下载文档原格式
MATLABSimulink模型建立与仿真指南第一章：MATLAB与Simulink简介MATLAB是一种高级的数值计算和科学分析的编程语言，由MathWorks开发。
它提供了强大的数学函数库和绘图工具，使得用户可以进行复杂的数值计算和数据可视化。
Simulink是MATLAB的扩展，是一种用于建立和仿真动态系统的图形化环境。
在MATLAB中，用户可以通过命令行或脚本文件进行计算。
而在Simulink中，用户可以利用图形化界面来搭建系统模型，并进行仿真。
Simulink提供了丰富的预置模块库，用户只需将这些模块连接起来，即可构建复杂的系统模型。
第二章：Simulink模型的基本组成Simulink模型由多个部分组成，包括输入信号、输出信号和系统组件。
输入信号可以是手动输入的常数，也可以是来自其他模型的信号。
输出信号是用户对系统模型感兴趣的结果。
系统组件即模型中的各个模块，这些模块可以完成各种功能，如乘法、滤波、逻辑运算等。
第三章：模型建立与仿真流程1. 确定系统模型的目标和需求：在建立模型之前，需要明确系统模型的目标和需求。
这些可能包括系统的输入输出关系、稳定性要求、性能要求等。
2. 模型建立：根据系统的目标和需求，选择合适的系统组件，并将其连接起来，构建系统模型。
可根据需要进行参数设置，以适应不同的场景。
3. 仿真设置：在进行仿真之前，需要设置仿真参数。
这些包括仿真时间、仿真步长等。
仿真时间指定了仿真的时间范围，仿真步长指定了仿真的时间间隔。
4. 仿真运行：设置好仿真参数后，可以运行仿真。
Simulink将逐步模拟系统的行为，并输出仿真结果。
第四章：Simulink模型调试与优化在进行仿真时，可能会发现模型存在问题，如输出不符合预期、系统不稳定等。
这时需要对模型进行调试和优化。
1. 系统调试：可以通过数据观察、信号域分析等方法，定位系统问题。
更换输入信号、输出信号，或调整模型参数，可以帮助发现问题。
matlab simulink模型搭建方法Matlab Simulink是一个强大的多领域仿真和模型搭建环境，广泛应用于控制系统、信号处理、通信系统等多个领域。
本文将详细介绍Matlab Simulink模型搭建的方法，帮助您快速掌握这一技能。
一、Simulink基础操作1.启动Simulink：在Matlab命令窗口输入“simulink”，然后按回车键，即可启动Simulink。
2.创建新模型：在Simulink开始页面，点击“新建模型”按钮，或在菜单栏中选择“文件”→“新建”→“模型”，创建一个空白模型。
3.添加模块：在Simulink库浏览器中，找到所需的模块，将其拖拽到模型窗口中。
4.连接模块：将鼠标光标放在一个模块的输出端口上，按住鼠标左键并拖拽到另一个模块的输入端口，松开鼠标左键，完成模块间的连接。
5.参数设置：双击模型窗口中的模块，可以设置模块的参数。
6.模型仿真：在模型窗口中，点击工具栏上的“开始仿真”按钮，或选择“仿真”→“开始仿真”进行模型仿真。
二、常见模块介绍1.源模块：用于生成信号，如Step、Ramp、Sine Wave等。
2.转换模块：用于信号转换和处理，如Gain、Sum、Product、Scope 等。
3.控制模块：用于实现控制算法，如PID Controller、State-Space等。
4.建模模块：用于构建物理系统的数学模型，如Transfer Fcn、State-Space等。
5.仿真模块：用于设置仿真参数，如Stop Time、Solver Options等。
三、模型搭建实例以下以一个简单的线性系统为例，介绍Simulink模型搭建过程。
1.打开Simulink，创建一个空白模型。
2.在库浏览器中找到以下模块，并将其添加到模型窗口中：- Sine Wave（正弦波信号源）- Transfer Fcn（传递函数模块）- Scope（示波器模块）3.连接模块：- 将Sine Wave的输出端口连接到Transfer Fcn的输入端口。
一、写出创建模型的基本步骤
●绘制系统流图。
首先将所要建模的系统根据功能划分成若干子系统，然后用
