第五章Simulink仿真模擬基礎(chǔ)

1、第四章 Matlab Simulink仿真工具的應(yīng)用Simulink是一個(gè)用來對是一個(gè)用來對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包。使用進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包。使用Simulink來建來建模、分析和仿真各種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)（包括模、分析和仿真各種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)（包括連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)離散系統(tǒng)和和混合系統(tǒng)混合系統(tǒng)），將是一件），將是一件非常輕松的事情。非常輕松的事情。它提供了一種它提供了一種圖形化圖形化的交互環(huán)境，只需用的交互環(huán)境，只需用鼠標(biāo)拖動(dòng)鼠標(biāo)拖動(dòng)的方法便能迅速地建立起的方法便能迅速地建立起系統(tǒng)框系統(tǒng)框圖圖模型，甚至模型，甚至不需要編寫一行代碼不需要編寫一行代碼。由于由于Simuli

2、nk具有強(qiáng)大的功能與友好的用戶界面，因此它已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到諸多具有強(qiáng)大的功能與友好的用戶界面，因此它已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到諸多領(lǐng)域之中，如：領(lǐng)域之中，如：（1）通訊與衛(wèi)星系統(tǒng)。通訊與衛(wèi)星系統(tǒng)。（2）航空航天系統(tǒng)。航空航天系統(tǒng)。（3）生物系統(tǒng)。生物系統(tǒng)。（4）物流）物流系統(tǒng)。系統(tǒng)。（6）制造）制造系統(tǒng)。系統(tǒng)。（7）金融系統(tǒng)。金融系統(tǒng)。理論知識準(zhǔn)備一、過程控制概述一、過程控制概述過程自動(dòng)控制技術(shù)是自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)重要分支，在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。過程自動(dòng)控制技術(shù)是自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)重要分支，在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。過程控制經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段的發(fā)展：過程控制經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段的發(fā)展：v 基地式儀表控制系

3、統(tǒng)基地式儀表控制系統(tǒng)v單元組合式儀表控制系統(tǒng)單元組合式儀表控制系統(tǒng)v計(jì)算機(jī)集中式數(shù)字控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集中式數(shù)字控制系統(tǒng)v集散式控制系統(tǒng)（集散式控制系統(tǒng)（DCS）v 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）v 計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（CIPS） 流程工業(yè)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（流程工業(yè)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)由以下控制系統(tǒng)由以下 4 個(gè)部分組成：個(gè)部分組成：是過程控制系統(tǒng)需要控制的目標(biāo)，是過程控制系統(tǒng)中的主體環(huán)：是過程控制系統(tǒng)需要控制的目標(biāo)，是過程控制系統(tǒng)中的主體環(huán)節(jié)。節(jié)。：用于檢測被控變量，將檢測信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號。：用于檢測被控變量

4、，將檢測信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號。：將檢測變送環(huán)節(jié)輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號與設(shè)定值信號進(jìn)行比較，獲得偏差信號，并按：將檢測變送環(huán)節(jié)輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號與設(shè)定值信號進(jìn)行比較，獲得偏差信號，并按一定控制規(guī)律對偏差信號進(jìn)行計(jì)算，運(yùn)算輸出送執(zhí)行器。一定控制規(guī)律對偏差信號進(jìn)行計(jì)算，運(yùn)算輸出送執(zhí)行器。：處于控制環(huán)路的最終位置，也成為：處于控制環(huán)路的最終位置，也成為”最終元件最終元件”。用于接收控制器。用于接收控制器的輸出信號，并控制操縱變量變化。的輸出信號，并控制操縱變量變化。 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來分：按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來分： 反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)系統(tǒng)被控量與給定位的偏差進(jìn)行工作的，最后達(dá)到消除或減小偏差反饋控制系統(tǒng)

5、是根據(jù)系統(tǒng)被控量與給定位的偏差進(jìn)行工作的，最后達(dá)到消除或減小偏差的目的，偏差值是控制的依據(jù)。反饋控制系統(tǒng)通常稱的目的，偏差值是控制的依據(jù)。反饋控制系統(tǒng)通常稱，它是，它是。 前饋控制系統(tǒng)是直接根據(jù)擾動(dòng)量的大小進(jìn)行工作的，擾動(dòng)是控制的依據(jù)。不構(gòu)成合回路，前饋控制系統(tǒng)是直接根據(jù)擾動(dòng)量的大小進(jìn)行工作的，擾動(dòng)是控制的依據(jù)。不構(gòu)成合回路，故也稱為故也稱為。前饋控制由于無法檢查控制的效果，因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中尤其是。前饋控制由于無法檢查控制的效果，因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中尤其是在在。 復(fù)合控制系統(tǒng)也就是通常所指的復(fù)合控制系統(tǒng)也就是通常所指的，它是，它是，具有兩者的優(yōu)點(diǎn)。前饋控制的主要優(yōu)點(diǎn)是能針對主要擾動(dòng)及時(shí)克服

6、其對被控量的影響；反饋具有兩者的優(yōu)點(diǎn)。前饋控制的主要優(yōu)點(diǎn)是能針對主要擾動(dòng)及時(shí)克服其對被控量的影響；反饋控制的主要優(yōu)點(diǎn)是克服其他擾動(dòng)，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)能準(zhǔn)確地使被控量控制在給定值上，因此控制的主要優(yōu)點(diǎn)是克服其他擾動(dòng)，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)能準(zhǔn)確地使被控量控制在給定值上，因此構(gòu)成的復(fù)合控制系統(tǒng)可以提高控制質(zhì)量。構(gòu)成的復(fù)合控制系統(tǒng)可以提高控制質(zhì)量。 復(fù)合控制系統(tǒng)又包括如下六種控制系統(tǒng)：復(fù)合控制系統(tǒng)又包括如下六種控制系統(tǒng)：串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)多沖量控制系統(tǒng)多沖量控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類按給定值的特

7、點(diǎn)來分：按給定值的特點(diǎn)來分： 系統(tǒng)被控量（溫度、壓力、流量、液位、成分等）的給定值保持在某一恒值（或在某一系統(tǒng)被控量（溫度、壓力、流量、液位、成分等）的給定值保持在某一恒值（或在某一很小范圍內(nèi)不變）。很小范圍內(nèi)不變）。 系統(tǒng)被控量的給定值隨時(shí)間任意地變化，因此控制的作用是克服擾動(dòng)，使被控量及時(shí)跟系統(tǒng)被控量的給定值隨時(shí)間任意地變化，因此控制的作用是克服擾動(dòng)，使被控量及時(shí)跟蹤給定值變化。蹤給定值變化。 系統(tǒng)被控量的給定值按預(yù)定的時(shí)間程序而變化，控制的目的是使被控量按規(guī)定的程序自系統(tǒng)被控量的給定值按預(yù)定的時(shí)間程序而變化，控制的目的是使被控量按規(guī)定的程序自動(dòng)變化。動(dòng)變化?？刂葡到y(tǒng)模型控制系統(tǒng)模型v 建

8、立數(shù)學(xué)模型。建立數(shù)學(xué)模型。 控制系統(tǒng)模型，是指描述控制系統(tǒng)輸入、輸出變量以及內(nèi)部各變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)控制系統(tǒng)模型，是指描述控制系統(tǒng)輸入、輸出變量以及內(nèi)部各變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。式。 控制系統(tǒng)模型可分為控制系統(tǒng)模型可分為和和，靜態(tài)模型描述的是過程控制系統(tǒng)變量之間的，靜態(tài)模型描述的是過程控制系統(tǒng)變量之間的靜態(tài)關(guān)系，動(dòng)態(tài)模型描述的是過程控制系統(tǒng)變量之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。靜態(tài)關(guān)系，動(dòng)態(tài)模型描述的是過程控制系統(tǒng)變量之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。 最常用、基本的數(shù)學(xué)模型是最常用、基本的數(shù)學(xué)模型是與與。v建立仿真模型。建立仿真模型。 由于計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算方法的限制，有些數(shù)學(xué)模型是不能直接用于數(shù)值計(jì)算的，如由于計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)

