MATLAB_6 SIMULINK动态系统仿真

(sin(x)sin(2x))dx
Simulink仿真
第7章 Simulink仿真
第7章 Simulink仿真
本章要点 Simulink系统的基本模块 仿真模型的编辑 仿真参数的设置 SimPowerSystems工具箱及实例
教学时数 2学时
Simulink仿真
第7章 Simulink仿真
Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它向用户提供一 个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
一、模块的编辑处理
1．模块的操作 （1）添加模块
当要把一个模块添加到模型中，先在Simulink模块库中 找到它，然后直接将这个模块拖入模型窗口中即可。 （2）选取模块 当模块已经位于模型窗口中时，只要用鼠标在模块上 单击就可以选中该模块，这时模块的四角上出现一些 黑色的小方块，这些小方块就是该模块的关键点，拖 动这些黑色小方块可以改变模块的大小。
2．模块间连线的调整 用鼠标单击连线，可以选中该连线。这时会看到线上的一些黑色小 方块，这些是连线的关键点。用鼠标按住关键点，拖动即可以改 变连线的方向。
3．连线的分支 仿真时经常会碰到需要把信号输送到不同的接收端的情况，这时 就需要分支结构的连线。可以先连好一条线，然后把鼠标移到支 线的起点位置，先按下〈Ctrl〉键，然后按住鼠标，将连线拖到 目标模块，松开鼠标和〈CtrSl〉imuli键nk仿即真 可。
仿真更为精细。它提供的许多模块更接近实际，为用户摆脱理想 化假设的无奈开辟了途径。
模型内码更容易向DSP，FPGA等硬件移植。
Simulink仿真
第7章 Simulink仿真
7.1 认识Simulink
Simulink 是MATLAB环境下对动态系统进行建模、 仿真和分析的一个软件包。该系统的两个主要功 能就是Simu（仿真）和Link（连接）。 一、Simulink的启动和退出 1．Simulink的启动

Neural Network Blockset：神经网络工具箱；
Simulink Extras：补充Simulink公共模块库； Stateflow：用来对复杂的事件驱动系统进行建模和仿真； Real-Time Workshop (简称RTW)：可以直接将simulink模型框图和 Stateflow的状态图转换成高效优化的程序代码。
将其输入写入工作空间 X-Y示波器模块
16
5、 Sources(信号源模块组) 及其用途
18个基本模块，包 括模型及子系统输入 与信号发生器两种。 其子模块组的名称和 用途见表3-5。
17
表3-5 信号源模块组子模块的名称及用途
模 块 名 称
Chirp Signal Clock Constant Digital Clock From Workspace From File Ground In1 Pulse Generator
工具栏区：含4个按钮： 是新建与打开按钮， 是将模 块放在桌面最上层按钮，Find是用来查找模块库中的模块按
钮。
文字说明区：对所选模块的文字说明； 模块库区：含模块库及其相应的模块组； 状态栏区：即最下方显示Ready区，用来显示浏览器状态。
4
二、基本模块库的分类及其用途
SIMULINK 有13类基本模块库，分别为： Continuous(连续模块组)、 Discontinuities(非连续模块组)、 Discrete(离散模块组)、 Look-Utions(数学运算模块组)、 Model Verification(模型检验模块组)、
模
块
用
途
Band-Limited White Noise 带宽限幅白噪声模块
线性调频信号模块(频率随时间线性增加的 正弦信号)，可用于非线性系统谱分析 在每一仿真步输出当前仿真时间(连续时间) 输出与时间无关的实数或复数 仅在指定的采样间隔内输出仿真时间，在 其它时间输出保持前一次值不变(离散时间) 从MATLAB工作空间中读取数据 从一个指定的文件中读取数据并输出 接地模块 输入端口模块(同端口与子系统模块中In1) 产生固定频率脉冲序列

Simulink动态系统仿真入门Simulink是基于MA TLAB的图形化仿真设计环境，是MATLAB 提供的进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。