模块来搭建每个子系统，所选用的模块最好是simulink自带的。
●启动simulink模块库浏览器，新建一个空白模型窗口。
●将所需模块放入空白模型窗口中，按系统流图的布局连接各模块，并封装子
系统。
●设置各模块的参数以及与仿真有关的各种参数。
●保存模型，模型文件的后缀名为.mdl。
●运行并测试模型。
二、一个生长在罐中的细菌的简单模型。
假设细菌的出生率和当前细菌的总数
成
正比，且死亡率和当前的总数的平方成正比。
若以x代表当前细菌的总数，则细菌的出生率表示为：
Birth_rate=bx
细菌的死亡率表示为：
dirth_rate=2
px
细菌数量的总变化率可表示为出生率与死亡率之差。
于是此系统可表示为如下的微分方
程：
2
=-
'x bx px
假设b=1/h，p=0.5/h，当前细菌的总数为100，画出x(t)的图形，其中0 1.0
t
≤≤。
三、食饵-捕食者模型:
设食饵(如鱼, 兔等)数量为x(t), 捕食者(如鲨鱼, 狼等)数量为y(t), 有
设r = 1, d = 0.5, a = 0.1, b = 0.02, x(0) = 25, y(0) = 2. 求x(t), y(t)和y(x)的图形.
()
()x x r ay y
y d bx =-⎧⎨
=-+⎩ ,0
0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛y x bx d ay r y x
或。
如何使用MATLABSimulink进行系统建模如何使用MATLAB Simulink进行系统建模第一章：MATLAB Simulink简介Matlab Simulink是一款基于MATLAB的工程工具软件，用于进行系统建模和仿真。
它提供了一种直观的图形化方法，使工程师能够轻松地建立和模拟复杂的系统。
Simulink支持各种工程学科，包括电气、机械、控制和通信等领域。
本章将简要介绍MATLAB Simulink的基本概念和主要功能。
1.1 Simulink的基本概念Simulink使用图形化的方式进行系统建模，系统模型由各种元件和信号线组成。
元件表示系统的各个组成部分，信号线表示元件之间的数据传输。
1.2 Simulink的主要功能Simulink具有以下主要功能：- 系统建模：通过拖拽和连接元件，可以快速搭建系统模型。
- 仿真和调试：使用仿真器可以对系统模型进行实时仿真，并进行调试和分析。
- 自动代码生成：Simulink可以自动生成C、C++、Verilog等编程语言的代码，可用于系统的实现和验证。
第二章：Simulink建模基础在本章中，我们将详细介绍如何使用Simulink进行系统建模的基础知识和技巧。
2.1 模型创建在Simulink中，可以通过选择“File -> New Model”来创建一个新的模型。
在模型中，可以使用工具栏上的元件库来选择需要的元件，然后将其拖拽到模型中。
2.2 连接元件在模型中，元件之间的连接通常使用信号线来表示。
可以通过鼠标点击元件输出端口和输入端口的方式来建立连接。
可以使用线段工具来绘制信号线，也可以使用Ctrl + 鼠标点击来删除信号线。
2.3 参数设置在建模过程中，可以通过双击元件来设置各个元件的参数。
每个元件都有各自的参数面板，可以根据具体需求进行设置。
第三章：Simulink高级建模技巧在本章中，我们将介绍一些进阶的Simulink建模技巧，如子系统的使用、模型的分层和复用等。
实验四 SIMULINK仿真模型的建立及仿真（一）一、实验目的：1、熟悉SIMULINK模型文件的操作。
2、熟悉SIMULINK建模的有关库及示波器的使用。
3、熟悉Simulink仿真模型的建立。
4、掌握用不同的输入、不同的算法、不同的仿真时间的系统仿真。
二、实验内容：1、设计SIMULINK仿真模型。
2、建立SIMULINK结构图仿真模型。
3、了解各模块参数的设定。
4、了解示波器的使用方法。
5、了解参数、算法、仿真时间的设定方法。
例7.1-1 已知质量m=1kg，阻尼b=2N.s/m。
弹簧系数k=100N/m，且质量块的初始位移x(0)=0.05m，其初始速度x’(0)=0m/s，要求创建该系统的SIMULINK 模型，并进行仿真运行。