9、算方法的限制，有些數(shù)學(xué)模型是不能直接用于數(shù)值計(jì)算的，如，因此原始的數(shù)學(xué)模型必須轉(zhuǎn)換為能夠進(jìn)行系統(tǒng)仿真的仿真模型。例如在進(jìn)行連續(xù)系統(tǒng)仿，因此原始的數(shù)學(xué)模型必須轉(zhuǎn)換為能夠進(jìn)行系統(tǒng)仿真的仿真模型。例如在進(jìn)行連續(xù)系統(tǒng)仿真時(shí)，就需要將真時(shí)，就需要將這樣的這樣的通過通過轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成。二、過程控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型二、過程控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)模型控制系統(tǒng)模型v 建立數(shù)學(xué)模型。建立數(shù)學(xué)模型。 控制系統(tǒng)模型，是指描述控制系統(tǒng)輸入、輸出變量以及內(nèi)部各變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)控制系統(tǒng)模型，是指描述控制系統(tǒng)輸入、輸出變量以及內(nèi)部各變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。式。 控制系統(tǒng)模型可分為控制系統(tǒng)模型可分為和和，靜態(tài)模型描述的

10、是過程控制系統(tǒng)變量之間的，靜態(tài)模型描述的是過程控制系統(tǒng)變量之間的靜態(tài)關(guān)系，動(dòng)態(tài)模型描述的是過程控制系統(tǒng)變量之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。靜態(tài)關(guān)系，動(dòng)態(tài)模型描述的是過程控制系統(tǒng)變量之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。 最常用、基本的數(shù)學(xué)模型是最常用、基本的數(shù)學(xué)模型是與與。v建立仿真模型。建立仿真模型。 由于計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算方法的限制，有些數(shù)學(xué)模型是不能直接用于數(shù)值計(jì)算的，如由于計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算方法的限制，有些數(shù)學(xué)模型是不能直接用于數(shù)值計(jì)算的，如，因此原始的數(shù)學(xué)模型必須轉(zhuǎn)換為能夠進(jìn)行系統(tǒng)仿真的仿真模型。例如在進(jìn)行連續(xù)系統(tǒng)仿，因此原始的數(shù)學(xué)模型必須轉(zhuǎn)換為能夠進(jìn)行系統(tǒng)仿真的仿真模型。例如在進(jìn)行連續(xù)系統(tǒng)仿真時(shí)，就需要將真時(shí)，就需要將這樣的這

11、樣的通過通過轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成。u(t)輸入輸入y(t)輸出輸出系統(tǒng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的模型常用常微分方程和差分方程來表示。動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的模型常用常微分方程和差分方程來表示。1、常微分方程、常微分方程u(t)輸入輸入y(t)輸出輸出系統(tǒng)系統(tǒng)狀態(tài)：狀態(tài)：x(t)，參數(shù)：，參數(shù)：P輸出：輸出：y(t) = f (t, x(t), u(t), P)微分：微分：x(t) = g (t, x(t), u(t), P)時(shí)間：時(shí)間：t常微分方程用于連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)，常微分方程用于連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)，由輸出方程和微分方程兩部分組由輸出方程和微分方程兩部分組成：成：輸出方程：輸出方程：在給定時(shí)間在給定時(shí)間t，以系統(tǒng)的輸入以系統(tǒng)的

12、輸入u(t)、狀態(tài)、狀態(tài)x(t)、參數(shù)、參數(shù)P和時(shí)間和時(shí)間t為函為函數(shù)，計(jì)算系統(tǒng)的當(dāng)前輸出。數(shù)，計(jì)算系統(tǒng)的當(dāng)前輸出。微分方程：微分方程：在給定時(shí)間在給定時(shí)間t，以系統(tǒng)的輸入以系統(tǒng)的輸入u(t)、狀態(tài)、狀態(tài)x(t)、參數(shù)、參數(shù)P和時(shí)間和時(shí)間t為函數(shù)，為函數(shù)，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻狀態(tài)的導(dǎo)數(shù)計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻狀態(tài)的導(dǎo)數(shù) x(t)。2、差分方程、差分方程u(n-1)輸入輸入y(n)輸出輸出系統(tǒng)系統(tǒng)狀態(tài)：狀態(tài)：x(n)，參數(shù)：，參數(shù)：P輸出：輸出：y(n) = f (n-1, x(n-1), u(n), P)微分：微分：x(n) = g (n-1, x(n-1), u(n), P)時(shí)間：時(shí)間：t常微分方程用于離散時(shí)間

13、系統(tǒng)，常微分方程用于離散時(shí)間系統(tǒng)，由輸出方程和更新方程兩部分組由輸出方程和更新方程兩部分組成：成：輸出方程：輸出方程：以系統(tǒng)的輸入以系統(tǒng)的輸入u(n)、前一時(shí)刻的狀態(tài)、前一時(shí)刻的狀態(tài)x(n-1)、參數(shù)、參數(shù)P和時(shí)間和時(shí)間t為為函數(shù)，計(jì)算系統(tǒng)的當(dāng)前輸函數(shù)，計(jì)算系統(tǒng)的當(dāng)前輸出。出。更新方程：更新方程：在給定時(shí)間在給定時(shí)間t，以系統(tǒng)的輸入以系統(tǒng)的輸入u(n)、前一、前一時(shí)刻的狀態(tài)時(shí)刻的狀態(tài)x(n-1)、參數(shù)、參數(shù)P和時(shí)間和時(shí)間t為函數(shù)，計(jì)算當(dāng)前為函數(shù)，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)。時(shí)刻的狀態(tài)。665 yyysysyys6652 tteesssssssssy32223132231) 3)(2(6) 65(6 是

14、是中常用的一種中常用的一種積分變換積分變換，又名，又名拉氏變換拉氏變換。拉氏變換是一個(gè)拉氏變換是一個(gè)線性變換線性變換，可將一個(gè)，可將一個(gè)轉(zhuǎn)換為一個(gè)轉(zhuǎn)換為一個(gè)。可以將可以將或者或者轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為，所以大大，所以大大了了。在許多工程技術(shù)和科學(xué)研究領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，特別是在力學(xué)系統(tǒng)、電學(xué)在許多工程技術(shù)和科學(xué)研究領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，特別是在力學(xué)系統(tǒng)、電學(xué)系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、可靠性系統(tǒng)以及系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、可靠性系統(tǒng)以及中都起著重要作用。中都起著重要作用。dtds(*) tdts(*)1syydtddtdyy (*)ysydtdtdddtdtdydy2)(*)()( ysynn )(xxxyyyy

15、224465 xsxxsysyysys224465223 xssysss)224()1465(223 是一種是一種，它是為，它是為而建立的而建立的和和間的一種間的一種。p 對一個(gè)對一個(gè)作拉普拉斯變換，并在作拉普拉斯變換，并在，再將，再將作作來求來求，往往比，往往比出同樣的結(jié)果在出同樣的結(jié)果在。的這種運(yùn)算步驟對于的這種運(yùn)算步驟對于尤為有效，它可把微分方程化為容易求解的代數(shù)方尤為有效，它可把微分方程化為容易求解的代數(shù)方程來處理，從而使計(jì)算簡化。程來處理，從而使計(jì)算簡化。p 在在中，對控制系統(tǒng)的分析和綜合，都是建立在中，對控制系統(tǒng)的分析和綜合，都是建立在的。引入拉普拉斯變的。引入拉普拉斯變換的一個(gè)主

