程上常用的數(shù)學(xué)模型包括：微分方程，傳遞函數(shù)和狀態(tài)方程。對(duì)于線性系統(tǒng)，它們之間是等價(jià)的。針對(duì)具體問題，選擇不同的數(shù)學(xué)模型。Simulink仿真初步

-模型框圖表示(信號(hào)是關(guān)于時(shí)間的函數(shù))

state

xinputuoutputy信源系統(tǒng)信宿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。什么是SIMULINK？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(shí)現(xiàn)的，通過對(duì)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。SIMULINK的最新版本是SIMULINK6.0（包含在MATLAB7.0.1里），MATLAB5.3里的版本為3.0版，它們的變化不大。Simulink工作平臺(tái)啟動(dòng)啟動(dòng)Simulink，通常有兩種方法：（1）在MATLAB命令窗口中直接輸入Simulink命令；（2）在MATLAB工具欄上單擊Simulink按鈕，如下圖所示。

這樣就可打開了Simulink的SimulinkLibraryBrower(庫模塊瀏覽器)，如下圖所示。在菜單欄中執(zhí)行File/New/Model命令，就建立了一個(gè)名為untitled的模型窗口，如下圖所示。在建立了空的模塊窗口后，用戶可以在此窗口中創(chuàng)建自己需要的Simulink模型。庫模塊瀏覽器

新建的空白模塊窗口

Simulink仿真初步

-Simulink

建模模式模塊框圖描述方式

模塊單元:內(nèi)部狀態(tài)的描述輸入／輸出信號(hào)引角模塊的幾何屬性

模塊連接:一個(gè)模塊輸出作為另一模塊輸入模塊框圖:由若干模塊通過信號(hào)線連接形成框圖模型:定義了系統(tǒng)信號(hào)、狀態(tài)的關(guān)聯(lián)框圖運(yùn)算:指定起始時(shí)間到終止時(shí)間Simulink仿真初步

-

Simulink

建模模塊

內(nèi)嵌模塊庫(build-inblocklibrary)

模塊庫提供模型設(shè)計(jì)的模板采用圖標(biāo)表示模塊的定義

幾何屬性(外觀修飾)定義

模型結(jié)構(gòu)定義模型參數(shù)定義Simulink仿真初步

-模塊的幾何屬性大小/姿態(tài)/顏色/陰影/標(biāo)注…

SIMULINK功能模塊的處理模塊庫中的模塊可以直接用鼠標(biāo)進(jìn)行拖曳（選中模塊，按住鼠標(biāo)左鍵不放）而放到模型窗口中進(jìn)行處理。在模型窗口中，選中模塊，則其4個(gè)角會(huì)出現(xiàn)黑色標(biāo)記。此時(shí)可以對(duì)模塊進(jìn)行以下的基本操作。功能模塊的基本操作，包括模塊的移動(dòng)、復(fù)制、刪除、轉(zhuǎn)向、改變大小、模塊命名、顏色設(shè)定、參數(shù)設(shè)定、屬性設(shè)定、模塊輸入輸出信號(hào)等。1）移動(dòng)：選中模塊，按住鼠標(biāo)左鍵將其拖曳到所需的位置即可。若要脫離線而移動(dòng)，可按住shift鍵，再進(jìn)行拖曳。2）復(fù)制：選中模塊，然后按住鼠標(biāo)右鍵進(jìn)行拖曳即可復(fù)制同樣的一個(gè)功能模塊。3）刪除：選中模塊，按Delete鍵即可。若要?jiǎng)h除多個(gè)模塊，可以同時(shí)按住Shift鍵，再用鼠標(biāo)選中多個(gè)模塊，按Delete鍵即可。也可以用鼠標(biāo)選取某區(qū)域，再按Delete鍵就可以把該區(qū)域中的所有模塊和線等全部刪除。4）轉(zhuǎn)向：為了能夠順序連接功能模塊的輸入和輸出端，功能模塊有時(shí)需要轉(zhuǎn)向。在菜單Format中選擇FlipBlock旋轉(zhuǎn)180度，選擇RotateBlock順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度。或者直接按Ctrl+F鍵執(zhí)行FlipBlock，按Ctrl+R鍵執(zhí)行RotateBlock。5）改變大小：選中模塊，對(duì)模塊出現(xiàn)的4個(gè)黑色標(biāo)記進(jìn)行拖曳即可。6）模塊命名：先用鼠標(biāo)在需要更改的名稱上單擊一下，然后直接更改即可。名稱在功能模塊上的位置也可以變換180度，可以用Format菜單中的FlipName來實(shí)現(xiàn)，也可以直接通過鼠標(biāo)進(jìn)行拖曳。HideName可以隱藏模塊名稱。7）顏色設(shè)定：Format菜單中的ForegroundColor可以改變模塊的前景顏色，BackgroundColor可以改變模塊的背景顏色；而模型窗口的顏色可以通過ScreenColor來改變。8）參數(shù)設(shè)定：用鼠標(biāo)雙擊模塊，就可以進(jìn)入模塊的參數(shù)設(shè)定窗口，從而對(duì)模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。參數(shù)設(shè)定窗口包含了該模塊的基本功能幫助，為獲得更詳盡的幫助，可以點(diǎn)擊其上的help按鈕。通過對(duì)模塊的參數(shù)設(shè)定，就可以獲得需要的功能模塊。9）屬性設(shè)定：選中模塊，打開Edit菜單的BlockProperties可以對(duì)模塊進(jìn)行屬性設(shè)定。包括Description屬性、Priority優(yōu)先級(jí)屬性、Tag屬性、Openfunction屬性、Attributesformatstring屬性。其中Openfunction屬性是一個(gè)很有用的屬性，通過它指定一個(gè)函數(shù)名，則當(dāng)該模塊被雙擊之后，Simulink就會(huì)調(diào)用該函數(shù)執(zhí)行，這種函數(shù)在MATLAB中稱為回調(diào)函數(shù)。10）模塊的輸入輸出信號(hào)：模塊處理的信號(hào)包括標(biāo)量信號(hào)和向量信號(hào)；標(biāo)量信號(hào)是一種單一信號(hào)，而向量信號(hào)為一種復(fù)合信號(hào)，是多個(gè)信號(hào)的集合，它對(duì)應(yīng)著系統(tǒng)中幾條連線的合成。缺省情況下，大多數(shù)模塊的輸出都為標(biāo)量信號(hào)，對(duì)于輸入信號(hào)，模塊都具有一種“智能”的識(shí)別功能，能自動(dòng)進(jìn)行匹配。某些模塊通過對(duì)參數(shù)的設(shè)定，可以使模塊輸出向量信號(hào)。Simulink仿真初步

