第4講Simulink組件的基本使用方法

1、Matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用第四講第四講 Simulink組件的基本使用方法組件的基本使用方法張文靜張文靜2Simulink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)用舉例主要內(nèi)容主要內(nèi)容3Simulink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)用舉例主要內(nèi)容主要內(nèi)容4Simulink簡介簡介Simulink是MATLAB軟件的擴(kuò)展，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的軟件包； Simulink與MATLAB語言的主要區(qū)別：其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，使用戶可以把更多的精力投入到系

2、統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語言編程上。5Simulink簡介簡介 SIMULINK提供了一些按功能分類的基本系統(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)行仿真與分析。6Simulink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)用舉例主要內(nèi)容主要內(nèi)容7Simulink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

3、simulink模塊庫按鈕，就可以打開simulink庫。8信號(hào)源模塊組（信號(hào)源模塊組（Sources） Constant：常數(shù)模塊，產(chǎn)生一個(gè)常數(shù)值，用作給定輸入；Step：階躍波信號(hào)，可生成一個(gè)按給定的時(shí)間開始的階躍信號(hào)，信號(hào)的初始值和終值都可以設(shè)定；Clock：時(shí)鐘信號(hào)，輸出仿真中的當(dāng)前時(shí)間，以秒為單位。Signal Generator：信號(hào)發(fā)生器，可以產(chǎn)生正弦、方波、鋸齒波及隨意波；From File(.mat)：來自數(shù)據(jù)文件，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。9From Workspace：來自MATLAB的工作空間，可以從工作空間中讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源至少有兩列，第一列

4、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)。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。Pulse Generator：脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。Sine Wave：正弦波信號(hào)，產(chǎn)生正弦波。Repeating Sequence：重復(fù)信號(hào)，產(chǎn)生不同規(guī)律重復(fù)信號(hào)。信號(hào)源模塊組（信號(hào)源模塊組（Sources）10 連續(xù)模塊組內(nèi)的模塊主要用于對連續(xù)系統(tǒng)建模。Derivative：數(shù)值微分器模塊，其作用是將輸入端的信號(hào)經(jīng)過一階數(shù)值微分，在輸出端輸出。Transfer-Fcn：傳遞函數(shù)模塊，使用分

5、子分母多項(xiàng)式的形式給出傳遞函數(shù)。Integrator：積分器模塊，對輸入進(jìn)行積分，可以設(shè)定初始條件。連續(xù)模塊組（連續(xù)模塊組（Continuous）11State-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。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。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(hào)。Variable Transport Delay：可變時(shí)間延遲。連續(xù)模塊組（連續(xù)模塊組（Continuous）12Unit Delay：單位延遲模塊，將輸入信號(hào)做單位延時(shí)并保持一個(gè)采

6、樣周期，可以設(shè)置采樣周期和初始值。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。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。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。Discrete Transfer-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。離散模塊組（離散模塊組（Discrete）13Memory：記憶模塊，輸出的是前一步的采樣保持值。Discrete State-Space：離散狀態(tài)空間系統(tǒng)模型，與連續(xù)時(shí)間的

7、狀態(tài)空間模塊相似。Discrete Filter：離散濾波器模塊，實(shí)現(xiàn)IIR與FIR濾波器。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。離散模塊組（離散模塊組（Discrete）14邏輯和位操作模塊邏輯和位操作模塊組組（Logic and Bit Operations）Bit Clear：位清零模塊，將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)指定的位清零。Bitwise Operator：位操作運(yùn)算模塊，對輸入信號(hào)進(jìn)行位操作。Combinational Logic：組合邏輯模塊，根據(jù)指定真值表對輸入信號(hào)進(jìn)行組合邏輯運(yùn)算。Compare to Constant：與常數(shù)比較模塊，將輸入信