步骤：1、打开SIMULINK模块库，在MATLAB工作界面的工具条单击SIMULINK图标，或在MATLAB指令窗口中运行simulink，就可引出如图一所示的SIMULINK模块浏览器。
图一：SIMULINK模块浏览器2、新建模型窗，单击SIMULINK模块库浏览器工具条山的新建图标，引出如图二所示的空白模型窗。
图二：已经复制进库模块的新建模型窗3、从模块库复制所需模块到新建模型窗，分别在模块子库中找到所需模块，然后拖进空白模型窗中，如图二。
4、新建模型窗中的模型再复制：按住Ctrl键，用鼠标“点亮并拖拉”积分模块到适当位置，便完成了积分模块的再复制。
5、模块间信号线的连接，使光标靠近模块输出口；待光标变为“单线十字叉”时，按下鼠标左键；移动十字叉，拖出一根“虚连线”；光标与另一个模块输入口靠近到一定程度，单十字变为双十字；放开鼠标左键，“虚连线”变变为带箭头的信号连线。
如图三所示：图三：已构建完成的新模型窗6、根据理论数学模型设置模块参数：①设置增益模块<Gain>参数，双击模型窗重的增益模块<Gain>，引出如图四所示的参数设置窗，把<Gain>增益栏中默认数字改为2，单击[OK]键，完成设置；图四：参数已经修改为2的<Gain>增益模块设置窗②参照以上方法把<Gain1>增益模块的增益系数改为100；③修改求和模块输入口的代数符号，双击求和模块，引出如图五所示的参数设置窗，把符号栏中的默认符号（++）修改成所需的代数符号（--），单击[OK]键，完成设置；图五：改变输入口符号的求和模块参数设置窗④对积分模块<Integrator1>的初始状态进行设置：双击积分模块<Integrator1>，引出如图六所示的参数设置窗，把初始条件Initial condition 栏中的默认0初始修改为题目给定的0.05，单击[OK]键，完成设置。
simulink assignment用法-回复Simulink是MATLAB软件中的一种可视化建模工具，用于设计、模拟和分析各种复杂的动态系统。
本文将详细介绍Simulink的使用方法、主要特点和实际应用，以帮助读者更好地理解和应用Simulink进行模型建模和仿真。
一、Simulink的基础知识Simulink是一种基于图形界面的建模环境，用户可以通过图形化地搭建系统模型。
Simulink提供了丰富的图形元件，包括输入、输出、数学运算、逻辑判断、控制器等等，用户只需将这些元件按照正确的顺序和逻辑连接起来，就可以构建出一个完整的系统模型。
Simulink的建模过程主要包括以下几个步骤：1. 打开Simulink环境：在MATLAB软件中选择“Simulink”选项，即可进入Simulink建模环境。
2. 创建模型：在Simulink环境下，选择“File”菜单中的“New”选项，可以创建一个新的模型文件。
3. 添加元件：在左侧的库浏览器中选择需要的元件，拖放到模型窗口中。
4. 连接元件：使用鼠标将各个元件连接起来，形成正确的逻辑关系。
5. 设置参数：对模型中的元件进行各种参数设置，以控制模型的行为。
6. 运行仿真：点击“Run”按钮，Simulink将自动运行仿真，并根据设定的参数和模型逻辑，输出相应的结果。
二、Simulink的主要特点1. 灵活性：Simulink提供了丰富的模型元件，支持各种复杂系统的建模，用户可以根据实际需求进行组合和调整，实现灵活的模型设计。
2. 可视化：Simulink以图形化的方式展现系统模型，使得用户可以直观地理解和修改模型，提高建模效率。
3. 仿真能力：Simulink内置了强大的仿真引擎，可以对模型进行不同时间段、不同参数的仿真，获得系统在不同条件下的输出结果。
4. 多领域建模：Simulink支持多个领域的建模，包括控制系统、信号处理、通信系统等，用户可以根据具体应用领域选择相应的元件和功能。
simulink建模与仿真流程我们需要在Simulink中创建一个新的模型。
打开Simulink软件后，选择“File”菜单中的“New”选项，然后选择“Model”来创建一个新的模型。
接着，我们可以在模型中添加各种组件，如信号源、传感器、执行器等，以及各种数学运算、逻辑运算和控制算法等。