-模塊的結(jié)構(gòu)定義

設(shè)定端口數(shù)據(jù)類型設(shè)增益值-模塊的參數(shù)定義Simulink仿真初步

-Simulink

交互式圖形界面

模塊庫+模塊框圖編輯白板

模塊框圖建模的交互模式

添加模塊操作在模塊庫中選取模塊拖入模塊框圖編輯器添加信號(hào)連接線選取信源端口引出信號(hào)連線直至信宿端口Simulink仿真初步

-Simulink

交互式圖形界面(續(xù))

編輯模塊框圖

復(fù)制/刪除/粘貼模塊/信號(hào)線/標(biāo)簽/折彎/分支設(shè)置/修改模塊-信號(hào)線結(jié)構(gòu)屬性設(shè)置/修改模塊的模型參數(shù)

模塊框圖文件

Fileopen/new/save/saveas/…

確省后綴名:*.mdl

啟動(dòng)交互式界面

激活Matlab

工具攔圖標(biāo)SIMULINK線的處理改變粗細(xì)：線所以有粗細(xì)是因?yàn)榫€引出的信號(hào)可以是標(biāo)量信號(hào)或向量信號(hào)，當(dāng)選中Format菜單下的Widenonscalar

lines時(shí)，線的粗細(xì)會(huì)根據(jù)線所引出的信號(hào)是標(biāo)量還是向量而改變，如果信號(hào)為標(biāo)量則為細(xì)線，若為向量則為粗線。選中Widenonscalar

lines則可以顯示出向量引出線的寬度，即向量信號(hào)由多少個(gè)單一信號(hào)合成。SIMULINK模型的構(gòu)建是通過用線將各種功能模塊進(jìn)行連接而構(gòu)成的。用鼠標(biāo)可以在功能模塊的輸入與輸出端之間直接連線。所畫的線可以改變粗細(xì)、設(shè)定標(biāo)簽，也可以把線折彎、分支。設(shè)定標(biāo)簽：只要在線上雙擊鼠標(biāo)，即可輸入該線的說明標(biāo)簽。也可以通過選中線，然后打開Edit菜單下的SignalProperties進(jìn)行設(shè)定，其中signalname屬性的作用是標(biāo)明信號(hào)的名稱，設(shè)置這個(gè)名稱反映在模型上的直接效果就是與該信號(hào)有關(guān)的端口相連的所有直線附近都會(huì)出現(xiàn)寫有信號(hào)名稱的標(biāo)簽。線的折彎：按住Shift鍵，再用鼠標(biāo)在要折彎的線處單擊一下，就會(huì)出現(xiàn)圓圈，表示折點(diǎn)，利用折點(diǎn)就可以改變線的形狀。線的分支：按住鼠標(biāo)右鍵，在需要分支的地方拉出即可以?；蛘甙醋trl鍵，并在要建立分支的地方用鼠標(biāo)拉出即可。Simulink仿真初步模塊庫瀏覽器Simulink仿真初步

模塊框圖編輯器Simulink仿真初步

-Simulink模塊化框圖建模實(shí)例

靜態(tài)模型建模

任務(wù):正余弦模擬雙通道信號(hào)觀測儀

模塊框圖:

信號(hào)發(fā)生器積分雙通道合成器示波器

正弦信號(hào)發(fā)生器：信源模塊庫Source

多通道信號(hào)合成器：信號(hào)路由庫SignalRouting

多通道示波器:信宿模塊庫Sink

生成余弦的積分運(yùn)算:連續(xù)模塊庫MathSimulink仿真初步

-Simulink模塊化框圖建模實(shí)例從信源模塊庫中選取摸板(拖)創(chuàng)建正弦信號(hào)發(fā)生器(放)Simulink仿真初步-Matlab繪圖