16、要優(yōu)點(diǎn)，是可換的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)，是可代替代替來描述來描述。時(shí)域和頻域時(shí)域和頻域時(shí)域和頻域是信號的基本性質(zhì)。時(shí)域和頻域是信號的基本性質(zhì)。自變量是時(shí)間，即自變量是時(shí)間，即，縱軸是信號的幅度。也可以說，縱軸是信號的幅度。也可以說。時(shí)域中，任何信號的波形都可以用正弦波（時(shí)域中，任何信號的波形都可以用正弦波（Simulink中的中的Sine Wave控件）合成?？丶┖铣?。自變量是頻率，即自變量是頻率，即，縱軸是該頻率信號的幅度。也可以說，縱軸是該頻率信號的幅度。也可以說。頻域中，正弦波是存在的唯一波形。頻域中，正弦波是存在的唯一波形。動(dòng)態(tài)信號從時(shí)域變換到頻域主要通過動(dòng)態(tài)信號從時(shí)域變換到頻域主要通過進(jìn)行變

17、化。進(jìn)行變化?？靠?，靠靠。時(shí)域：一首鋼琴曲的聲音波形是時(shí)域表達(dá)。時(shí)域：一首鋼琴曲的聲音波形是時(shí)域表達(dá)。頻域：鋼琴譜則是頻域表達(dá)。頻域：鋼琴譜則是頻域表達(dá)。傅里葉變換就是把一個(gè)信號，分解成無數(shù)的正弦波（或者余弦波）信號。也就是說，用無傅里葉變換就是把一個(gè)信號，分解成無數(shù)的正弦波（或者余弦波）信號。也就是說，用無數(shù)的正弦波，可以合成任何你所需要的信號。數(shù)的正弦波，可以合成任何你所需要的信號。l 設(shè)函數(shù)設(shè)函數(shù) 若滿足：若滿足： （1）當(dāng)）當(dāng) 時(shí)，時(shí)， （2）當(dāng)）當(dāng) 時(shí)，實(shí)函數(shù)時(shí)，實(shí)函數(shù) 的積分的積分 在在s的某一域內(nèi)收斂，則定義的某一域內(nèi)收斂，則定義 的拉普拉斯變換為的拉普拉斯變換為 )(tf0 t

18、0)( tf0 t)(tf 0)(dtetfst)(tf 0)()()(dtetfsFtfLst一、一、 拉普拉斯變換的定義拉普拉斯變換的定義（s = + j） 稱為稱為 的象函數(shù)；的象函數(shù)； 稱為稱為 的原函數(shù)。的原函數(shù)。 )(sF)(tf)(tf)(sF這里字母這里字母 L 表示對表示對 f(t)做拉普拉斯變換做拉普拉斯變換 0)()(dtetfsFstdsesFjsFLtfjcjcst)(21)()(1拉氏變換與拉氏逆變換一一對應(yīng)拉氏變換與拉氏逆變換一一對應(yīng)2010-10-7301、單位脈沖函數(shù)、單位脈沖函數(shù) (t)二、二、 常用函數(shù)的拉氏變換常用函數(shù)的拉氏變換1)()(00tstste

19、dtettL2、單位階躍函數(shù)、單位階躍函數(shù)1(t)2010-10-7323、單位斜坡（速度）函數(shù)、單位斜坡（速度）函數(shù)2010-10-7334、單位拋物線（加速度）函數(shù)、單位拋物線（加速度）函數(shù)5、冪函數(shù)、冪函數(shù)：f(t)=tn6、指數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)： f(t)=eat (a為常數(shù)為常數(shù))10!)( nstnnsndtettLsFasdteeLsFtsaat1)(0)(22001sinsin()2stjjstLtt edteeedtjs22001coscos()2stjjstsLtt edteeedts7、正弦函數(shù)和余弦函數(shù)、正弦函數(shù)和余弦函數(shù) 解：解： 將方程兩邊取拉氏變換，得將方程兩邊取拉

20、氏變換，得 整理得整理得 故故 例：解方程例：解方程 ,其中其中 66)(5)( tytyty 00)0( yy ssYssYsYs665)(2 32231326 sssssssY tteety32231 三、拉氏變換的基本性質(zhì)三、拉氏變換的基本性質(zhì)1、線性性質(zhì)（疊加原理）、線性性質(zhì)（疊加原理） 設(shè)設(shè)f1(t)和和f2(t)是兩個(gè)任意時(shí)間函數(shù)，它們的象函數(shù)分別為是兩個(gè)任意時(shí)間函數(shù)，它們的象函數(shù)分別為F1(s) 和和F2(s) ，a和和b是兩個(gè)任意實(shí)常數(shù)，是兩個(gè)任意實(shí)常數(shù)，Laf1(t)+ bf2(t) = aL f1(t) + bLf2(t)= aF1(s) + bF2(s) L-1aF1(s

21、) + bF2(s) = af1(t)+ bf2(t)例：求函數(shù)例：求函數(shù) 的象函數(shù)。的象函數(shù)。f(t)=K(1-e-at)解：解：LK(1-e-at)=LK -LKe-atsKasK)(assKa根據(jù)拉氏變換的線性性質(zhì)，求函數(shù)乘以常數(shù)的象函數(shù)以及求幾個(gè)函數(shù)相加減根據(jù)拉氏變換的線性性質(zhì)，求函數(shù)乘以常數(shù)的象函數(shù)以及求幾個(gè)函數(shù)相加減的結(jié)果的象函數(shù)時(shí)，可以先求各函數(shù)的象函數(shù)再進(jìn)行計(jì)算。的結(jié)果的象函數(shù)時(shí)，可以先求各函數(shù)的象函數(shù)再進(jìn)行計(jì)算。2、微分性質(zhì)、微分性質(zhì)函數(shù)函數(shù)f(t)的象函數(shù)的象函數(shù)F( )與其導(dǎo)數(shù)的象函數(shù)之間有如下關(guān)系與其導(dǎo)數(shù)的象函數(shù)之間有如下關(guān)系:)0()0()0()()()1(21)(n

22、nnnnffsfssFstfL零初始條件下：零初始條件下：0)0()0()0()1(nfff)()()(sFstfLnn)0()()(fssFtfL)0()0()()(2fsfsFstfL 解解：22)sin(stLdttdLtL)sin(1)cos(22ss)cos(tdttd)sin(1例：利用導(dǎo)數(shù)性質(zhì)求余弦函數(shù)的象函數(shù)。例：利用導(dǎo)數(shù)性質(zhì)求余弦函數(shù)的象函數(shù)。0122ss是指零初始條件下是指零初始條件下（或（或 z 變換）變換）與與之比。之比。是描述是描述動(dòng)態(tài)特性的動(dòng)態(tài)特性的之一。之一。連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)系統(tǒng)輸入：系統(tǒng)輸入：u(t)，輸入為時(shí)刻，輸入為時(shí)刻 t 的函數(shù)。的函

23、數(shù)。系統(tǒng)輸出：系統(tǒng)輸出：y(t)，輸出也為時(shí)刻，輸出也為時(shí)刻 t 的函數(shù)。的函數(shù)。uuuyyyy3522345 01201233)(5)(2)(2)(3)(4)(5ssUssUssYssYssYssYs 2345352)()(12312 ssssssUsY系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系的微分方程表示：系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系的微分方程表示：系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系的傳遞函數(shù)表示：系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系的傳遞函數(shù)表示：拉普拉斯變換：拉普拉斯變換：離散系統(tǒng)的傳遞函數(shù)離散系統(tǒng)的傳遞函數(shù)系統(tǒng)輸入：系統(tǒng)輸入：u(n)，輸入為第，輸入為第 n 個(gè)采樣時(shí)刻個(gè)采樣時(shí)刻 的函數(shù)。的函數(shù)。系統(tǒng)輸出：系統(tǒng)輸出：y(n)，輸出也為第，輸出也為第 n 個(gè)