它使用图形化的系统模块对动态系统进行描述，并在此基础上采用MATLAB 的计算引擎对动态系统在时域内进行求解。

它可以处理的系统包括：线性、非线性、离散、连续及混合、单任务、多任务离散事件等。

在MATLAB7.X版本中，可以直接在Simulink环境中运作的工具箱和模型库很多，已经覆盖了航天、航空、通信、控制、信号处理等等诸多领域，涉及内容专业性很强。

1、Simulink系统的启动由于Simulink和MATLAB是高度集成在一起的，因此启动Simulink必须先启动MA TLAB。

在MA TLAB启动Simulink可以通过在命令窗口输入Simulink，或者点击MATLAB工具栏的Simulink 快速启动图标。

启动Simulink后，出现Simulink的主窗口，选择主菜单File中的New\model，即可以打开系统模型编辑器。

下图依次是MATLAB 主窗口、Simulink主窗口和系统模型编辑窗口，图中的箭头表示了操作顺序。

在打开一个新的系统模型文件以后，用户可以从Simulink模块库中选择适合的系统模块或自定义模块来建立系统模型。

我们通过一个简单的例子来分步说明Simulink建模和仿真的能力。

1）在MATLAB 窗口运行Simulink。

打开Simulink模块库浏览器。

2）点击Source子库前的“+”展开库，可以看到各种信源模块。

3）点击新建图标，打开一个空白型的模型窗口。

4）用鼠标选中需要的信源模块，把它拖入新建的空白模型编辑窗口，生成一个正弦波的复制品。

5）同样将信宿库Sinks中的示波器Scope拷贝到模型窗口。

6）利用鼠标完成两个模块的连线操作，完成一个简单的模型。

7）为进行仿真，双击示波器模块，打开示波器显示屏。

第五章 Simulink建模与仿真
本章重点
Simulink基本结构 Simulink模块 系统模型及仿真
一、Simulink简介
Simulink 是MATLAB 的工具箱之一，提供交互式动态系统
建模、仿真和分析的图形环境
可以针对控制系统、信号处理及通信系统等进行系统的建 模、仿真、分析等工作 可以处理的系统包括：线性、非线性系统；离散、连续及 混合系统；单任务、多任务离散事件系统。
从模块库中选择合适的功能子模块并移至编辑窗口中，按 设计要求设置好各模块的参数，再将这些模块连接成系统 Simulink的仿真过程就是给系统加入合适的输入信号模块 和输出检测模块，运行系统，修改参数及观察输出结果等
过程
二、Simulink的基本结构
Simulink窗口的打开
命令窗口：simulink 工具栏图标：
三、Simulink模型创建
7、信号线的标志
信号线注释：双击需要添加注释的信号线，在弹出的文本编辑 框中输入信号线的注释内容
信号线上附加说明：（1） 粗线表示向量信号：选中菜单Forma t|Wide nonscalar lines 即可以把图中传递向量信号的信号线用粗 线标出；（2）显示数据类型及信号维数：选择菜单Format|Port data types 及Format|Signaldimensions，即可在信号线上显示前 一个输出的数据类型及输入/输出信号的维数；（3） 信号线彩 色显示：选择菜单Format|Sample Time Color，SIMULINK 将用 不同颜色显示采样频率不同的模块和信号线，默认红色表示最 高采样频率，黑色表示连续信号流经的模块及线。
同一窗口内的模块复制： （1）按住鼠标右键，拖动鼠标到目标