-Simulink模塊化框圖建模實(shí)例

依次創(chuàng)建所需的模塊單元:

Simulink仿真初步

依次創(chuàng)建信號(hào)連接線

利用Simulink建立物理系統(tǒng)和數(shù)學(xué)系統(tǒng)的仿真模型，關(guān)鍵是對(duì)Simulink提供的功能模塊進(jìn)行操作，即用適當(dāng)?shù)姆绞綄⒏鞣N模塊連接在一起。本小節(jié)將介紹模塊的基本操作。在介紹具體的操作之前先對(duì)建模過程提兩點(diǎn)建議：⑴在建模之前，應(yīng)對(duì)模塊和信號(hào)線有一個(gè)整體、清晰和仔細(xì)的安排，以便能減少建模時(shí)間；⑵及時(shí)對(duì)模塊和信號(hào)線命名、及時(shí)對(duì)模型加標(biāo)注，以增強(qiáng)模型的可讀性。Simulink仿真初步正弦信號(hào)發(fā)生器模塊參數(shù)設(shè)定SineWaveBlockParameters

Amplitude=1Frequency(rad/sec)=0.25*2*piPhase(rad)=0SampleTime=0

Simulink仿真初步積分器模塊參數(shù)設(shè)定

IntegratorBlockParameters

ExternalReset=NoneInitialConditions=0

Limitoutput=NotCheckedShowsaturationpoint=NotCheckedShowstateport=NotCheckedAbsolutetolerance=auto

在Simulink中，各功能模塊的參數(shù)描述都可以由用戶通過該模塊的模塊屬性對(duì)話框進(jìn)行操作給出或修改。對(duì)于積分模塊的屬性對(duì)話框來說，它有9個(gè)可控參數(shù)。(1)Externalreset為外部重置選項(xiàng)。它用在當(dāng)重置信號(hào)中發(fā)生觸發(fā)事件時(shí)，模塊將照初始條件重置狀態(tài)。(2)initialconditionsource此項(xiàng)用來從初始條件參數(shù)或外部模塊中獲取初始條件。(3)initialcondition此區(qū)域用來設(shè)置初始條件。(4)Limitoutput如果此項(xiàng)被選中，則狀態(tài)將被限制在飽和度下限和上限之間。(5)Uppersaturationlimit此參數(shù)用來設(shè)置飽和度上限。(6)Lowersaturationlimit此參數(shù)用來設(shè)置飽和度下限。(7)Showsaturationport若此項(xiàng)被選中，則模塊上將增加一個(gè)飽和度端口。(8)Showstateport若此項(xiàng)被選中，則模塊上將增加一個(gè)狀態(tài)端口。(9)Absolutetolerance此參數(shù)用來設(shè)置模塊狀態(tài)的絕對(duì)誤差。

圖7.2.11積分模塊屬性對(duì)話框

Simulink仿真初步仿真參數(shù)設(shè)定圖形與匹配窗口激活工具欄運(yùn)行按鈕雙擊示波器圖標(biāo)顯示獲取的信號(hào)第5章MATLAB/Simulink仿真技術(shù)及其應(yīng)用

5.1Simulink仿真原理5.2Simulink模塊庫5.3仿真模型的建立和模塊參數(shù)及屬性的設(shè)置5.4其他應(yīng)用模塊集及Simulink擴(kuò)展庫5.5基于MATLAB/SIMULINK仿真算例5.1

Simulink的仿真原理5.1.1Simulink仿真模塊通常，Simulink仿真系統(tǒng)包括輸入(Input)、狀態(tài)(states)和輸出(Output)三個(gè)部分?！ぽ斎肽K：即信號(hào)源模塊，包括常數(shù)字信號(hào)源和用戶自定義信號(hào)；·狀態(tài)模塊：即被模擬的系統(tǒng)模塊，是系統(tǒng)建模的核心和主要部分；·輸出模塊：即信號(hào)顯示模塊，它能夠以圖形方式、文件格式進(jìn)行顯示。注意：在設(shè)計(jì)一個(gè)模型時(shí)，必須先確定這三個(gè)部分的意，以及它們之間的聯(lián)系；Simulink的仿真模型并非一定要完全包括這三個(gè)部分，它可以缺少其中一個(gè)或者兩個(gè)；Simulink的狀態(tài)模塊可以是連續(xù)的、離散的，或者它們二者的結(jié)合。5.1.2Simulink仿真過程1．初始化階段2．模型執(zhí)行階段模型仿真是通過數(shù)值積分來進(jìn)行完成的，計(jì)算數(shù)值積分可以采用以下兩步來進(jìn)行：①按照秩序計(jì)算每個(gè)模塊的積分；②根據(jù)當(dāng)前輸入和狀態(tài)來決定狀態(tài)的微分，得到微分矢量，然后把它返回給解法器，以計(jì)算下一個(gè)采樣點(diǎn)的狀態(tài)矢量。在每一個(gè)時(shí)間步中，Simulink依次解決下列問題：