在建模过程中，我们需要定义模型的输入和输出。
在Simulink中，可以使用信号源模块来定义模型的输入信号，如阶跃信号、正弦信号等。
而模型的输出信号可以通过添加显示模块来实现，如示波器模块、作用域模块等。
接下来，我们需要配置模型的参数。
在Simulink中，可以通过双击组件来打开其参数设置对话框，然后根据需求进行参数配置。
例如，对于控制系统模型，我们可以设置控制器的增益、采样时间等参数。
完成模型的配置后，我们可以进行仿真运行。
在Simulink中，可以选择“Simulation”菜单中的“Run”选项来运行仿真。
在仿真过程中，Simulink会根据模型的输入和参数进行计算，并生成相应的输出结果。
我们可以通过示波器模块来实时显示模型的输出信号，以便进行结果分析和调试。
在仿真过程中，我们可以通过修改模型的参数来进行参数调优。
例如，可以改变控制器的增益值，然后重新运行仿真，观察输出结果的变化。
通过不断调整参数，我们可以优化模型的性能，使其达到设计要求。
除了单一模型的仿真，Simulink还支持多模型的联合仿真。
通过将多个模型进行连接，可以实现系统级的仿真。
例如，我们可以将控制系统模型和物理系统模型进行连接，以实现对整个控制系统的仿真。
在仿真完成后，我们可以对仿真结果进行分析和评估。
Simulink提供了丰富的分析工具，如频谱分析、时域分析和稳定性分析等。
通过对仿真结果的分析，我们可以评估模型的性能，并进行进一步的改进和优化。
Simulink建模与仿真流程包括创建模型、添加组件、定义输入输出、配置参数、运行仿真、参数调优、联合仿真和结果分析等步骤。
Si m ul i nk 中一般模型的创建方法及其在系统仿真中的应用Ξ刘文良,王 杰(天津轻工业学院自动化工程系,天津300222)摘要:介绍了计算软件M A TLAB 以及Si m ulink 的功能特点,重点讨论了Si m ulink 中利用S 2函数创建一般模型的方法及在模糊控制系统仿真研究中的应用。
关键词:M A TLAB ;系统仿真;模糊控制中图法分类号:T P 39119 文献标识码:A文章编号:10012456X (1999)0420041205A M ETHOD OF CREAT ING GENERAL MOD EL IN SI M UL INKAND ITS APPL I CAT I ON ON S Y STE M SI M ULAT I ONL IU W en -l i ang ,W ANG J ie(D epartm ent of A utom ati on Engineering ,T ianjin Institute of L igh t Industry ,T ianjin 300222Ch ina )Abstract :T h is paper introduces som e advanced functi ons of science calculating softw are M A TLAB and si m ulink ,ai m s to discuss a m ethod fo r creating general model by of S 2functi on in Si m ulink Too lbox ,and gives som e examp les of app licati on in research on si m ulati on of Fuzzy contro l sys 2tem .Key words :M A TLAB ;system si m ulati on ;Fuzzy contro l M A TLAB 自1984年由美国M ath W o rk s 公司推向市场以来,历经十几年的发展,现已成为国际公认的最优秀的科技应用软件。
由于该软件具有功能强大,界面友善、语言自然,开放性强等特点,使它获得对应用学科极强的适应力,在线性代数、矩阵分析、数值计算及优化、数理统计和随机信号分析、信号和图象处理、控制理论分析和系统设计、过程控制、建模和仿真、通信系统等众多领域的理论研究和过程设计中得到广泛应用。