目录MATLAB/Simulink 与控制系统仿真课程设计 (1)一、课题设计目的 (3)二、课题设计要求 (3)1.实现单回路控制系统的设计及仿真 (3)2.实现串联控制系统的设计与仿真 (3)3.实现反馈前馈控制系统设计及仿真 (3)三、课题设计内容与步骤 (3)1.实现单回路控制系统的设计及仿真 (3)(1)原始单回路的单位阶跃曲线： (4)(2) P 调节 (4)(3) PI 调节 (5)(4) PID 调节 (5)(5) 总结： (6)2. 实现串联控制系统的设计与仿真 (6)(1).建立开环传递函数 (6)(2).设计串联校正器的滞后环节 (8)(3).设计串联校正器的超前环节 (8)(4).对照校正先后的系统频率响应 (9)(5).系统校正先后的阶跃响应曲线 (10)(6)结论： (12)3.实现反馈前馈控制系统设计及仿真 (12)(1).开环传递函数模型 (12)(2).分析系统的频率响应特性 (13)(3).设计反馈校正器环节 (13)(4).设计前馈校正器环节 (14)(5).设计前向通道 (15)(6).设计前向通道与前馈通道并联连接 (16)(7).设计反馈前馈校正器环节 (16)(8).对照校正先后的系统频率响应 (17)(9).系统校正先后的阶跃响应曲线 (18)(10).总结： (20)四、心得体味 (20)进行PID 控制器设计与应用1.实现单回路控制系统的设计及仿真2.实现串联控制系统的设计与仿真3.实现反馈前馈控制系统设计及仿真P 调节器公式Wc (s) =20.经P 控制后的单回路的单位阶跃曲线：P 控制只改变系统的增益而不影响相位，它对系统的影响主要反映在系统的稳态误差和稳定性上，增大比例系数可提高系统的开环增益、减小系统的稳态误差，从而提高系统的控制精度，但这会降低系统的相对稳定性。

PI 调节器公式Wc (s) =20+3/s.经PI 控制后的单回路的单位阶跃曲线：PI 控制器可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机的机构仿真一、仿真原理图1二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床示意图图2 二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床刃磨原理图重要假设条件：1、二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床是通过两组并联杆（2，a和3，b）保证动平台4只在空间中做水平运动，而没有翻转运动。

每一组并联杆是由空间相互平行的4根杆件组成，由于组内各杆件受力相同，所以将其简化成平面机构如图2。

构件a，b是保证动平台4只做水平运动的辅助平行杆，所以可以假设将机构中杆件a，b省略，而动平台4只做水平移动，没有翻转运动，也就是4相对于地面的夹角θ4恒等于0。