·按照秩序更新模塊的輸出；

·按照秩序更新模塊的狀態(tài)；

·檢查模塊連續(xù)狀態(tài)的不連續(xù)點(diǎn)；

·計(jì)算下一個(gè)仿真時(shí)間步的時(shí)間。①對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，得到它們實(shí)際計(jì)算的值。②展開模型的各個(gè)層次；③按照更新的次序?qū)δＰ瓦M(jìn)行排序；④確定那些顯式化的信號(hào)屬性，并檢查每個(gè)模塊是否能夠接受連接它們輸入端的信號(hào)；⑤確定所有非顯式的信號(hào)采樣時(shí)間模塊的采樣時(shí)間；⑥分配和初始化存儲(chǔ)空間，以便存儲(chǔ)每個(gè)模塊的狀態(tài)和當(dāng)前值的輸出。5.2Simulink模塊庫在庫模塊瀏覽器中單擊Simulink前面的“+”號(hào)，就能夠看到Simulink的模塊庫，SIMILINK模塊庫按功能進(jìn)行分為以下8類子庫：Continuous（連續(xù)模塊）Discrete（離散模塊）Function&Tables（函數(shù)和平臺(tái)模塊）Math（數(shù)學(xué)模塊）Nonlinear（非線性模塊）Signals&Systems（信號(hào)和系統(tǒng)模塊）Sinks（接收器模塊）Sources（輸入源模塊）SIMULINK的模塊庫分別介紹5.2.1連續(xù)模塊庫(Continuous)

在連續(xù)模塊(Continuous)庫中包括了常見的連續(xù)模塊，這些模塊如下圖所示。

1.積分模塊(Integrator)：功能：對(duì)輸入變量進(jìn)行積分。說明：模塊的輸入可以是標(biāo)量，也可以是矢量；輸入信號(hào)的維數(shù)必須與輸入信號(hào)保持一致。2.微分模塊(Derivative)功能：通過計(jì)算差分?u/

?t近似計(jì)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(shí)現(xiàn)以下數(shù)學(xué)方程描述的系統(tǒng)：

4.傳遞函數(shù)模塊(TransferFcn)功能：用執(zhí)行一個(gè)線性傳遞函數(shù)。5.零極點(diǎn)傳遞函數(shù)模塊(Zero-Pole)功能：用于建立一個(gè)預(yù)先指定的零點(diǎn)、極點(diǎn)，并用延遲算子s表示的連續(xù)。6．存儲(chǔ)器模塊(Memory)功能：保持輸出前一步的輸入值。7．可變傳輸延遲模塊(VariableTransportDelay)功能：用于將輸入端的信號(hào)進(jìn)行可變時(shí)間的延遲。8．傳輸延遲模塊(TransportDelay)功能：用于將輸入端的信號(hào)延遲指定的時(shí)間后再傳輸給輸出信號(hào)。1、Integrator（積分模塊）說明：◆將輸入信號(hào)經(jīng)過數(shù)值積分，在輸出端直接反映。◆輸入量可以是標(biāo)量，也可以是矢量。2、Derivative（微分模塊）說明：◆將輸入信號(hào)經(jīng)過一階數(shù)值微分，在輸出端直接反映?！糨斎肓靠梢允菢?biāo)量，也可以是矢量?！裟K的初始輸入為0?！粑⒎纸Y(jié)果的準(zhǔn)確性取決于仿真步長。3、TransferFcn（傳遞函數(shù)模塊）傳遞函數(shù)常用于描述頻域下的線性微分方程。是系統(tǒng)輸出的Laplace變換和輸入的Laplace變換的比值。4、Zero-Pole（零極點(diǎn)傳遞函數(shù)模塊）零極點(diǎn)傳遞函數(shù)常用于建立一個(gè)預(yù)先指定的零點(diǎn)、極點(diǎn)，并用延遲算子S表示的連續(xù)系統(tǒng)。tf

ss

zpk

ss2tftf2sszp2tfzp2ss控制系統(tǒng)建模方法與模型轉(zhuǎn)化5.2.2離散模塊庫(Discrete)

離散模塊庫(Discrete)主要用于建立離散采樣的系統(tǒng)模型，包括的主要模塊，如圖所示。1．零階保持器模塊(Zero-Order-Hold)功能：在一個(gè)步長內(nèi)將輸出的值保持在同一個(gè)值上。2．單位延遲模塊(UnitDelay)功能：將輸入信號(hào)作單位延遲，并且保持一個(gè)采樣周期相當(dāng)于時(shí)間算子z-1

。3．離散時(shí)間積分模塊(DiscreteTimeIntegrator)功能：在構(gòu)造完全離散的系統(tǒng)時(shí)，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(shí)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(shí)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(gè)離散傳遞函數(shù)。7．離散零極點(diǎn)傳遞函數(shù)模塊(DiscreteZero-Pole)功能：用于建立一個(gè)預(yù)先指定的零點(diǎn)、極點(diǎn)，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(shí)間間隔內(nèi)保持一階采樣。5.2.3函數(shù)與表格模塊庫(Function&Table)

函數(shù)與表格模塊庫(Function&Table)主要實(shí)現(xiàn)各種一維、二維或者更高維函數(shù)的查表，另外用戶還可以根據(jù)自己需要?jiǎng)?chuàng)建更復(fù)雜的函數(shù)。該模塊庫包括多個(gè)主要模塊、如下圖所示。1.一維查表模塊(Look-UpTable)