建模仿真可视化功能Si m u link 是M A TLAB 五大通用功能之一,它是基于M A TLAB 语言环境下实现动态系统建模、仿真的一个集成环境,它的存在使M A TLAB 的功能得到进一步扩展。
Si m u link 中存储了大量系统模型,用户只要在模型库窗口上调出各个系统环节,并用连线连接起来,便可利用Si m u link 提供的功能对系统进行仿真和分析。
这种方框图式的建模方法很容易将一个复杂系统的数学模型输入到计算机中,大大简化了编程过程。
1999年第4期 天 津 轻 工 业 学 院 学 报JOURNAL OF TI ANJ I N I NSTI TUTE OF L I GHT I ND USTR Y N o .4 1999Ξ收稿日期:1999207216 3 作者简介:刘文良(19632),男(汉族),天津人,讲师,学士学位. 尽管Si m u link 提供了十分丰富的模型库,但在研究复杂系统时会遇到一些特殊的环节,不能用给定的模型元件来描述。
Si m u link 允许用户自己利用S 2函数创建特殊的模型元件。
这大大地扩大了Si m u link 的应用领域,这一功能也充分体现了M A TLAB 开放性、可扩充性这一特点。
1 Si m ul i nk 中一般模型的创建方法 一般模型元件的创建,关键在于S 2函数的正确编制及调用。
S 2函数实质上是具有特殊调用格式的M A TLAB 函数,表征系统动态特性,能使Si m u link 有能力构造一般的仿真方框图,灵活方便地设计出用户需要的特殊环节。
实际上,Si m u link 的每一个模型都可以用输入、输出、状态三个要素进行描述,S 2函数的描述同样遵循这一原则。
通常S 2函数的调用格式是: functi on [sys ,x 0]=sfunc (t ,x ,u ,flag ,参数1,参数2,…)其中,sfunc 是用户定义的系统,t 是当前时刻,x 是当前状态值,x 0是初始状态值,u 是当前系统输出值,变量flag 的值控制返回变量sys 的信息。
表1是sys 含义与flag 取值的关系对照表。
表1 f lag 与sys 关系对照表flagS 2函数的表现0返回系统变量和初始条件的维数1返回系统的状态导数dx dt 2离散状态x (n +1)3返回系统的输出向量y 4更新下一个离散状态的时间间隔 在调用S 2函数时,必须先知道系统的结构。
例如系统有几个输入变量、输出变量、状态变量以及状态变量的初始值等。
而这些信息的获得,可由在S 2函数中设置flag =0获取。
系统结构用一向量定义,该向量的六个分量依次表示连续状态向量的个数、离散状态向量的个数、输出量的个数、输入量的个数、系统中不连续根的数量、系统有无代数循环的标志。
另外,S 2函数中flag 的条件判断应与系统结构的定义相对应。
例如,若未定义连续状态变量,则S 2函数中不应出现flag =1的判断。
若系统是严格离散的,只需令flag =2获得下一个离散状态,令flag =3获得离散系统的输出等。
下面是一个S 2函数的例子,描述的是惯性环节的数学模型。
惯性环节的传函为: G (S )=Y (S )U (S )=k T S +1用状态变量表示的数学模型为: x α=-1Tx +u y =k Tx ・24・天 津 轻 工 业 学 院 学 报 1999年10月用M 文件编写S 2函数如下: i nerti a .m functi on [sys ,x 0]=inertia (t ,x ,u ,flag ,k ,T ) if ab s (flag )==1,sys =-x T +u ; elseif flag ==3, sys =k 3x T ; elseif flag ==0 sys =[1;0;1;1;0;0]; x 0=0; else sys =[]; end图1 图1是该惯性环节在单位阶跃输入时的输出响应曲线。
S 2函数编制完成后,从Si m u link 非线性模块库中调出通用S 2函数模块,输入正确S 2函数名,若该函数含有用户参数,还要输入参数名并建立一个对话框使参数被正确赋值,然后使用成组(Group )和封装(M ask )命令将S 2函数封装起来,得到用户自创建的Si m u likn 模块。