24、采樣時(shí)刻的函數(shù)。個(gè)采樣時(shí)刻的函數(shù)。)(04.0)1(08.0)2(04.0)(7 .0)1(6 .1)2(nunununynyny 7 .06 .104.008.004.0)()(1212 zzzzzUzY系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系的差分方程表示：系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系的差分方程表示：系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系的傳遞函數(shù)表示：系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系的傳遞函數(shù)表示：拉普拉斯變換：拉普拉斯變換：012012)(04.0)(08.0)(04.0)(7 .0)(6 .1)(zzUzzUzzUzzYzzYzzY SIMULINK軟件的使用Simulink 的啟動(dòng)的啟動(dòng)由于由于Simulink是基于是基于MATLAB環(huán)境之上的高性能的系

25、統(tǒng)級仿真設(shè)計(jì)平臺，因此啟動(dòng)環(huán)境之上的高性能的系統(tǒng)級仿真設(shè)計(jì)平臺，因此啟動(dòng)Simulink之前之前必須首先運(yùn)行必須首先運(yùn)行MATLAB，然后才能啟動(dòng)，然后才能啟動(dòng)Simulink并建立系統(tǒng)模型。并建立系統(tǒng)模型。啟動(dòng)啟動(dòng)Simulink有有兩種方式兩種方式：n用命令行方式啟動(dòng)用命令行方式啟動(dòng)Simulink。即在即在MATLAB的命令窗口中直接鍵入如下命令：的命令窗口中直接鍵入如下命令：simulinkn使用工具欄按鈕啟動(dòng)使用工具欄按鈕啟動(dòng)Simulink。即用鼠標(biāo)單擊即用鼠標(biāo)單擊MATLAB工具欄中的工具欄中的Simulink按鈕。按鈕。Simulink 的模塊庫簡介的模塊庫簡介Simulink

26、模塊庫瀏覽器模塊庫瀏覽器可以按照類型選擇合適的可以按照類型選擇合適的系統(tǒng)模塊系統(tǒng)模塊、獲得系統(tǒng)模塊的簡單描、獲得系統(tǒng)模塊的簡單描述以及查找系統(tǒng)模塊等，并且可以直接將述以及查找系統(tǒng)模塊等，并且可以直接將模塊庫模塊庫中的中的模塊拖動(dòng)模塊拖動(dòng)或者或者拷貝拷貝到用戶的到用戶的系系統(tǒng)模型統(tǒng)模型中以構(gòu)建中以構(gòu)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型。公共模塊庫和公共模塊庫和專業(yè)模塊庫專業(yè)模塊庫公共模塊庫下公共模塊庫下的子模塊的子模塊專業(yè)模塊庫下的專業(yè)模塊庫下的子模塊子模塊每個(gè)模塊下的控件每個(gè)模塊下的控件公共模塊庫公共模塊庫公公共共模模塊塊庫庫下下的的子子模模塊塊Continuous（連續(xù)系統(tǒng)模塊庫）（連續(xù)系統(tǒng)模塊庫）u

27、Integrator：輸入信號積分：輸入信號積分uDerivative：輸入信號微分：輸入信號微分uState-Space：線性狀態(tài)空間系統(tǒng)模型：線性狀態(tài)空間系統(tǒng)模型uTransfer-Fcn：線性傳遞函數(shù)模型：線性傳遞函數(shù)模型uZero-Pole：以零極點(diǎn)表示的傳遞函數(shù)模型：以零極點(diǎn)表示的傳遞函數(shù)模型uMemory：存儲上一時(shí)刻的狀態(tài)值：存儲上一時(shí)刻的狀態(tài)值uTransport Delay：輸入信號延時(shí)一個(gè)固定時(shí)間再輸出：輸入信號延時(shí)一個(gè)固定時(shí)間再輸出uVariable Transport Delay：輸入信號延時(shí)一個(gè)可變時(shí)間：輸入信號延時(shí)一個(gè)可變時(shí)間再輸出再輸出Discrete（離散系統(tǒng)模

28、塊庫）（離散系統(tǒng)模塊庫）uDiscrete-time Integrator：離散時(shí)間積分器：離散時(shí)間積分器uDiscrete Filter：IIR與與FIR濾波器濾波器uDiscrete State-Space：離散狀態(tài)空間系統(tǒng)模型：離散狀態(tài)空間系統(tǒng)模型uDiscrete Transfer-Fcn：離散傳遞函數(shù)模型：離散傳遞函數(shù)模型uDiscrete Zero-Pole：以零極點(diǎn)表示的離散傳遞函數(shù)模型：以零極點(diǎn)表示的離散傳遞函數(shù)模型uFirst-Order Hold：一階采樣和保持器：一階采樣和保持器uZero-Order Hold：零階采樣和保持器：零階采樣和保持器uUnit Delay：一

29、個(gè)采樣周期的延時(shí)：一個(gè)采樣周期的延時(shí)uFcn：用自定義的函數(shù)（表達(dá)式）進(jìn)行運(yùn)算：用自定義的函數(shù)（表達(dá)式）進(jìn)行運(yùn)算uMATLAB Fcn：利用：利用matlab的現(xiàn)有函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算的現(xiàn)有函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算uS-Function：調(diào)用自編的：調(diào)用自編的S函數(shù)的程序進(jìn)行運(yùn)算函數(shù)的程序進(jìn)行運(yùn)算uLook-Up Table：建立輸入信號的查詢表（線性峰值匹配）：建立輸入信號的查詢表（線性峰值匹配）uLook-Up Table(2-D)：建立兩個(gè)輸入信號的查詢表（線性峰值匹配）：建立兩個(gè)輸入信號的查詢表（線性峰值匹配）Math Operation（數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)運(yùn)算庫運(yùn)算庫）uSum：加減運(yùn)算：加減運(yùn)算uProduct

30、：乘運(yùn)算：乘運(yùn)算uDot Product：點(diǎn)乘運(yùn)算：點(diǎn)乘運(yùn)算uGain：比例運(yùn)算：比例運(yùn)算uMath Function：包括指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、求平方、開根號等常：包括指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、求平方、開根號等常用數(shù)學(xué)函數(shù)用數(shù)學(xué)函數(shù)uTrigonometric Function：三角函數(shù)，包括正弦、余弦、正切等：三角函數(shù)，包括正弦、余弦、正切等uMinMax：最值運(yùn)算：最值運(yùn)算uAbs：取絕對值：取絕對值uSign：符號函數(shù)：符號函數(shù)uLogical Operator：邏輯運(yùn)算：邏輯運(yùn)算uRelational Operator：關(guān)系運(yùn)算：關(guān)系運(yùn)算uComplex to Magnitude-Angle

31、：由復(fù)數(shù)輸入轉(zhuǎn)為幅值和相角輸出：由復(fù)數(shù)輸入轉(zhuǎn)為幅值和相角輸出uMagnitude-Angle to Complex：由幅值和相角輸入合成復(fù)數(shù)輸出：由幅值和相角輸入合成復(fù)數(shù)輸出uComplex to Real-Imag：由復(fù)數(shù)輸入轉(zhuǎn)為實(shí)部和虛部輸出：由復(fù)數(shù)輸入轉(zhuǎn)為實(shí)部和虛部輸出uReal-Imag to Complex：由實(shí)部和虛部輸入合成復(fù)數(shù)輸出：由實(shí)部和虛部輸入合成復(fù)數(shù)輸出uSaturation：飽和輸出，讓輸出超過某一值時(shí)能夠飽和。：飽和輸出，讓輸出超過某一值時(shí)能夠飽和。uRelay：滯環(huán)比較器，限制輸出值在某一范圍內(nèi)變化。：滯環(huán)比較器，限制輸出值在某一范圍內(nèi)變化。uSwitch：開關(guān)選擇