一維查表模塊(Look-UpTable)實(shí)現(xiàn)對(duì)單路輸入信號(hào)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(gè)變量經(jīng)過查表、插值，計(jì)算出模塊的輸出值，并返回這個(gè)值。說明：對(duì)二維輸入信號(hào)進(jìn)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(hào)進(jìn)行指定的函數(shù)運(yùn)算，最后計(jì)算出模塊的輸出值。說明：輸入的數(shù)學(xué)表達(dá)式應(yīng)符合C語言編程規(guī)范；與MATLAB中的表達(dá)式有所不同，不能完成矩陣運(yùn)算。4．MATLAB函數(shù)模塊(MATLABFcn)功能：對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行MATLAB函數(shù)及表達(dá)式的處理。說明：模塊為單輸入模塊；能夠完成矩陣運(yùn)算。注意：從運(yùn)算速度角度，Mathfunction模塊要比Fcn模塊慢。當(dāng)需要提高速度時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)，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(yùn)行，最后計(jì)算模塊的輸出值。5.2.4數(shù)學(xué)模塊庫(Math)

數(shù)學(xué)模塊庫(Math)包括多個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊，如圖所示。3.矢量的點(diǎn)乘模塊(DotProduct)功能：矢量的點(diǎn)乘模塊(DotProduct)用于實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的點(diǎn)積運(yùn)算。4.增益模塊(Gain)功能：增益模塊(Gain)的作用是把輸入信號(hào)乘以一個(gè)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(duì)多路輸入信號(hào)進(jìn)行求和運(yùn)算，并輸出結(jié)果。2.乘法模塊(Product)功能：乘法模塊(Product)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)通用數(shù)學(xué)函數(shù)，其中包含exp、log、log10、square、sqrt、pow、等。6.三角函數(shù)模塊(TrigonometricFunction)功能：用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行三角函數(shù)運(yùn)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(duì)值模塊(Abs)、符號(hào)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(yùn)算符模塊(LogicalOperator)、位邏輯運(yùn)算符模塊(BitwiseLogicalOperator)等。9.關(guān)系運(yùn)算模塊(RelationalOperator)

關(guān)系符號(hào)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(yùn)算模塊復(fù)數(shù)運(yùn)算模塊包括計(jì)算復(fù)數(shù)的模與幅角(ComplextoMagnitude-Angle)、由模和幅角計(jì)算復(fù)數(shù)(Magnitude-AngletoComplex)、提取復(fù)數(shù)實(shí)部與虛部模塊(ComplextoRealandImage)、由復(fù)數(shù)實(shí)部和虛部計(jì)算復(fù)數(shù)(RealandImagetoComplex)。5.2.5非線性模塊(Nonlinear)非線性模塊(Nonlinear)中包括一些常用的非線性模塊，如圖所示。1.比率限幅模塊(RateLimiter)功能：用于限制輸入信號(hào)的一階導(dǎo)數(shù)，使得信號(hào)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(hào)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(hào)由平滑狀態(tài)變成臺(tái)階狀態(tài)。6．繼電模塊(Relay)功能：繼電模塊(Relay)用于實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)不同常數(shù)值之間進(jìn)行切換。7．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。4．間隙模塊(Backlash)功能：模擬有間隙系統(tǒng)的行為。5．死區(qū)輸出模塊(DeadZone)功能：在規(guī)定的區(qū)內(nèi)沒有輸出值。

5.2.6信號(hào)與系統(tǒng)模塊庫(signals&Systems)信號(hào)與系統(tǒng)模塊庫(signals&Systems)包括的主要模塊如下圖所示。1.Bus信號(hào)選擇模塊(BusSelector)功能：用于得到從Mux模塊或其它模塊引入的Bus信號(hào)。2.混路器模塊(Mux)功能：把多路信號(hào)組成一個(gè)矢量信號(hào)或者Bus信號(hào)。3.分路器模塊(Demux)功能：把混路器組成的信號(hào)按照原來的構(gòu)成方法分解成多路信號(hào)。4.信號(hào)合成模塊(Merge)功能：把多路信號(hào)進(jìn)行合成一個(gè)單一的信號(hào)。5.接收/傳輸信號(hào)模塊(From/Goto)功能：接收/傳輸信號(hào)模塊(From/Goto)常常配合使用，F(xiàn)rom模塊用于從一個(gè)Goto模塊中接收一個(gè)輸入信號(hào)，Goto模塊用于把輸入信號(hào)傳遞給From模塊。6．初始值設(shè)定模塊(IC)功能：初始值設(shè)定模塊(IC)用于設(shè)定與輸出端口連接的模塊的初始值。5.2.7信號(hào)輸出模塊(Sinks)

