Simulink的控制系统建模与仿真

目录1 绪论 (1)1.1 题目背景、研究意义 (1)1.2 国内外相关研究情况 (1)2 自动控制概述 (3)2.1 自动控制概念 (3)2.2 自动控制系统的分类 (4)2.3 对控制系统的性能要求 (5)2.4 典型环节 (6)3 MATLAB仿真软件的应用 (10)3.1 MATLAB的基本介绍 (10)3.2 MATLAB的仿真 (10)3.3 控制系统的动态仿真 (11)4 自动控制系统仿真 (14)4.1 直线一级倒立摆系统的建模及仿真 (14)4.1.1 系统组成 (14)4.1.2 模型的建立 (14)4.1.3 PID控制器的设计 (20)4.1.4 PID控制器MATLAB仿真 (22)4.2 三容水箱的建模及仿真 (24)4.2.1 建立三容水箱的数学模型 (24)4.2.2 系统校正 (25)总结 (28)致谢 (29)参考文献 (30)1 绪论1.1 题目背景、研究意义MATLAB语言是当今国际控制界最为流行的控制系统计算机辅助设计语言，它的出现为控制系统的计算机辅助分析和设计带来了全新的手段。

其中图形交互式的模型输入计算机仿真环境SIMULINK，为MATLAB应用的进一步推广起到了积极的推动作用。

现在，MATLAB语言已经风靡全世界，成为控制系统CAD领域最普及、也是最受欢迎的软件环境。

随着计算机技术的发展和应用，自动控制理论和技术在宇航、机器人控制、导弹制导及核动力等高新技术领域中的应用也愈来愈深入广泛。

不仅如此，自动控制技术的应用范围现在已扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域中，成为现代社会生活中不可缺少的一部分。

随着时代进步和人们生活水平的提高，在人类探知未来，认识和改造自然，建设高度文明和发达社会的活动中，自动控制理论和技术必将进一步发挥更加重要的作用。

作为一个工程技术人员，了解和掌握自动控制的有关知识是十分必要的。

自动控制技术的应用不仅使生产过程实现了自动化，极大地提高了劳动生产率，而且减轻了人的劳动强度。

simulink热仿真摘要：1.Simulink 简介2.Simulink 热仿真的概念和原理3.Simulink 热仿真的应用领域4.Simulink 热仿真的优势和局限性5.Simulink 热仿真的未来发展趋势正文：一、Simulink 简介Simulink 是MathWorks 公司开发的一款与MATLAB 兼容的仿真环境，主要用于动态系统建模、仿真和分析。

通过Simulink，用户可以轻松地构建、模拟和测试复杂的动态系统，从而加速设计迭代过程，降低开发成本。

二、Simulink 热仿真的概念和原理Simulink 热仿真是指在Simulink 环境中进行的热力学系统建模和仿真。

热仿真主要包括热力学模型的构建、热传导过程的模拟以及热响应性能的分析。

Simulink 热仿真的原理主要基于MATLAB 的数值计算能力和Simulink 的图形化建模功能，通过将热力学系统的各个部分以图形化方式建模，再利用MATLAB 进行数值计算，从而实现对热力学系统的仿真。

三、Simulink 热仿真的应用领域Simulink 热仿真在多个领域具有广泛的应用，包括但不限于：1.航空航天：用于研究飞行器的热控制、热传导以及热膨胀等问题；2.汽车工程：用于分析发动机冷却系统、制动系统等的热性能；3.建筑节能：用于评估建筑物的热绝缘性能、热桥效应等；4.电子设备：用于分析电子设备的热设计、热散热等问题。

四、Simulink 热仿真的优势和局限性Simulink 热仿真的优势主要体现在以下几个方面：1.易于学习和使用：Simulink 具有直观的图形化界面，用户可以快速上手并进行建模；2.强大的计算能力：基于MATLAB 的数值计算能力，Simulink 可以处理复杂的数学模型和计算任务；3.高效的仿真速度：Simulink 利用高效的算法和技术，可以大幅缩短仿真时间，提高设计效率。