2、直线电机的次子有两个（1和5）但是在加工过程中并不是两者同时运动，所以假设5与导轨固联。

3、假设机床在工作过程中动平台4只受到树直向上的恒力作用，且作用在其中心位置。

基于以上假设机床平面结构示意图如图3。

图3二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床简化机构平面结构示意图二、建立仿真方程C2=cos(θ2) S2=sin(θ2) C3=cos(θ3) S3=sin(θ3)一）力方程（分别对各个杆件进行受力分析）对动平台4：受力分析如图4F24x+F43x=m4*Ac4x （1）F24y+F43y=m4*Ac4y （2）F24y*rc4-F43y*rc4=0 （3）图4动平台4的受力分析对并联杆2：受力分析如图5F12x+F24x=-m2*Ac2x （4）F12y+F24y=-m2*Ac2y （5）F12x*rc2*S2+F12y*rc2*C2-F24x*rc2*S2-F24y*rc2*C2=I2*α2 （6）图5并联杆2的受力分析对直线电机滑块1：受力分析如图6Fm+F12x=m1*r1_dot_dot （7）Fy=F12y （8）图6直线电机滑块1的受力分析对并联杆3：受力分析如图7图7并联杆3的受力分析二）闭环矢量运动方程（矢量图如图8）图8 闭环矢量图矢量方程为：R1+R2=R3+R4将上述矢量方程分解为x和y方向，并分别对方程两边对时间t求两次导数得：r1_dot_dot+r2*α2*S2+r2*w2^2*C2=r3*α3*S3+r3*w3^2*C3 （12）r2*α2*C2-r2*w2^2*S2=r3*α3*C3-r3*w3^2*S3 （13）三）质心加速度的矢量方程F13x+F43x=-m3*Ac3x （9）F13y+F43y=-m3*Ac3y （10）F43x*r3*C3+F43y*r3*S3= I3*α3 （11）图9质心加速度的矢量示意图矢量关系：Ac3=Rc3_dot_dotAc4=R3_dot_dot+ Rc4_dot_dotAc2=R3_dot_dot+ R4_dot_dot+ Rc2_dot_dot (_dot_dot 表示对时间求两次导数)将上述三个矢量方程分别分解为x 和y 方向，则它们等效为以下六个方程；Ac3x=-rc3*w3^2*C3-rc3*α3*S3 (14) Ac3y=-rc3*w3^2*S3+rc3*α3*C3 (15) Ac4x=-r3*w3^2*C3-r3*α3*S3 (16) Ac4y=-r3*w3^2*S3+r3*α3*C3 (17) Ac2x=-r3*w3^2*C3-r3*α3*S3-rc2*w2^2*C2-rc2*α2*S2 (18) Ac2y=-r3*w3^2*S3+r3*α3*C3-rc2*w2^2*S2+rc2*α2*C2 (19) 力未知量为：F12x,F12y,F24x,F24y,F43x,F43y,F13x,F13y,Fy,Fm 引入的加速度有：α2，α3，r1_dot_dot ，Ac3x ，Ac3y ，Ac4x ，Ac4y ，Ac2x ，Ac2y三、系统方程的组装将所有19个方程组装成矩阵形式1010000000000200000010100000000002002222222200000020000000000101000000000000400001010000000000004000101000000000000010000000010010000000100000010000000000000010100000000m m rc S rc C rc S rc C I m m m ⋅⋅-⋅-⋅-----300000000101000000003000000333300003000000000000000002233100000000000000002233000000000000000002233010000000000000002233001000000000000000330001000000000000m m r C r S I r S r S r C r C rc S r S rc C r C rc S ⋅⋅-⋅-⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅-⋅003300001000000000000033000001000000000000330001rc C r S r C ⎛⎫⎪ ⎪⎪⎪⎪ ⎪⎪⎪ ⎪⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪⎪ ⎪⎪⎪ ⎪⎪⎪ ⎪⎪⎪⋅-⎪⋅ ⎪⎪ ⎪⋅-⎝⎭120120240240434301301300020333^2322^2222^2233^2322^222233441F x F y F x F y F x p F y F x F y Fy Fm r w C r w C r w S r w S rc w C Ac x Ac y Ac x Ac y Ac x Ac y r αα••⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⨯= ⎪ ⎪ ⎪⋅⋅-⋅⋅ ⎪ ⎪⋅⋅-⋅⋅ ⎪-⋅⋅ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭33^2322^2233^2333^2333^2333^2333^23r w S rc w S r w S rc w C rc w S r w C r w S ⎛⎫ ⎪⎪⎪ ⎪⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪-⋅⋅ ⎪⋅⋅+⋅⋅ ⎪ ⎪-⋅⋅ ⎪ ⎪⋅⋅ ⎪-⋅⋅ ⎪⎪ ⎪⋅⋅⎝⎭ 四、初始条件的设定假设图3位置就是初始位置。

个方向转动）、Bushing（三个方向移动，三个方
向转动）、Custom Joint（自定义铰）、
Cylindrical（柱面铰）、Gimbal（万向铰，旋转
三个角度）、In-plane（平面内移动）、Planar
（平面铰）、Prismatic（单自由运动铰）、
Revolute（单自由转动铰）、Screw（螺旋铰）、
扑结构，但至少有一个构件是Ground模块，而且
有一个环境设置模块直接与其相连。
一个构件可能不止两个铰（Joint），即可以
产生分支。但是一个较只能连接两个构件。
（3）配置Body模块：双击模块，打开参数对话
框，配置质量属性（质量和惯性矩），然后确定
Body模块和Ground模块与整体坐标系或其他坐标
• 1.双击Disassembled Joints，弹出如图模块组， 其中模块是分解后的铰，不同于Joints中对应的 铰，它们有不同的基准点。
2021/7/1
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• 2.双击Massless Connectors，弹出如图模块组， 其中模块是Joint中对应的铰的组合。
2021/7/1
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4.2.6 传Βιβλιοθήκη 器与激励器模块组（Sensors&Actuators）
• 双击模块，弹出图示模块组。该模块组中的模块 用来和普通的Simulink模块进行数据交换。
2021/7/1
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• Body Actuator：通过广义力或力矩来驱动刚体。 • Body Sensor：刚体检测模块。 • Constraint&Drivr Sensor：检测一对受约束刚体
间的力或力矩。 • Driver Actuator：对一对互相约束的刚体施加相