在系统仿真中新模块与Sum u link 提供的标准模块功能完全一样,具有相同的仿真效率及可信度。
2 在系统仿真中的应用 Si m u link 中模块元件的可扩充功能,使用户在复杂控制系统及特殊系统的分析、仿真中带来极大便利。
笔者在研究模糊控制器对控制系统的调节作用时充分利用了这一功能。
在模糊控制系统中,模糊控制器的性能在很大程度上取决于模糊控制规则的确定及其可调整性。
模糊控制规则一般可直接采用M am dan i 规则表,但这不一定是最佳的,因为在实际应用中往往需要根据不同的控制对象的特性调整控制规则。
对于常规的二维模糊控制器,当误差与误差变化率的论域等级划分相同时可认为误差与误差变化率的权重相同,这时控制规则可以用一个解析式表达: U =(E +C ) 2为了适应不同被控对象的要求,在上式基础上引进一个调整因子a ,则可得到一种带有调整因子的控制规则: U =aE +(1-a )C ,a ∈(0,1)・34・第4期 刘文良,等:Si m ulink 中一般模型的创建方法及其在系统仿真中的应用式中,E 为误差的量化值,C 误差变化的量化值,U 为控制量,a 为加权系数。
模糊控制原理图如图2所示。
其中量化因子和比例因子的计算公式如下: ke =n x e kc =m x c ku =y ul图2式中,x e 为误差论域的幅值,x c 为误差变化论域的幅值,y u 为控制量论域的幅值,n 为误差变量模糊子集的最大值,m 为误差变化率变量模糊子集的最大值,l 为控制量模糊子集的最大值。
具有调整因子的模糊控制器环节,用S 2函数描述如下: zt -fuzzy .m functi on [sys ,x 0]=zt -fuzzy (t ,x ,u ,flag ,ke ,kc ,ku ,a ) if ab s (flag )==3 E =round (ke 3u (1)); C =round (kc 3u (2)); Sys =ku 3(a 3E +(1-a )3C ); elseif flag ==0 sys =[0;0;1;2;0;0]; else sys =[]; end 将上述S 2函数封装处理后,在Si m u link 模型库中就创建了一个模糊调节器模块。
利用该模块对模糊控制系统进行了仿真研究。
控制系统方框图如图3所示。
图中FU ZZY 模块是自建的模糊调节器模型。
图4、图5分别为调整因子a =0.75以及a =0.6时的阶跃响应仿真曲线。
其中曲线1是原系统的响应曲线,曲线2是具有模糊调节器校正环节的响应曲线。
仿真结果表明,模糊控制系统的动态性能远远优于原系统。
另外,调整因子的取值大小对模糊调节器的调节作用影响很大。
调整因子取值小系统的超调量减小,但快速性相对降低。
・44・天 津 轻 工 业 学 院 学 报 1999年10月图3图4图53 结束语 由于M A TLAB 强大的功能和独特的设计思想,已使它成为应用学科计算机辅助设计、仿真以及教学不可缺少的基础软件。
在国外科研机构和工业部门,M A TLAB 已经成为研究和解决各种具体工程问题的一种标准软件,而Si m u link 则是M A TLAB 在控制系统仿真领域的新突破。
因此,广泛推广使用该软件,并能充分利用好M A TLAB 的各种资源,无疑会使我们的科学研究、工程实践水平得到进一步提高。
参 考 文 献:[1] 李士勇1模糊控制和智能控制理论与应用[M ]1哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,19901[2] 张志涌1掌握和精通M A TLAB [M ]1北京:北京航空航天大学出版社,19971[3] 张 峻1M A TLAB 软件包与控制系统设计及仿真[J ]1电气自动化,1997,(4)1[4] B raham R .A pp licati on So tfw are [J ].IEEE Spectrum .1995,(1)1・54・第4期 刘文良,等:Si m ulink 中一般模型的创建方法及其在系统仿真中的应用。