然而，Simulink 热仿真也存在一定的局限性，例如：1.对模型的精度和复杂度有一定要求；2.模型的参数调整和优化需要一定的经验。

simulink热仿真（原创版）目录1.Simulink 简介2.Simulink 热仿真的概念3.Simulink 热仿真的应用领域4.Simulink 热仿真的步骤5.Simulink 热仿真的优势与局限性正文【Simulink 简介】Simulink 是由 MathWorks 公司开发的一款与 MATLAB 兼容的仿真环境，主要用于动态系统建模、仿真和分析。

通过 Simulink，用户可以轻松地构建、模拟和测试各种复杂系统，例如控制系统、信号处理系统、通信系统等。

【Simulink 热仿真的概念】Simulink 热仿真是指在 Simulink 环境中，对模型进行实时仿真和热分析的过程。

热仿真可以帮助工程师在设计过程中发现系统的潜在问题，并及时进行调整和优化。

通过热仿真，工程师可以在短时间内得到系统的性能指标，从而提高设计效率和质量。

【Simulink 热仿真的应用领域】Simulink 热仿真广泛应用于各种工程领域，例如航空航天、汽车工程、能源系统、通信系统等。

在这些领域中，Simulink 热仿真可以帮助工程师进行各种复杂的系统设计和分析任务，例如系统性能评估、控制策略优化、故障诊断等。

【Simulink 热仿真的步骤】进行 Simulink 热仿真主要分为以下几个步骤：1.创建模型：首先，用户需要根据系统的需求，在 Simulink 环境中构建相应的模型。

2.添加热负荷：在模型中添加热负荷，以模拟系统的热行为。

3.配置仿真参数：根据系统的特性和仿真需求，配置仿真时间、求解器参数等。

4.进行仿真：启动 Simulink 仿真，观察系统在不同工况下的性能表现。

5.分析结果：根据仿真结果，对系统进行评估和优化。

【Simulink 热仿真的优势与局限性】Simulink 热仿真的优势主要体现在以下几个方面：1.简化建模过程：Simulink 提供了丰富的模块库和可视化建模环境，使得建模过程更加简单和高效。

实验四 基于Simulink 进行系统仿真（微分方程、传递函数）一．实验目的1) 熟悉Simulink 的工作环境；2) 掌握Simulink 数学工具箱的使用；3) 掌握在Simulink 的工作环境中建立系统仿真模型。

二．实验内容 系统微分方程：)(10)(10)(10)(83322t u t y dt t dy dtt y d =++ 系统传递函数：8328101010)()()(++==s s s U s Y s G 1)(=t u ，)314sin()(t t u =，)90314sin()(o t t u +=模型微分方程时的过程Ut=1时tu 时)(tsin(314)tu+=时t)(o90)314sin(传递函数时的过程1tu时)(=tu=时)(t)314sin(t)=时tu+90)(o314sin(结论及感想从两种种不同方法的仿真结果，我们可以看出分别用微分方程和传递函数在Simulink中，仿真出来的结果没有很明显的区别，说明两种方法的精度都差不多。

但是，不同的电压源得出的仿真结果不一样，阶跃电源开始时震荡，后来幅度逐渐变小，趋近于1；正弦电源，初相不同时，初始时刻的结果也不相同，有初相时开始震荡会更剧烈，但最后都会变为稳态值，即为正弦值。

通过本次实验，我认识到了建模与仿真的一般性方法，收获甚多，也更进一步了解了Matlab,Matlab不仅仅在平时的编程方面功能强大，在仿真方面也熠熠生辉。

实验四 串级控制实验内容：SIMULINK 建模仿真 学生信息：自动化XXX 提交日期：20XX 年5月28日 报告内容： 串级控制一、实验目的1． 通过比较单回路控制系统与串级控制系统，进一步加深对串级控制的认识； 2． 掌握串级控制的参数整定方法。