Transfer-Fcn：线性传递函数模型
Transport Delay：输入信号延时一个固定时间再输出 Variable Transport Delay：输入信号延时一个可变时间再输出 Zero-Pole：以零极点表示的传递函数模型
2、Discontinuities （非线性模块） Backlash：死区间隙 Coulomb &Viscous Friction：库仑粘滞摩擦信号 Dead Zone：死区信号 Hit Crossing：将信号与特定的偏移值比较 Quantizer；量化器 Rate Limiter；信号上升、下降速率控制器 Relay：滞环比较器，限制输出值在某一范围内变化。 Saturation：饱和信号，让输出超过某一值时能够饱和。
第一节 SIMULINK简介 一、什么是SIMULINK
SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系 统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要 区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化 图形输入。
所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功 能分类的基本的系统模块，用户只需知道这些模块的输 入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现 的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就 可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进行存取）， 进而进行仿真与分析。
三、SIMULINK的公共模块库
SIMILINK模块库按功能进行分类，包括以下子库： Continuous（连续模块） disontinuous （非线性模块） Discrete（离散模块） look up tables(查询表模块)
Math operations（数学模块）Model verification(模型检测) Model-wide Utilities（模型扩展功能模块） Ports&Systems（端口和子系统模块） Signal attributes(信号描述模块)

三、Simulink 模型的构建
1、对 Simulink 库浏览器的基本操作 2、模块的基本操作： 1）模块的选择
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2)模块的连接 3)模块的复制 4)模块的移动 5)模块的删除 6)模块的旋转 7）模块名的操作 修改模块名、模块名字体设置、改变模块名的位置、隐藏模块名 8）模块的阴影效果 9）模块颜色的改变 10）模块的插入 3、信号的操作
Simulink 可以处理的系统包括：线性、非线性系统；离散、连续及混合系统；单任务、多任务离散 事件系统等。在 MATLAB7 版本中，可直接在 Simulink 环境中运作的工具箱很多，已覆盖航空/航天、通 信、控制、信号处理、电力系统、机电系统等诸多领域，所涉内容专业性极强。
一、启用 Simulink 并建立系统模型
仿真时间设置
求解法设置
仿真步长设置
过零控制
误差设置
2）运行仿真
图 8.25 仿真参数设置对话框
四、基于 Simulink 系统仿真技术应用举例
例
连续的非线性系统举例。利用
Simulink
计算
Van
der
pol
方程：
⎧ ⎨ ⎩
x 2
=
x1 = x2 −m(x12 − 1)x2
−
x1
，并用示波
器 Scope 显示状态量 x1 和 x2 。
图 8.3 Simulink 的公共模型库
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2、Simulink 的专业模型库 前面对 Simulink 的公共模型库做了详细的介绍，除了公共模型库外，Simulink 中还集成了许多面向
不同专业的专业模型库，不同领域的系统设计师可以使用这些系统模块快速构建自己的系统模型，然后 在此基础上进行系统的仿真、分析，从而完成设计任务。下面仅介绍几种控制工程师可能用到的专业模 型库的主要功能。 1）航空航天模型库（Aerospace Blockset）