8、號(hào)與設(shè)定的常數(shù)進(jìn)行組合邏輯運(yùn)算。Logical Operator：邏輯運(yùn)算模塊，對信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算。Relational Operator：關(guān)系運(yùn)算模塊，進(jìn)行關(guān)系運(yùn)算。邏輯和位操作模塊組內(nèi)的模塊主要用于對輸入信號(hào)進(jìn)行邏輯處理。15數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊組（數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊組（Math Operations）Abs：取絕對值，求取輸入信號(hào)的絕對值。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(hào)。Gain：增益模塊，輸出為輸入與增益的乘積。Math Function：數(shù)學(xué)函數(shù)模塊，對輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)特定的數(shù)學(xué)函數(shù)運(yùn)算。還有其他的一些數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊，包括Sum：加減運(yùn)算模

9、塊；Product：乘運(yùn)算；Dot Product：點(diǎn)乘運(yùn)算；Trigonometric Function：三角函數(shù)；MinMax：最值運(yùn)算；Sign：符號(hào)函數(shù)；數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊組內(nèi)的模塊用于對輸入信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)操作。16輸出池模塊組（輸出池模塊組（Sinks）Out1：輸出端口模塊，代表整個(gè)系統(tǒng)的輸出端子。Scope：示波器，是顯示數(shù)據(jù)結(jié)果的有效形式。XY Graph：XY示波器模塊，顯示二維圖形。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。To Workspace：將輸出寫入MATLAB的工作空間Stop Simulation：仿真終止模塊，終止正在進(jìn)行

10、的仿真模塊。Terminator：信號(hào)終結(jié)模塊。17信號(hào)路線發(fā)送模塊信號(hào)路線發(fā)送模塊組組(Signal Routing)Mux：混路器模塊，將多路信號(hào)依照向量的形式混合成一路信號(hào)。Demux：分路器模塊，將混路器組成的信號(hào)分解為多路信號(hào)。Selector：選路器模塊，可從多路信號(hào)中按希望輸出所需的信號(hào)。Switch：開關(guān)模塊，由開關(guān)量的值選擇由哪路輸入信號(hào)直接產(chǎn)生輸出信號(hào)。Simulink中還有很多實(shí)現(xiàn)其他功能的模塊。18Simulink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)用舉例主要內(nèi)容主要內(nèi)容19Simulink模型的建立與仿真模型的建立與

11、仿真模型窗口的建立和保存聯(lián)機(jī)幫助系統(tǒng)模塊輸出與打印模型仿真模塊的有關(guān)操作模塊大小調(diào)整模塊旋轉(zhuǎn)模塊連接模塊標(biāo)簽的改變增加陰影模塊參數(shù)修正20Simulink模型的建立與仿真模型的建立與仿真仿真參數(shù)設(shè)置 “Simulation”“Configuration parameters” n 解算器（解算器（SolverSolver）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

12、程組的設(shè)置。(3) 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。21Simulink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)用舉例主要內(nèi)容主要內(nèi)容22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) ,模擬小車的運(yùn)動(dòng)。1.0c 2k 5mkg1.0m23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，彈性力 和阻力 。小車的運(yùn)動(dòng)方程：代入數(shù)據(jù)得到xkxcx 0mxcxkx0.20.4(0)1, (0)0 xxxxx 例例124在Simulink中建立仿真模型如下例例125例例1 仿真結(jié)果26例例1修改示波器屬性 set(0,ShowHiddenHandles,on); set(gcf,menubar,figure);27例例2對Van der Pol方程 進(jìn)行仿真選擇狀態(tài)變量 ， ，則原方程可以轉(zhuǎn)換成根據(jù)系統(tǒng)的方程，對系統(tǒng)進(jìn)行simulink建模1xy2xy 1222121(1)xxxxxx 2(1)0yyyy28例例2系統(tǒng)模型29例例2仿真結(jié)果30例例3帶有磁滯回線的非線性環(huán)節(jié)含有磁滯環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)框圖如下所示，其中磁滯寬度利用simulink建立模型11c 31例例