二、实验设备1． 计算机1台2． MATLAB 7.X 软件1套。

三、实验步骤已知某串级控制系统的主副对象的传递函数G o1，G o2分别为：211,1001101o G s s ==++，121()101o o G s s =+，副回路干扰通道的传递函数为：221()201d G s s s =++。

1．用Simulink 画出串级控制系统的方框图及相同控制对象下的单回路控制系统方框图。

○1单回路控制系统方框图如下其中，PID C1为单回路PID 调节器，d1为一次扰动，取阶跃信号；d2为二次扰动，取阶跃信号；G o2为副对象，G o1为主对象；r 为系统输入，取阶跃信号；y 为系统输出，它连接到示波器上，可以方便地观测输出。

○2串级控制系统方框图如下其中，PID C1为主调节器，采用PD调节，PID C2为副调节器，采用P调节；q1为一次扰动，取阶跃信号；q2为二次扰动，取阶跃信号；G o2为副对象，G o1为主对象；r为系统输入，取阶跃信号；y为系统输出，它连接到示波器上，可以方便地观测输出。

2．选用PID调节器，整定调节器的参数，并绘制相应的单位阶跃响应曲线。

进行调节器的参数整定，当输入比例系数为260，积分系数为0，微分系数为140时，系统阶跃响应达到比较满意的效果，记录系统阶跃响应图。

采用这套PID参数时，二次扰动作用下，置输入为0，系统框图如下，记录系统的输出响应图。

采用这套PID参数时，一次扰动作用下，置输入为0，系统框图如下，记录系统的输出响应图。

综合以上各图可以看出采用单回路控制，系统的阶跃响应达到要求时，系统对一次和二次扰动的抑制效果不是很好。

集美大学计算机工程学院实验报告一、实验目的：1.熟悉Simulink工作环境及特点2.掌握线性系统仿真常用基本模块的用法3.掌握Simulink的建模与仿真方法。

二、实验内容和步骤1.用信号发生器产生0.2Hz，幅度为1V的正弦波和方波信号，并通过示波器观察波形。

启动simulink->选择Blank Model->点击Library Browser选择输入源模块以及接收端模块选择Sources: Sine Wave作为输入源模块，并设置频率参数为2πf即0.4*pi，接收端选择Scope模块开始仿真选择Sources :Signal Generator: Square作为输入源，设置频率，选择示波器开始仿真问题1.1：请总结一下示波器的使用方法，有哪些主要参数需要设置？示波器的参数设置主要有：Number of input ports 这一项用来设置示波器的输入端口数Layout 这一个操作可以用来设置输出格式，比如同时输出三个不同的波形图Time span 这一项用来设置横坐标的长度Time display offset 用来设置横坐标的起始端点，通常都为0Y-Limits 用来设置纵坐标的最大最小值2.Simulink仿真实际应用1建立一个很小的系统，用示波器观察正弦信号的平方的波形，如图所示系统中所需的模块：正弦波模块、示波器模块。

正弦波仿真电路和参数如下：（在Scope的Parameters里面，把Number of Axes设为3，可以变成有3个输入端的示波器）正弦波1参数：1Hz，幅度为1v；正弦波2参数：1Hz，幅度为2v，通过示波器观察结果，写出数学表达式。

该题目需要将示波器的Number of Input Ports设置为3，并且通过设置Layout来改变示波器的输出格式问题2.1：改变两个正弦波的幅度和频率，观察输出的波形？问题2.2：通过m语言编程实现其波形，给出代码和显示图形。

Simulink系统仿真课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解Simulink的基本原理和功能，掌握Simulink的常用模块及其使用方法。