图：电容的充电、放电过程的仿真结果。在充电仿真中，输出信号 为系统的零状态响应。在放电过程仿真中，输出信号为系统的零输 入响应。 如果要仿真系统输入信号为任意函数的情况，只需要修改仿 真程序中的输入信号设臵即可。
“实例2.3”单摆运动过程的建模和仿真。 （1）单摆的数学模型 设单摆摆线的固定长度为l ，摆线的质量忽略不计，摆锤质 量为m ，重力加速度为g ，设系统的初始时刻为t=0 ，在任 意 t 0 时刻摆锤的线速度为v(t) ，角速度为 w(t ) ，角位移 为 (t ) 。以单摆的固定位臵为坐标原点建立直角坐标系， 水平方向为x 轴方向。如下图所示。
图：电容的充电电路以及等价系统
（1）数学分析
首先根据网络拓扑和元件伏安特性建立该电路方程组
dy (t ) i (t ) C dt
dy (t ) 1 1 x(t ) y (t ) dt RC RC
y(t ) x(t ) Ri (t )
并化简得
该方程也称为系统的状态方程。在方程中，变量y 代表电 容两端的电压，是电容储能的函数。本例中它既是系统的 状态变量，又是系统的输出变量。
7.1 Matlab编程仿真的方法
7.1.1 概述 通过编程的形式建立计算机仿真模型是最基本的 计算机建模方法。Matlab编程仿真过程就是用编 写脚本文件或函数文件来描述数学模型，并实现 计算机数值求解的过程。 我们把外界对系统产生作用的物理量称为输入 信号或激励，把由于系统内部储存的能量称为系 统的状态，而将系统对外界的作用物理量称为系 统的输出信号或响应。
图：模拟真实示波器显示的调幅仿真波形，仿真中考虑了输 入信号与示波器扫描不同步，载波相位噪声以及加性信道噪 声的影响
7.1.3 连续动态系统的Matlab编程仿真 7.1.3.1 几个实例

MATLAB/Simulink与控制系统仿真实验报告姓名：喻彬彬学号：K031541725实验1、MATLAB/Simulink 仿真基础及控制系统模型的建立一、实验目的1、掌握MATLAB/Simulink 仿真的基本知识；2、熟练应用MATLAB 软件建立控制系统模型。

二、实验设备电脑一台；MATLAB 仿真软件一个三、实验内容1、熟悉MATLAB/Smulink 仿真软件。

2、一个单位负反馈二阶系统，其开环传递函数为210()3G s s s =+。

用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。

3、某控制系统的传递函数为()()()1()Y s G s X s G s =+，其中250()23s G s s s+=+。

用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。

4、一闭环系统结构如图所示，其中系统前向通道的传递函数为320.520()0.11220s G s s s s s+=+++，而且前向通道有一个[-0.2，0.5]的限幅环节，图中用N 表示，反馈通道的增益为1.5，系统为负反馈，阶跃输入经1.5倍的增益作用到系统。

用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。

四、实验报告要求实验报告撰写应包括实验名称、实验内容、实验要求、实验步骤、实验结果及分析和实验体会。

五、实验思考题总结仿真模型构建及调试过程中的心得体会。

题1、（1）利用Simulink的Library窗口中的【File】→【New】，打开一个新的模型窗口。

（2）分别从信号源库（Sourse）、输出方式库（Sink）、数学运算库（Math）、连续系统库（Continuous）中，用鼠标把阶跃信号发生器（Step）、示波器（Scope）、传递函数（Transfern Fcn）和相加器（Sum）4个标准功能模块选中，并将其拖至模型窗口。

simulink仿真模型的一般结构：
信源 系统 星宿
利用Simulink进行系统仿真的步骤是： 1、启动Simulink，打开Simulink模块库 2、打开空白模型窗口； 3、建立Smulink仿真模型； 4、设置仿真参数，进行仿真； 5、输出仿真结果。
（二）、模块的编辑 1、添加模块 2、选取模块 3、复制与删除模块 模块的复制包括两种：一是从模块库中将标准 模块复制到模型窗口中，另一种是在模型窗口中将 模型再复制。选中模块，按Delete键就可删除或点 击鼠标右键，选择Cut也可对模块进行剪切 4、模块的移动 将光标置于待移动的模块图标上，按住鼠标左 键不放，把该模块拖至目标位置后，松开左键就完 成了移动。 5、改变模块对象大小 用鼠标选择模块图标，再将鼠标移到模块对象 四周的控制小块处，当鼠标指针变成指向四周的小
箭头时，按住鼠标左键不放，拖至合适大小即可。 6、改变模块对象的方向 在Simulink中，模块输入端口位于模块左侧， 输出端口位于模块右侧，但有时需要对其方向进 行改变。方法是：用鼠标选中模块对象，利用 “Format →Flip Block”(快捷键Ctrl +I)可将模块顺 时针旋转180°；或者利用“Format →Rotate Block”(快捷键Ctrl +R)或将模块顺时针旋转90°。 7、颜色设定 Format菜单中的“Foreground Color”命令可以 改变模块的前景颜色，“Background Color”命令 可以改变模块的背景颜色；而模型窗口的颜色可 以通过“Screen Color”命令来改变。此外，还可 以选择“Format →Show drop shadow”为模块生 成阴影等。
In1
Pulse Generator
输入端口模块(同端口与子系统模块中In1)