信號(hào)輸出模塊(Sinks)包括的主要模塊如下圖所示。1.示波器模塊(Scope):scope跟待顯示信號(hào)之間有信號(hào)線連著，F(xiàn)loatingscope不用信號(hào)線連，通過參數(shù)設(shè)定待顯示信號(hào)功能：顯示在仿真過程中產(chǎn)生的輸出信號(hào)，用于在示波器中顯示輸入信號(hào)與仿真時(shí)間的關(guān)系曲線，仿真時(shí)間為x軸。2.二維信號(hào)顯示模塊(XYGraph)功能：在MATLAB的圖形窗口中顯示一個(gè)二維信號(hào)圖，并將兩路信號(hào)分別作為示波器坐標(biāo)的x軸與y軸，同時(shí)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(hào)的值?？晒┻x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(hào)保存到一個(gè)指定的MAT文件。第一行為仿真時(shí)間，余下的行則是輸入數(shù)據(jù)，一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)是輸入矢量的一個(gè)分量。5.輸出到工作空間模塊(ToWorkspace)功能：把信號(hào)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(hào)模塊(Terminator)功能：中斷一個(gè)未連接的信號(hào)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(shí)，停止系統(tǒng)仿真。Sinks（接收器模塊）Scope：示波器XYGraph：顯示二維圖形ToWorkspace：將輸出寫入MATLAB的工作空間Ｐｌｏｔ（ｔｏｕｔ，ｓｉｍｏｕｔ）out：將輸出寫入MATLAB的工作空間Ｐｌｏｔ（ｔｏｕｔ，ｙｏｕｔ）ToFile(.mat)：將輸出寫入數(shù)據(jù)文件

Toworkspace模塊的使用可以使用Toworkspace模塊將仿真輸出信息返回到命令窗口在Tospace模塊參數(shù)對(duì)話框中，saveformat選擇Array(向量)項(xiàng)，在workspace中看到tout和simout兩個(gè)數(shù)據(jù)向量Toworkspace模塊的使用在命令窗口，鍵入plot(tout,simout)，可以得到下圖。5.2.8信號(hào)源模塊庫(Sources)信號(hào)源模塊庫(Sources)包括的主要模塊如下圖所示。1．輸入常數(shù)模塊(Constant)功能：產(chǎn)生一個(gè)常數(shù)。該常數(shù)可以是實(shí)數(shù)，也可以是復(fù)數(shù)。2．信號(hào)源發(fā)生器模塊(SignalGenerator)功能：產(chǎn)生不同的信號(hào)，其中包括：正弦波、方波、鋸齒波信號(hào)。3．從文件讀取信號(hào)模塊(FromFile)功能：從一個(gè)MAT文件中讀取信號(hào)，讀取的信號(hào)為一個(gè)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(shí)間有兩個(gè)或者更多的列，則數(shù)據(jù)點(diǎn)的輸出應(yīng)該是首次出現(xiàn)的列。4．從工作空間讀取信號(hào)模塊(FromWorkspace)功能：從MATLAB工作空間讀取信號(hào)作為當(dāng)前的輸入信號(hào)。5．隨機(jī)數(shù)模塊(RandomNumber)功能：產(chǎn)生正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)，默認(rèn)的隨機(jī)數(shù)是期望為0，方差為1的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布量。6．帶寬限制白噪聲模塊(BandLimitedWhiteNoise)功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)或者混雜系統(tǒng)的白噪聲輸入。7．其它模塊除以上介紹的常用模塊外，還包括其模塊。各模塊功能可通過以下方法查看：先進(jìn)入Simulink工作窗口，在菜單中執(zhí)行Help/SimulinkHelp命令，這時(shí)就會(huì)彈出Help界面。然后用鼠標(biāo)展開UsingSimulink\BlockReference\Simulink

BlockLibraries就可以看到Simulink的所有模塊。查看相應(yīng)的模塊的使用方法和說明信息即可。

5.3仿真模型的建立與模塊參數(shù)與屬性的設(shè)置1.仿真模塊的建立首先啟動(dòng)Simulink命令，建立一個(gè)空的模塊窗口“untitled”，然后利用Simulink提供的模塊庫，在此窗口中創(chuàng)建自己需要的Simulink模型。具體方法：在模塊庫瀏覽器中找到所需模塊，選中該模塊后右擊鼠標(biāo)，把它加入到一個(gè)模型窗口中即可完成模塊的建立。

添加模塊

2.模塊參數(shù)與屬性的設(shè)置

方法：在所建立的模型窗口中，選中相應(yīng)的模塊，單擊右擊鼠標(biāo)，在彈出的快捷菜單中單擊“Blockparameters”選項(xiàng)(如右圖所示)，即可打開該模塊的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。右擊鼠標(biāo)，在彈出的快捷菜單中單擊“BlockProperties”選項(xiàng)，即可打開該模塊的屬性設(shè)置對(duì)話框。

Blockparamenters選項(xiàng)