32、，當(dāng)?shù)诙€(gè)輸入端大于臨界值時(shí)，輸：開關(guān)選擇，當(dāng)?shù)诙€(gè)輸入端大于臨界值時(shí)，輸出由第一個(gè)輸入端而來，否則輸出由第三個(gè)輸入端而來。出由第一個(gè)輸入端而來，否則輸出由第三個(gè)輸入端而來。uManual Switch：手動(dòng)選擇開關(guān)：手動(dòng)選擇開關(guān)Singal Attribution（信號屬性庫信號屬性庫）uIn1：輸入端。：輸入端。uOut1：輸出端。：輸出端。uMux：將多個(gè)單一輸入轉(zhuǎn)化為一個(gè)復(fù)合輸出。：將多個(gè)單一輸入轉(zhuǎn)化為一個(gè)復(fù)合輸出。uDemux：將一個(gè)復(fù)合輸入轉(zhuǎn)化為多個(gè)單一輸出。：將一個(gè)復(fù)合輸入轉(zhuǎn)化為多個(gè)單一輸出。uGround：連接到?jīng)]有連接到的輸入端。：連接到?jīng)]有連接到的輸入端。uTerminat

33、or：連接到?jīng)]有連接到的輸出端。：連接到?jīng)]有連接到的輸出端。uSubSystem：建立新的封裝（：建立新的封裝（Mask）功能模塊）功能模塊Singal Routing（信號路由庫信號路由庫）Sinks（系統(tǒng)輸出模塊庫）（系統(tǒng)輸出模塊庫）uScope：示波器。：示波器。uXY Graph：顯示二維圖形。：顯示二維圖形。uTo Workspace：將輸出寫入：將輸出寫入MATLAB的工作空間。的工作空間。uTo File(.mat)：將輸出寫入數(shù)據(jù)文件。：將輸出寫入數(shù)據(jù)文件。Sources（系統(tǒng)輸入模塊庫）（系統(tǒng)輸入模塊庫）uConstant：常數(shù)信號。：常數(shù)信號。uClock：時(shí)鐘信號。：時(shí)鐘

34、信號。uFrom Workspace：來自：來自MATLAB的工作空間。的工作空間。uFrom File(.mat)：來自數(shù)據(jù)文件。：來自數(shù)據(jù)文件。uPulse Generator：脈沖發(fā)生器。：脈沖發(fā)生器。uRepeating Sequence：重復(fù)信號。：重復(fù)信號。uSignal Generator：信號發(fā)生器，可以產(chǎn)生正弦、方波、鋸齒波及：信號發(fā)生器，可以產(chǎn)生正弦、方波、鋸齒波及隨意波。隨意波。uSine Wave：正弦波信號。：正弦波信號。uStep：階躍波信號。：階躍波信號。簡單介紹幾種簡單介紹幾種輸入輸入源控件源控件產(chǎn)生越階信號，需指定越階值產(chǎn)生越階信號，需指定越階值產(chǎn)生隨機(jī)信號，

35、可設(shè)置數(shù)學(xué)期望產(chǎn)生隨機(jī)信號，可設(shè)置數(shù)學(xué)期望和方差和方差產(chǎn)生三角信號，需指定一個(gè)產(chǎn)生三角信號，需指定一個(gè)周期內(nèi)各乖點(diǎn)的值周期內(nèi)各乖點(diǎn)的值產(chǎn)生隨機(jī)信號，為正態(tài)分布，將產(chǎn)生隨機(jī)信號，為正態(tài)分布，將數(shù)據(jù)存入一變量數(shù)據(jù)存入一變量脈沖信號，需設(shè)置一個(gè)周期的時(shí)脈沖信號，需設(shè)置一個(gè)周期的時(shí)間長度、一個(gè)周期內(nèi)脈沖時(shí)間長間長度、一個(gè)周期內(nèi)脈沖時(shí)間長度占整個(gè)周期時(shí)間長度的比例度占整個(gè)周期時(shí)間長度的比例產(chǎn)生無規(guī)律隨機(jī)信號，需指定最大隨機(jī)數(shù)和產(chǎn)生無規(guī)律隨機(jī)信號，需指定最大隨機(jī)數(shù)和最小隨機(jī)數(shù)最小隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生恒值信號，需指定恒定值產(chǎn)生恒值信號，需指定恒定值產(chǎn)生三角波信號，需指定一個(gè)周產(chǎn)生三角波信號，需指定一個(gè)周期三角波內(nèi)的寬

36、度期三角波內(nèi)的寬度產(chǎn)生線性調(diào)頻信號，產(chǎn)生線性調(diào)頻信號，需指定頻率。需指定頻率。產(chǎn)生斜坡信號，需指定斜產(chǎn)生斜坡信號，需指定斜率率產(chǎn)生當(dāng)前的仿真產(chǎn)生當(dāng)前的仿真時(shí)間時(shí)間頻率，單位為：每秒多少弧度。單位如果轉(zhuǎn)為赫茲頻率，單位為：每秒多少弧度。單位如果轉(zhuǎn)為赫茲（HZ）的話，其轉(zhuǎn)化關(guān)系為：）的話，其轉(zhuǎn)化關(guān)系為：1(rad/sec)=1/2(HZ)即即 1(rad/sec) 對應(yīng)信號周期為對應(yīng)信號周期為2秒。秒。一個(gè)周期為一個(gè)周期為2秒秒在采樣時(shí)間在采樣時(shí)間“Sample time”選項(xiàng)中設(shè)置采樣時(shí)間為選項(xiàng)中設(shè)置采樣時(shí)間為“0”時(shí)即為連續(xù)信號。時(shí)即為連續(xù)信號。在采樣時(shí)間在采樣時(shí)間“Sample time”選

37、項(xiàng)中設(shè)置采樣時(shí)間為非選項(xiàng)中設(shè)置采樣時(shí)間為非 0 時(shí)即可實(shí)現(xiàn)對時(shí)即可實(shí)現(xiàn)對連續(xù)信號的離散化連續(xù)信號的離散化Sources（系統(tǒng)輸入模塊庫）（系統(tǒng)輸入模塊庫）該該輸入模塊輸入模塊庫庫下的信號下的信號輸入源設(shè)置輸入源設(shè)置信號頻率單信號頻率單位為位為HZ，而，而不是不是rad/sec。頻率單位為頻率單位為rad/sec。頻率單位為頻率單位為HZ而不是而不是rad/sec。專業(yè)模塊庫專業(yè)模塊庫專專業(yè)業(yè)模模塊塊庫庫下下的的子子模模塊塊Sources（系統(tǒng)輸入模塊庫）（系統(tǒng)輸入模塊庫）常用模塊下的各常用控件常用模塊下的各常用控件常常用用模模塊塊下下的的控控件件經(jīng)常用到的控件會在經(jīng)常用到的控件會在“Commo

38、nly Used Blocks”中顯示中顯示構(gòu)建構(gòu)建Simulink框圖框圖這里用一個(gè)非常簡單的例子介紹如何建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型。這里用一個(gè)非常簡單的例子介紹如何建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型。此簡單系統(tǒng)的此簡單系統(tǒng)的輸入輸入為一個(gè)為一個(gè)正弦波信號正弦波信號，輸出輸出為此為此正弦波信號正弦波信號與一個(gè)與一個(gè)常數(shù)常數(shù)的的乘積乘積。要求要求建立系統(tǒng)模型建立系統(tǒng)模型，并以，并以圖形方式圖形方式輸出輸出系統(tǒng)運(yùn)算結(jié)果系統(tǒng)運(yùn)算結(jié)果。已知系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述為。已知系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述為系統(tǒng)輸入：系統(tǒng)輸入：系統(tǒng)輸出：系統(tǒng)輸出：0),sin()( tttu0),sin()()( atatauty單擊新建模型按鈕，單擊新建模型按鈕，即可打開

39、：即可打開：Simulink系統(tǒng)模擬系統(tǒng)模擬編輯器窗口。編輯器窗口。打開打開Simulink系統(tǒng)模擬編輯器系統(tǒng)模擬編輯器依次將公共模塊庫和專業(yè)模塊庫中各控件通過依次將公共模塊庫和專業(yè)模塊庫中各控件通過到到Simulink系統(tǒng)模擬編系統(tǒng)模擬編輯器窗口中輯器窗口中。系統(tǒng)輸入模塊庫系統(tǒng)輸入模塊庫Sources中的中的Sine Wave控件控件：產(chǎn)生一：產(chǎn)生一個(gè)正弦波信號。個(gè)正弦波信號。數(shù)學(xué)庫數(shù)學(xué)庫Math Operations中的中的Gain控件控件：將信號：將信號乘上一個(gè)常數(shù)（即乘上一個(gè)常數(shù)（即信號增強(qiáng)）。信號增強(qiáng)）。系統(tǒng)輸出系統(tǒng)輸出Sink中的中的Scope控件（示波器控件（示波器控件）控件）：