SIMULINK仿真方法简介SIMULINK是一个进行动态系统的建模、仿真和综合分析的集成软件包。

它可以处理的系统包括：线性、非线性系统；离散、连续及混合系统；单任务、多任务离散事件系统。

在SIMULINK提供的图形用户界面GUI上，只要进行鼠标的简单拖拉操作就可以构造出复杂的仿真模型。

它的外表以方框图形式呈现，且采用分层结构。

从建模角度，SIMULINK 既适用于自上而下的设计流程，又适用于自下而上的逆程设计。

从分析研究角度，这种SIMULINK模型不仅让用户知道具体环节的动态细节，而且能够让用户清晰的了解各器件、各子系统、各系统间的信息交换，掌握各部分的交互影响。

1. 应用SIMULINK的基本操作1）在MATLAB的命令窗运行指令simulink或点击命令窗口中的图标，便可以打开如图B1-2所示的SIMULINK模块库浏览器（Simulink Library Browser）。

图B1-2 SIMULINK库浏览器2）点击Source字库前的“+”号（或双击字库名），便可以得到各种信源模块，如图B1-3。

图B1-3 信源子库的模块3）点击“新建”图标，打开一个名为untitled的空白模型窗口，如图B1-4。

图B1-4 SIMULINK的新建模型窗口4）用鼠标指向所需的信号源（如阶跃信号Step）,按下鼠标左键，把它拖至untitled窗，就生成一个阶跃信号的复制品。

，如图B1-5。

图B1-5模型创建中的模型窗口5）采用上述方法，将信宿库Sink中的示波器scope拷贝到模型窗口，把鼠标指向信源右侧的输出端，当光标变成十字符时，按住鼠标任意键，移向示波器的输入端，就完成了两个模块间的信号连接，如图B1-6。