2. 学生能运用Simulink构建数学模型，实现对动态系统的仿真和分析。

3. 学生能掌握Simulink与MATLAB的交互操作，实现数据传递和模型优化。

技能目标：1. 学生具备运用Simulink进行系统仿真的能力，能独立完成简单系统的建模和仿真。

2. 学生能通过Simulink对实际工程问题进行分析，提出解决方案，并验证其有效性。

3. 学生具备团队协作能力，能与他人合作完成复杂系统的仿真项目。

情感态度价值观目标：1. 学生对Simulink系统仿真产生兴趣，提高对工程学科的认识和热爱。

2. 学生在仿真实践中，培养严谨的科学态度和良好的工程素养。

3. 学生通过课程学习，增强解决实际问题的信心，形成积极向上的学习态度。

课程性质：本课程为实践性较强的学科，结合理论知识，培养学生运用Simulink进行系统仿真的能力。

学生特点：学生具备一定的MATLAB基础，对Simulink有一定了解，但实际操作能力较弱。

教学要求：注重理论与实践相结合，强化动手能力训练，培养学生解决实际问题的能力。

在教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教，提高学生的综合素质。

通过课程学习，使学生能够独立完成系统仿真项目，并为后续相关课程打下坚实基础。

二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. Simulink基础操作与建模- 熟悉Simulink环境，掌握基本操作。

- 学习Simulink常用模块，如数学运算、信号处理、控制等模块。

- 结合教材章节，进行实际案例分析，让学生了解Simulink建模的基本过程。

2. 系统仿真与分析- 学习Simulink仿真参数设置，掌握仿真算法和步长设置。

- 利用Simulink对动态系统进行建模与仿真，分析系统性能。

- 结合实际案例，让学生通过仿真实验，掌握系统性能分析方法。

详解matlab simulink 通信系统建模与仿真MATLAB Simulink是一款广泛应用于通信系统建模和仿真的工具。

它提供了一种直观的方式来设计和测试通信系统，使得工程师可以更快地开发出高质量的通信系统。

本文将详细介绍MATLAB Simulink在通信系统建模和仿真方面的应用。

一、MATLAB Simulink的基本概念MATLAB Simulink是一种基于图形化界面的建模和仿真工具。

它可以通过拖拽和连接不同的模块来构建一个完整的系统模型。

每个模块代表了系统中的一个组件，例如滤波器、调制器、解调器等。

用户可以通过设置每个模块的参数来调整系统的性能。

二、通信系统建模在MATLAB Simulink中建立通信系统模型的第一步是选择合适的模块。

通信系统通常包括以下几个部分：1.信源：产生数字信号，例如文本、音频或视频。

2.编码器：将数字信号转换为模拟信号，例如调制信号。

3.信道：模拟信号在信道中传输，可能会受到干扰和噪声的影响。

4.解码器：将接收到的模拟信号转换为数字信号。

5.接收器：接收数字信号并进行后续处理，例如解码、解调、解密等。

在MATLAB Simulink中，每个部分都可以用一个或多个模块来表示。

例如，信源可以使用“信号生成器”模块，编码器可以使用“调制器”模块，解码器可以使用“解调器”模块等。

三、通信系统仿真在建立通信系统模型后，可以使用MATLAB Simulink进行仿真。

仿真可以帮助工程师评估系统的性能，例如误码率、信噪比等。

仿真还可以帮助工程师优化系统的设计，例如调整滤波器的参数、改变编码器的类型等。

在MATLAB Simulink中，可以使用“仿真器”模块来进行仿真。

用户可以设置仿真的时间范围、仿真步长等参数。

仿真器会根据系统模型和参数进行仿真，并输出仿真结果。

用户可以使用MATLAB的绘图工具来可视化仿真结果，例如绘制误码率曲线、信号波形等。

四、MATLAB Simulink的优点MATLAB Simulink具有以下几个优点：1.直观易用：MATLAB Simulink提供了一个直观的图形化界面，使得工程师可以更快地建立和调整系统模型。

仿真报告课程名称：自动化技术导论报告题目：MATLAB/simulink系统仿真分析班级姓名学号xxxxxx自动化学院2016年4月软件版本：MATLAB R2010bMATLAB强处理能力MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。

其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。

函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而且经过了各种优化和容错处理。

在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++ 。

在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。

MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。

函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。

MATLAB图形处理MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。

高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。

可用于科学计算和工程绘图。

新版本的MATLAB 对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。

同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。

另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。

MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。