40、圖形方式：圖形方式顯示結(jié)果。顯示結(jié)果。已放入控件后的已放入控件后的Simulink框圖框圖起始控件的輸出端起始控件的輸出端口口終止控件的輸入端終止控件的輸入端口口中間控件的輸入端中間控件的輸入端口口中間控件的輸出端中間控件的輸出端口口在選擇構(gòu)建系統(tǒng)模型所需的所有模塊后，需要按照系統(tǒng)的信號流程將各系統(tǒng)模塊正在選擇構(gòu)建系統(tǒng)模型所需的所有模塊后，需要按照系統(tǒng)的信號流程將各系統(tǒng)模塊正確連接起來。連接系統(tǒng)模塊的步驟如下：確連接起來。連接系統(tǒng)模塊的步驟如下：(1) 將光標(biāo)指向起始塊的輸出端口，此時(shí)光標(biāo)變成將光標(biāo)指向起始塊的輸出端口，此時(shí)光標(biāo)變成“+”。(2) 單擊鼠標(biāo)左鍵并拖動(dòng)到目標(biāo)模塊的輸入端口，在接近

41、到一定程度時(shí)光標(biāo)變成雙十單擊鼠標(biāo)左鍵并拖動(dòng)到目標(biāo)模塊的輸入端口，在接近到一定程度時(shí)光標(biāo)變成雙十字。這時(shí)松開鼠標(biāo)鍵，連接完成。完成后在連接點(diǎn)處出現(xiàn)一個(gè)箭頭，表示系統(tǒng)中信字。這時(shí)松開鼠標(biāo)鍵，連接完成。完成后在連接點(diǎn)處出現(xiàn)一個(gè)箭頭，表示系統(tǒng)中信號的流向。號的流向。連接控件連接控件連接控件連接控件復(fù)制控件復(fù)制控件如果需要幾個(gè)同樣的模塊，可以使用如果需要幾個(gè)同樣的模塊，可以使用某個(gè)塊進(jìn)行拷貝。也可以在選中所需的模塊后，使用某個(gè)塊進(jìn)行拷貝。也可以在選中所需的模塊后，使用Edit菜單上的菜單上的Copy 和和Paste 或使或使用熱鍵用熱鍵Ctrl+C和和Ctrl+V完成同樣的功能。完成同樣的功能。連線分支

42、與連線改變連線分支與連線改變在某些情況下，一個(gè)系統(tǒng)模塊的輸出同時(shí)作為多個(gè)其它模塊的輸入，這時(shí)需要從此模塊中引出若干連線，以連接多個(gè)其它模塊。對信號連線進(jìn)行在某些情況下，一個(gè)系統(tǒng)模塊的輸出同時(shí)作為多個(gè)其它模塊的輸入，這時(shí)需要從此模塊中引出若干連線，以連接多個(gè)其它模塊。對信號連線進(jìn)行分支的操作方式為：分支的操作方式為：使用鼠標(biāo)右鍵單擊需要分支的信號連線（光標(biāo)變成使用鼠標(biāo)右鍵單擊需要分支的信號連線（光標(biāo)變成“+”），然后拖動(dòng)到目標(biāo)模塊。），然后拖動(dòng)到目標(biāo)模塊?？丶?shù)設(shè)置控件參數(shù)設(shè)置當(dāng)用戶按照信號的輸入輸出關(guān)系連接各控件之后，系統(tǒng)模型的創(chuàng)建工作便已結(jié)束。當(dāng)用戶按照信號的輸入輸出關(guān)系連接各控件之后，系

43、統(tǒng)模型的創(chuàng)建工作便已結(jié)束。為了對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行正確的仿真與分析，必須設(shè)置正確的控件參數(shù)。為了對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行正確的仿真與分析，必須設(shè)置正確的控件參數(shù)?？丶?shù)的設(shè)置方法如下：控件參數(shù)的設(shè)置方法如下：n雙擊控件圖標(biāo)，打開控件參數(shù)設(shè)置對話框。雙擊控件圖標(biāo)，打開控件參數(shù)設(shè)置對話框。n在參數(shù)設(shè)置對話框中設(shè)置合適的控件參數(shù)。在參數(shù)設(shè)置對話框中設(shè)置合適的控件參數(shù)。雙擊控件雙擊控件出現(xiàn)相應(yīng)的控件參數(shù)設(shè)置對話框出現(xiàn)相應(yīng)的控件參數(shù)設(shè)置對話框以設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)以設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)仿真參數(shù)設(shè)置仿真參數(shù)設(shè)置當(dāng)系統(tǒng)中各模塊的參數(shù)設(shè)置完畢后，可設(shè)置合適的當(dāng)系統(tǒng)中各模塊的參數(shù)設(shè)置完畢后，可設(shè)置合適的系統(tǒng)仿真參數(shù)系統(tǒng)仿真參數(shù)以進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)

44、的仿真。以進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真。在缺省情況下，在缺省情況下，。對于簡單系統(tǒng)，對于簡單系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)間大于當(dāng)時(shí)間大于25時(shí)系統(tǒng)輸出才開始轉(zhuǎn)換，因此需要設(shè)置合適的仿真時(shí)間時(shí)系統(tǒng)輸出才開始轉(zhuǎn)換，因此需要設(shè)置合適的仿真時(shí)間。設(shè)置仿真時(shí)間的方法有兩種：設(shè)置仿真時(shí)間的方法有兩種：n選擇選擇中的中的（或使用（或使用），打開仿真參數(shù)設(shè)置對話），打開仿真參數(shù)設(shè)置對話框，在框，在中中設(shè)置設(shè)置。設(shè)置系統(tǒng)仿真起始時(shí)間為。設(shè)置系統(tǒng)仿真起始時(shí)間為0 s、結(jié)束時(shí)間為、結(jié)束時(shí)間為100 s。窗口上方的窗口上方的。仿真時(shí)間設(shè)置仿真時(shí)間設(shè)置在使用在使用Simulink對簡單系統(tǒng)進(jìn)行仿真時(shí)，影響仿真結(jié)果輸出的因素有對簡單系統(tǒng)進(jìn)行仿真時(shí)，

45、影響仿真結(jié)果輸出的因素有、和和。對于簡單系統(tǒng)仿真來說，不管采用何種求解器，。對于簡單系統(tǒng)仿真來說，不管采用何種求解器，Simulink總是在仿真過程中總是在仿真過程中選用選用。最大步長最大步長，設(shè)置仿真步長的方法為：設(shè)置仿真步長的方法為：選擇選擇中的中的（或使用（或使用），打開仿），打開仿真參數(shù)設(shè)置對話框，在真參數(shù)設(shè)置對話框，在中中的的設(shè)置設(shè)置。運(yùn)行仿真運(yùn)行仿真當(dāng)對系統(tǒng)中各控件參數(shù)以及系統(tǒng)仿真參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置之后，單擊當(dāng)對系統(tǒng)中各控件參數(shù)以及系統(tǒng)仿真參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置之后，單擊系統(tǒng)模型編輯器上的系統(tǒng)模型編輯器上的Run圖標(biāo)（黑色三角）圖標(biāo)（黑色三角）或選擇或選擇Simulation菜單下的菜單下