3.模塊的連接

一般情況下，每個(gè)模塊都有一個(gè)或者多個(gè)輸入口或者輸出口。輸入口通常是模塊的左邊的“>”符號(hào)；輸出口是右邊的“>”符號(hào)。

模塊的連接方法：把鼠標(biāo)指針放到模塊的輸出口，這時(shí)，鼠標(biāo)指針將變?yōu)椤?”十字形；然后，拖運(yùn)鼠標(biāo)至其它模塊的輸入口，這時(shí)信號(hào)線就變成了帶有方向箭頭的線段。此時(shí)，說明這兩個(gè)模塊的連接成功，否則需要重新進(jìn)行連接。4.運(yùn)行仿真在運(yùn)行仿真之前，首先保存已設(shè)置和連接的模型，然后就可以運(yùn)行仿真。1.Simulink仿真注意(1)Simulink的數(shù)據(jù)類型由于Simulink在仿真過程中，始終都要檢查模型的類型安全性。模型的類型安全性是指從該模型產(chǎn)生的代碼不出現(xiàn)上溢或者下溢現(xiàn)象，當(dāng)產(chǎn)生溢出現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)將出錯(cuò)誤。查看模塊的數(shù)據(jù)類型的方法是：在模型窗口的菜單中執(zhí)行Format/PortDataTypes命令，這樣每個(gè)模塊支持的數(shù)據(jù)類型就顯示出來了。要取消數(shù)據(jù)類型的查看方式，單擊PortDataTypes去掉其前面的勾號(hào)即可。Simulink仿真注意與技巧查看模塊支持的數(shù)據(jù)類型(2)數(shù)據(jù)的傳輸在仿真過程中，Simulink首先查看有沒有特別設(shè)置的信號(hào)的數(shù)據(jù)類型，以及檢驗(yàn)信號(hào)的輸入和輸出端口的數(shù)據(jù)類型是否產(chǎn)生沖突。如果有沖突，Simulink將停止仿真，并給出一個(gè)出錯(cuò)提示對(duì)話框，在此對(duì)話框中將顯示出錯(cuò)的信號(hào)以及端口，并把信號(hào)的路徑以高亮顯示。遇到該情形，必須改變數(shù)據(jù)類型以適應(yīng)模塊的需要。(3)提高仿真速度

Simulink仿真過程，仿真的性能受諸多因素的影響，包括模型的設(shè)計(jì)和仿真參數(shù)的選擇等。對(duì)于大多數(shù)問題，使用Simulink系統(tǒng)默認(rèn)的解法和仿真參數(shù)值就能夠比較好地解決。因素及解決方法：(1)仿真的時(shí)間步長太小。針對(duì)這種情況可以把最大仿真步長參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值auto。(2)仿真的時(shí)間過長?？勺们闇p小仿真的時(shí)間。(3)選擇了錯(cuò)誤的解法。針對(duì)這種情況可以通過改變解法器來解決。(4)仿真的精度要求過高。仿真時(shí)，如果絕對(duì)誤差限度太小，則會(huì)使仿真在接近零的狀態(tài)附近耗費(fèi)過多時(shí)間。通常，相對(duì)誤差限為0.1%就已經(jīng)足夠了。(5)模型包含一個(gè)外部存儲(chǔ)塊。盡量使用內(nèi)置存儲(chǔ)模塊。(4)改善仿真精度檢驗(yàn)仿真精度的方法是：通過修改仿真的相對(duì)誤差限和絕對(duì)誤差限，并在一個(gè)合適的時(shí)間跨度反復(fù)運(yùn)行仿真，對(duì)比仿真結(jié)果有無大的變化，如果變化不大，表示解是收斂的。說明仿真的精度是有效的，結(jié)果是穩(wěn)定的。如果仿真結(jié)果不穩(wěn)定，其原因可參是系統(tǒng)本身不穩(wěn)定或仿真解法不適合。如果仿真的結(jié)果不精確，其原因很可能是：(1)模型有取值接近零的狀態(tài)。如果絕對(duì)誤差過大，會(huì)使仿真在接近零區(qū)域運(yùn)行的仿真時(shí)間太小。解決的辦法是修改絕對(duì)誤差參數(shù)或者修改初始的狀態(tài)。(2)如果改變絕對(duì)誤差限還不能達(dá)到預(yù)期的誤差限，則修改相對(duì)誤差限，使可接受的誤差降低，并減小仿真的步長。2.Simulink仿真技巧■連接分支信號(hào)線先連接好單根信號(hào)線，然后將鼠標(biāo)指針放在已經(jīng)連接好的信號(hào)線上，同時(shí)按住“Ctrl”鍵，拖動(dòng)鼠標(biāo)，連接到另一個(gè)模塊。這樣就可以根據(jù)需由一個(gè)信號(hào)源模塊，引出多條信號(hào)線。如圖所示。引出多條信號(hào)線示例

■模塊的編輯技巧(1)調(diào)整模塊大小

(2)在同一窗口復(fù)制模塊(3)刪除模塊(4)編輯模塊標(biāo)簽5.4其它應(yīng)用模塊集和Simulink擴(kuò)展庫1.通信模塊集(CommunicationsBlockset)通信模塊集中的模塊庫2．?dāng)?shù)字信號(hào)處理模塊集(DSPBlockset)3.電力系統(tǒng)模塊集(PowerSystemBlockset)4.Simulink擴(kuò)展庫

?擴(kuò)展信號(hào)輸出模塊庫(AdditionalSinks)擴(kuò)展信號(hào)輸出模塊庫?擴(kuò)展離散庫(AdditionalDiscrete)?擴(kuò)展線性庫(AdditionalLinear)擴(kuò)展離散庫擴(kuò)展線性庫?轉(zhuǎn)換庫(Transformations)轉(zhuǎn)換模塊庫?觸發(fā)模塊庫(FlipFlops)