图B1-6 创建模型完毕中的模型窗口6）进行仿真，双击示波器，打开示波器显示屏，如图1-7。

点击模型窗口中的“仿真启动”图标或点击simulink菜单下的start,仿真就开始了，就可以观测到阶跃信号的波形了，如图B1-7。

simulink 仿真原理Simulink是一种用于建立、仿真和分析动态系统的工具，它基于块图的图形化建模和仿真环境。

Simulink中的模型由各种块组成，每个块代表系统中的一个组件或子系统。

通过连接块之间的信号流，可以建立系统的完整模型。

在Simulink中，系统的行为可以用已知的数学和物理原理描述。

通过在块间定义输入和输出之间的关系，可以建立数值模型。

仿真过程可以提供系统的响应和行为，并用于验证模型的正确性。

Simulink提供了多种模型库，包括数学操作、信号处理、控制系统、电力系统等领域。

用户可以根据需要选择适当的块来构建他们的模型。

此外，Simulink还提供了丰富的仿真参数和分析工具，使用户可以对系统进行深入的研究和优化。

使用Simulink进行仿真的过程通常包括以下步骤：1. 建立模型：选择适当的块，并将它们连接在一起，以形成系统模型。

2. 定义输入信号：指定模型的输入信号，可以是常数、波形或来自外部数据源。

3. 配置模型参数：设置块和模型的参数，例如采样时间、模拟时间、仿真器选项等。

4. 运行仿真：开始仿真过程，并观察系统的响应和行为。

5. 分析和优化：使用Simulink提供的工具进行结果分析和系统优化。

6. 生成代码：将模型生成可嵌入系统或实时硬件的代码。

7. 验证和验证：使用实际数据对生成的代码进行验证，并验证系统的正确性。

Simulink的应用广泛，可以用于开发控制系统、信号处理算法、通信系统等各种领域。

通过图形化建模和仿真环境，Simulink大大简化了系统开发和测试的过程，提高了开发效率和质量。

同时，Simulink也与MATLAB密切集成，可以轻松地进行数据分析和可视化。

k 1
(t k ) hk 1 /(|
m
0
y
k
| 1)
则有 hk 1 ( 0(| y
( 0 / ek )
1
k|1) / (t k ))
1
m
m m { 0(| y |1)hk /[ek (| y |1)]} k k
1
m
h
k
3)若ek> ε0,本步失败，但仍采用上式，重新进行积分。
（2）初始化程序：完成各类初始数据的准备工作，如设 置工作单元、给定变量初值和系统仿真参数等。
若 ek 0
k
m
ek (t k ) hk /(|
m
y
k
| 1)
则表示本步积分成功，可以用ek来确定下一步的最大步长hk+1 了。
2）假定hk+1足够小，即认为 (t k hk 1) (t k ) m 得 ek 1 (t k 1) hk 1 /(| y | 1)
6.1 数值积分法
6.1.1 概述
数字仿真模型、算法及仿真工具
控制系统的数字仿真是利用数字计算机作为仿真工具，采用数学上的各 种数值算法求解控制系统运动的微分方程，得到被控物理量的运动规律。 通常，计算机模拟被控对象是用一定的仿真算法来实现被控对象的运动规 律，这是基于被控对象的数学模型来完成的。
6.3 面向微分方程的仿真程序设计
6.3.1 通用仿真程序的一般结构及工作原理 1. 通用仿真程序的基本结构 以数字计算机作为仿真工具，使用适当的算法语言来 编制通用的仿真程序，可以针对不同的系统进行相应的仿真 处理。按常规组成结构，通用仿真程序可分为3个层次，即 主程序块、功能程序块、基本子程序块。 各模块功分析能如下： （1）主程序：完成仿真逻辑控制，实现各功能模块的 调用、模型的转换、系统运行、输入输出的控制等。

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。

图6.2中h为积分步长。注意，此图以最简单的多边 形积分近似算法为例说明积分误差的计算，在实际中 具体的方法视连续求解器的不同而不同。如果积分误 差满足绝对误差或相对误差，则仿真继续进行；如果 不满足，则求解器尝试一个更小的步长，并重复这个 过程。当然，连续求解器在选择更小步长时采用的方 法也不尽相同。如果误差上限值的选择或连续求解器 的选择不适合待求解的连续系统，则仿真步长有可能 会变得非常小，使仿真速度变得非常慢。(用户需要注 意这一点。)
6.1 Simulink求解器概念
6.1.1 离散求解器 第3章中简单介绍了动态系统的模型及其描述，其
中指出，离散系统的动态行为一般可以由差分方程描 述。众所周知，离散系统的输入与输出仅在离散的时 刻上取值，系统状态每隔固定的时间才更新一次；而 Simulink对离散系统的仿真核心是对离散系统差分方程 的求解。
6.2 系统过零的概念与解决方案
6.1 节 中 对 Simulink 的 求 解 器 进 行 了 较 为 深 入 的 介 绍 。 Simulink求解器固然是系统仿真的核心，但Simulink对 动态系统求解仿真的控制流程也是非常关键的。 Simulink对系统仿真的控制是通过系统模型与求解器之 间建立对话的方式进行的：Simulink将系统模型、模块 参数与系统方程传递给Simulink的求解器，而求解器将 计算出的系统状态与仿真时间通过Simulink环境传递给 系统模型本身，通过这样的交互作用方式来完成动态系 统的仿真。
>> semilogy(tout(1:end–1,diff(tout)) % 绘制系统仿真时刻的一阶差分（即系统仿真步长），如
图6.7所示，其中常规步长为0.2 s， % 当发生过零的情况时，系统仿真步长自动缩小至约s