46、的Run便可便可以對系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。以對系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。顯示系統(tǒng)仿真結(jié)果顯示系統(tǒng)仿真結(jié)果仿真結(jié)束后雙擊仿真結(jié)束后雙擊以顯示系統(tǒng)仿真的輸出結(jié)果。以顯示系統(tǒng)仿真的輸出結(jié)果。雙擊雙擊顯示出的系統(tǒng)仿真輸出結(jié)果顯示出的系統(tǒng)仿真輸出結(jié)果雙擊雙擊顯示出的系統(tǒng)仿真輸出結(jié)果顯示出的系統(tǒng)仿真輸出結(jié)果Simulink框圖的界面設(shè)計(jì)框圖的界面設(shè)計(jì)（ Simulink系統(tǒng)模擬編輯器窗口）系統(tǒng)模擬編輯器窗口）框圖的視圖調(diào)整框圖的視圖調(diào)整在在Simulink系統(tǒng)模型編輯器中，可以對系統(tǒng)模型的視圖進(jìn)行調(diào)整以便更好地觀察系統(tǒng)模型。視圖調(diào)整的方法系統(tǒng)模型編輯器中，可以對系統(tǒng)模型的視圖進(jìn)行調(diào)整以便更好地觀察系統(tǒng)模型。視圖調(diào)整的

47、方法如下所述：如下所述：n滾動(dòng)鼠標(biāo)中間滑輪可以放大或縮小試圖窗口。滾動(dòng)鼠標(biāo)中間滑輪可以放大或縮小試圖窗口。n使用系統(tǒng)熱鍵使用系統(tǒng)熱鍵R（放大）或（放大）或V（縮?。?。（縮小）。n按空格鍵可以使系統(tǒng)模型充滿整個(gè)視圖窗口。按空格鍵可以使系統(tǒng)模型充滿整個(gè)視圖窗口。Simulink仿真結(jié)果的輸出仿真結(jié)果的輸出（三種常用輸出方式）（三種常用輸出方式）控件名稱的修改控件名稱的修改在使用在使用Simulink中的系統(tǒng)模塊構(gòu)建系統(tǒng)模型時(shí)，中的系統(tǒng)模塊構(gòu)建系統(tǒng)模型時(shí)，Simulink會自動(dòng)給系統(tǒng)模型中的控件命名。一般對于簡單的會自動(dòng)給系統(tǒng)模型中的控件命名。一般對于簡單的系統(tǒng)，可以采用系統(tǒng)，可以采用Simulin

48、k的自動(dòng)命名；但對于復(fù)雜系統(tǒng)，給每個(gè)控件取一個(gè)具有明顯意義的名稱非常有利于的自動(dòng)命名；但對于復(fù)雜系統(tǒng)，給每個(gè)控件取一個(gè)具有明顯意義的名稱非常有利于系統(tǒng)模型的理解與維護(hù)。系統(tǒng)模型的理解與維護(hù)。模塊命名：使用鼠標(biāo)左鍵單擊控件名稱，進(jìn)入編輯狀態(tài)，然后鍵入新的名稱模塊命名：使用鼠標(biāo)左鍵單擊控件名稱，進(jìn)入編輯狀態(tài)，然后鍵入新的名稱控件尺寸和顏色的修改控件尺寸和顏色的修改Simulink允許用戶對控件的幾何尺寸、顏色進(jìn)行修改，允許用戶對控件的幾何尺寸、顏色進(jìn)行修改，n控件尺寸：控件尺寸：單擊控件，拖動(dòng)控件改變控件尺寸。單擊控件，拖動(dòng)控件改變控件尺寸。n控件顏色：控件顏色：使用鼠標(biāo)右鍵單擊模塊，選擇使用鼠標(biāo)

49、右鍵單擊模塊，選擇Format下的下的Foreground color或或Background color菜單來設(shè)置顏色菜單來設(shè)置顏色。方式一：將結(jié)果輸出到給一變量方式一：將結(jié)果輸出到給一變量使用使用Sinks模塊庫中的模塊庫中的，可以輕易地將信號輸可以輕易地將信號輸出到出到MATLAB工作空工作空間中。間中。在在中設(shè)置，中設(shè)置，此對話框還可以設(shè)置此對話框還可以設(shè)置的的、，以及，以及等等。Workspace的屬性對話框的屬性對話框輸出格式為數(shù)組輸出格式為數(shù)組變量變量qq的值的值輸出結(jié)果賦值給以變量輸出結(jié)果賦值給以變量方式二：將結(jié)果輸出結(jié)果顯示為圖形方式二：將結(jié)果輸出結(jié)果顯示為圖形輸出結(jié)果為圖形

50、輸出結(jié)果為圖形方式三：將結(jié)果輸出結(jié)果保存為文件（方式三：將結(jié)果輸出結(jié)果保存為文件（.mat格式）格式）To File的屬性對話框的屬性對話框輸出格式為數(shù)組輸出格式為數(shù)組保存的文件名保存的文件名將輸出結(jié)果保存為文件名為將輸出結(jié)果保存為文件名為“sinwave.mat”的文件，保存目錄為當(dāng)前目錄。如要調(diào)用的文件，保存目錄為當(dāng)前目錄。如要調(diào)用“sinwave.mat”，可，可使用使用load函數(shù)將其數(shù)據(jù)調(diào)入。函數(shù)將其數(shù)據(jù)調(diào)入。用用鼠標(biāo)單擊鼠標(biāo)單擊MATLAB工具欄中的工具欄中的Simulink按鈕，按鈕， 。單擊單擊Simulink模塊庫瀏覽器窗口左上角的新建模型按鈕，即可打開模塊庫瀏覽器窗口左上角

51、的新建模型按鈕，即可打開。依次將公共模塊庫和專業(yè)模塊庫中各控件通過依次將公共模塊庫和專業(yè)模塊庫中各控件通過到到中。中。利用利用，。，打開，打開，在參數(shù)設(shè)置對話框中，在參數(shù)設(shè)置對話框中。設(shè)置合適的設(shè)置合適的：利用：利用設(shè)置設(shè)置。當(dāng)對系統(tǒng)中各控件參數(shù)以及系統(tǒng)仿真參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置之后，當(dāng)對系統(tǒng)中各控件參數(shù)以及系統(tǒng)仿真參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置之后，系統(tǒng)模型編輯器上的系統(tǒng)模型編輯器上的或選擇或選擇Simulation菜單下的菜單下的Run便可以便可以。 )cos(tx )cos(tx )cos(tx xxxxx 44232x xx x xx xxxxx 22325. 0 xxtux6 . 01 . 0)( x

52、x Knpnrpnp)1(1)1()( Knpnrpnp)1(1)1()( Knpnrpnp)1(1)1()(先選擇能夠完成一定功能的一組模塊：先選擇能夠完成一定功能的一組模塊：n方法一：然后選擇方法一：然后選擇Simulink模型創(chuàng)建編輯器中模型創(chuàng)建編輯器中Diagram菜單下的菜單下的Create Subsystem for selection，即可建立子系統(tǒng)并將，即可建立子系統(tǒng)并將這些模塊封裝到此子系統(tǒng)中。這些模塊封裝到此子系統(tǒng)中。n方法二：單擊鼠標(biāo)右鍵，在快捷菜單中選擇。方法二：單擊鼠標(biāo)右鍵，在快捷菜單中選擇。n方法三：快捷鍵：方法三：快捷鍵：Ctrl+G封裝為子系統(tǒng)后的形式：封裝為子