觸發(fā)模塊庫?線性化庫(Linearization)線性化庫?宇航模塊庫(AirspaceBlocks)宇航模塊庫微分方程的解析解：何謂解析解與數(shù)值解？1、Matlab軟件求解微分方程解析解的命令dsolve()（1）求通解的命令格式：dsolve(‘微分方程’，‘自變量’)注：微分方程在輸入時(shí)，一階導(dǎo)數(shù)y’應(yīng)輸入Dy，y”應(yīng)輸入D2y等，D應(yīng)大寫)微分方程的解析解：何謂解析解與數(shù)值解？1、Matlab軟件求解微分方程解析解的命令dsolve()(2)求特解的命令格式：dsolve(‘微分方程’,‘初始條件’,‘自變量’)微分方程的解析解：何謂解析解與數(shù)值解？1、Matlab軟件求解微分方程解析解的命令dsolve()(2)求特解的命令格式：dsolve(‘微分方程’,‘初始條件’,‘自變量’)求解微分方程：先從數(shù)學(xué)的角度看，要由t得到u的數(shù)值解，需要先對(duì)sint取余弦運(yùn)算，然后再積分。在弄清數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)之后，就可以根據(jù)數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)相應(yīng)的仿真模型。構(gòu)造如圖所示的模型

例1演示“求和”模塊的向量處理能力：輸入擴(kuò)展例2演示“增益”模塊的向量處理能力：參數(shù)擴(kuò)展5.5基于MATLAB/Simulink仿真算例C=(5/9)*(F-32)例3溫度轉(zhuǎn)換器例：系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型如下，利用Simulink求得系統(tǒng)的階躍響應(yīng)的數(shù)值解，分別用歐拉法和4階RK法。例4利用Simulink求得系統(tǒng)的數(shù)值解歐拉法和4階RK法

例5一階慣性環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)要求得到系統(tǒng)G(s)=5/(0.1s+2)的階躍響應(yīng)曲線，用simulink來建立模型。１）雙擊打開SIMULINK模塊庫中的信號(hào)源庫（sources）.２）選擇信號(hào)源庫中的step模塊，使用鼠標(biāo)右健將其拖入自己的模型窗口，模型窗口中出現(xiàn)了一個(gè)step模塊，設(shè)置它的跳躍時(shí)間、初值和終值。３）雙擊打開SIMULINK的線性系統(tǒng)庫（Continuous）,使用鼠標(biāo)右鍵將其中的傳遞函數(shù)模塊拖入自己的模型窗口。雙擊這一模塊，設(shè)置傳遞函數(shù)的表達(dá)式，如傳遞函數(shù)為5/（0.1s+2），參數(shù)Numerator填入：［５］，參數(shù)Denominator中填入［0.1,2］。１）打開SIMULINK的顯示庫(sinks),使用鼠標(biāo)右鍵將其中的示波器模塊拖入自己的模型窗口。２）模型外側(cè)的＞和＜分別表示信號(hào)的輸出和輸入。為了聯(lián)結(jié)兩個(gè)模塊，使用鼠標(biāo)的任意按鈕，點(diǎn)擊輸入或輸出端口，但鼠標(biāo)變?yōu)椋问綍r(shí)，拖動(dòng)十字圖標(biāo)到另一個(gè)窗口，然后釋放鼠標(biāo)按鈕，則帶箭頭的連線表示了信號(hào)的流向。如上得到的數(shù)學(xué)模型如圖所示。（三）仿真在模型窗口的simulation菜單中選擇start,就開始仿真。雙擊scope模塊，可以看到仿真的結(jié)果。上述慣性環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)仿真結(jié)果如圖所示。（四）模型保存在模型窗口中的file菜單下，有save菜單，使用該菜單可以將模型保存為一個(gè)文件，待下次使用時(shí)打開，也可以使用saveas菜單改名保存文件。MATLAB5.0以后版本保存的文件擴(kuò)展名為.mdl，以前的版本為.m文件。在MATLAB的命令窗口中，鍵入模型文件名，就可以打開模型文件。練習(xí)題1已知單位負(fù)反饋二階系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=10/s^2+3s，利用simulink求取其單位階躍響應(yīng)，并將響應(yīng)曲線倒入到Matlab的workspace中，在工作空間中繪制響應(yīng)曲線。練習(xí)題2閉環(huán)系統(tǒng)前向通道傳遞函數(shù)為G(s)=(s+0.5/s+0.1)(20/s^3+12s^2+20s)，前向通道有一個(gè)[-0.2,0.5]的限幅環(huán)節(jié)，反饋通道的增益為1.5，系統(tǒng)為負(fù)反饋，階躍經(jīng)1.5倍的增益作用到系統(tǒng)，利用simulink求取其單位階躍響應(yīng)練習(xí)題3已知單位負(fù)反饋控制系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=s+5/s^2(s+10)，利用simulink求取其單位階躍信號(hào)、單位斜坡信號(hào)和單位加速度信號(hào)時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。練習(xí)題4已知一個(gè)離散線性系統(tǒng)如圖所示,對(duì)象模型Gp(s)=2/s(s+1),G0(s)為保持器,r(t)為單位階躍輸入,用simulink求解:(1)G0(s)為零階時(shí),采樣周期為0.1s、1s、2s時(shí)系統(tǒng)的輸出;(2)采樣周期為1s,G0(s)為零階和一階時(shí)的輸出。r(t)e(t)e*(t)Ｇ０（ｓ）Ｇｐ（ｓ）y(t