53、系統(tǒng)后的形式：鼠標(biāo)左鍵雙擊子系統(tǒng)模塊，打開子系統(tǒng)鼠標(biāo)左鍵雙擊子系統(tǒng)模塊，打開子系統(tǒng)單擊可在打開和關(guān)閉子系統(tǒng)模塊之間轉(zhuǎn)換單擊可在打開和關(guān)閉子系統(tǒng)模塊之間轉(zhuǎn)換將子系統(tǒng)控件其拖動(dòng)到模擬器編輯窗口將子系統(tǒng)控件其拖動(dòng)到模擬器編輯窗口雙擊子系統(tǒng)控件進(jìn)行子系統(tǒng)編輯雙擊子系統(tǒng)控件進(jìn)行子系統(tǒng)編輯將子系統(tǒng)控件其拖動(dòng)到模擬器編輯窗口將子系統(tǒng)控件其拖動(dòng)到模擬器編輯窗口雙擊子系統(tǒng)控件進(jìn)行子系統(tǒng)編輯雙擊子系統(tǒng)控件進(jìn)行子系統(tǒng)編輯默認(rèn)情況下添加的子系統(tǒng)模塊中只有一個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口。默認(rèn)情況下添加的子系統(tǒng)模塊中只有一個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口。一個(gè)輸入端口一個(gè)輸入端口一個(gè)輸出端口一個(gè)輸出端口顯示一個(gè)輸入端口顯示一個(gè)輸入端

54、口顯示一個(gè)輸出端口顯示一個(gè)輸出端口默認(rèn)情況下添加的子系統(tǒng)模塊中只有一個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口。默認(rèn)情況下添加的子系統(tǒng)模塊中只有一個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口。放入三個(gè)輸入端口放入三個(gè)輸入端口放入三個(gè)輸出端口放入三個(gè)輸出端口顯示三個(gè)輸入端口顯示三個(gè)輸入端口顯示三個(gè)輸出端口顯示三個(gè)輸出端口輸入端口輸入端口輸出端口輸出端口連續(xù)系統(tǒng)仿真模塊的使用（Continuous連續(xù)系統(tǒng)仿真模塊的使用）Continuous（連續(xù)系統(tǒng)模塊庫）（連續(xù)系統(tǒng)模塊庫）uIntegrator：輸入信號積分：輸入信號積分uDerivative：輸入信號微分：輸入信號微分uState-Space：線性狀態(tài)空間系統(tǒng)模型：線性狀態(tài)空間系

55、統(tǒng)模型uTransfer-Fcn：線性傳遞函數(shù)模型：線性傳遞函數(shù)模型uZero-Pole：以零極點(diǎn)表示的傳遞函數(shù)模型：以零極點(diǎn)表示的傳遞函數(shù)模型uMemory：存儲上一時(shí)刻的狀態(tài)值：存儲上一時(shí)刻的狀態(tài)值uTransport Delay：輸入信號延時(shí)一個(gè)固定時(shí)間再輸出：輸入信號延時(shí)一個(gè)固定時(shí)間再輸出uVariable Transport Delay：輸入信號延時(shí)一個(gè)可變時(shí)間：輸入信號延時(shí)一個(gè)可變時(shí)間再輸出再輸出連續(xù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)連續(xù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)具有不同數(shù)量的輸入和輸出。系統(tǒng)的輸入為系統(tǒng)具有不同數(shù)量的輸入和輸出。系統(tǒng)的輸入為 u，輸出為，輸出為 y，輸出，輸出 y 為輸入為輸入 u 的某種變換。的某種變

56、換。對于一個(gè)簡單的系統(tǒng)，輸入對于一個(gè)簡單的系統(tǒng)，輸入 u 一般為時(shí)間變量，即一般為時(shí)間變量，即 u(t)，輸出變量，輸出變量 y 與輸入與輸入 u 的當(dāng)前值有關(guān)，的當(dāng)前值有關(guān)，給出一個(gè)輸入給出一個(gè)輸入 u 的值就會有一個(gè)對應(yīng)的輸出值的值就會有一個(gè)對應(yīng)的輸出值 y 對應(yīng)，即對應(yīng)，即 y 是是 u 的一個(gè)函數(shù)。的一個(gè)函數(shù)。隨著時(shí)間隨著時(shí)間 t 的連續(xù)變化，輸入的連續(xù)變化，輸入 u 的值和輸出的值和輸出 y 的值隨之改變。的值隨之改變。1、一般數(shù)學(xué)方程描述、一般數(shù)學(xué)方程描述系統(tǒng)輸入變量：系統(tǒng)輸入變量：u(t)系統(tǒng)輸出變量：系統(tǒng)輸出變量：y(t)t：系統(tǒng)的時(shí)刻：系統(tǒng)的時(shí)刻數(shù)學(xué)模型描述為：數(shù)學(xué)模型描述為

57、：y(t)=f(u(t)連續(xù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的兩種數(shù)學(xué)描述連續(xù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的兩種數(shù)學(xué)描述2、微分方程形式描述、微分方程形式描述系統(tǒng)輸入變量：系統(tǒng)輸入變量：u(t)系統(tǒng)輸出變量：系統(tǒng)輸出變量：y(t)系統(tǒng)時(shí)刻：系統(tǒng)時(shí)刻：t系統(tǒng)的狀態(tài)變量：系統(tǒng)的狀態(tài)變量：x(t),(),()(ttutxftx ),(),()(ttutxgty Integrator 積分控件和積分控件和 Derivative 微分控件的使用微分控件的使用Derivative：輸入信號微分：輸入信號微分Integrator：輸入信號積分：輸入信號積分3)( tf)0(33)( ttdtdttf3)( tf。時(shí)時(shí)，輸輸出出當(dāng)當(dāng)；時(shí)時(shí)，輸輸出出當(dāng)當(dāng)

58、443343033)( ttttdtdttf3)( tf)40(33)(404040 ttdtdttf。時(shí)時(shí)，輸輸出出；當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)，輸輸出出當(dāng)當(dāng)443343033)( ttttdtdttf如要利用如要利用Integrator積分控件進(jìn)行定積分求解必須使用積分控件的復(fù)位功能！積分控件進(jìn)行定積分求解必須使用積分控件的復(fù)位功能！ 5050)5(5 .0)50(5 .0)( ttdtttdttf求求t0.5t225. 00.5tt p復(fù)位狀態(tài)為復(fù)位狀態(tài)為rising時(shí)：時(shí)：當(dāng)信號從當(dāng)信號從零到一個(gè)正值，或從負(fù)上升到一個(gè)零到一個(gè)正值，或從負(fù)上升到一個(gè)正值正值 時(shí)復(fù)位。時(shí)復(fù)位。p復(fù)位狀態(tài)為復(fù)位狀態(tài)為fall

59、ing時(shí)：時(shí)：當(dāng)當(dāng) 信號信號從正值到零或從正值變?yōu)樨?fù)值時(shí)復(fù)從正值到零或從正值變?yōu)樨?fù)值時(shí)復(fù)位。位。設(shè)置復(fù)位狀態(tài)設(shè)置復(fù)位狀態(tài)t0.5t225. 00.5tt 當(dāng)當(dāng) t 大于等于大于等于 5 時(shí)，即（時(shí)，即（t-5）大于等于）大于等于 0 時(shí)，積分時(shí)，積分器的復(fù)位信號由負(fù)值變?yōu)檎?，從而啟?dòng)積分器復(fù)器的復(fù)位信號由負(fù)值變?yōu)檎担瑥亩鴨?dòng)積分器復(fù)位，重新開始積分。位，重新開始積分。t0.5t225. 00.5tt Integrator積分控件在求解微分方程中的應(yīng)用積分控件在求解微分方程中的應(yīng)用 xxxxx 44232x xx x xx xxxxx 22325. 0 xxtux6 . 01 . 0)( x

60、 x三個(gè)延遲控件的使用三個(gè)延遲控件的使用pTransport Delay：固定時(shí)間延遲控件。pVariable Time Delay：可變時(shí)間延遲控件。pVariable Transport Delay：可變傳輸延遲控件。pTransport Delay：固定時(shí)間延遲控件。pVariable Time Delay：可變時(shí)間延遲控件。pVariable Transport Delay：可變傳輸延遲控件Transport Delay（固定時(shí)間延遲控件）的使用延遲時(shí)間 將信號輸出時(shí)間向后延遲時(shí)間2秒鐘的輸出信號波形輸入：u(t)輸出：y(t)y(t)=u(t) + Time Delay延遲時(shí)間 信號