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计算机控制与仿真技术(第二版) 第8章 控制系统的SIMULINK仿真

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计算机控制与仿真技术(第二版)-第5章 控制系统的MATLAB 7建模

计算机控制与仿真技术(第二版)-第5章 控制系统的MATLAB 7建模
10
5.2.2 环节并联连接的化简
环节并联是指多个环节的输入信号相同，所有环
节输出的代数和为其总输出。两环节相并联如图5-2
所示。
G1 ( s ) y1 (t )
+
u (t )
y (t )
G2 ( s)
图 5-2
y 2 (t )
+
并联连接结构
11
parallel()函数命令可以将两个环节并联连接进行 等效化简。它既适用于连续时间系统也适用于离散时
feedback()函数命令格式为： G=feedback(G1,G2,sign)
[a,b,c,d]=feedback(a1,b1,c1,d1,a2,b2,c2,d2,sign)
[num,den]=feedback(num1,den1,num2,den2,sign)
14
5.2.4 闭环系统的化简
通过将所有的输出反馈到输入，从而构成闭
num [c 0 , c1 , , c m ] den [a1 , a 2 , , a a ]
3
在MATLAB中，用函数命令tf()来建立控制系 统的传递函数模型，tf()函数命令常用的调用格式
为：

sys= tf(num, den)
sys= tf(num, den, Ts)
5.2 环节方框图模型的化简
5.2.1 环节串联连接的化简
控制系统的环节串联及其化简就是模块方框图模 型的串联及其化简。可以用MATLAB的函数命令 series()将串联模块化简。
u1 (t )
G1 ( s ) y1 (t )
u 2 (t )
G 2 ( s)
y 2 (t )
图 5-1

matlab simulink 控制系统仿真 书籍

matlab simulink 控制系统仿真 书籍

Matlab/simulink 书籍选择Simulink与信号处理（光盘1张）这本书的一个重要特征是在讨论Simulink的工作原理、Simulink的基本模块库以及用Simulink建立信号处理系统模型时采用了大量实例，提供了近100个Simulink模型文件。

这些建模实例建立在MA TLAB/Simulink的R2 009a的版本之上，并逐个进行了测试。

它们是学习Simulink软件，掌握模块特征和应用场合，进而建立复杂信号处理系统模型的重要参考资料。

本书的另一个重要特征是涉及面广，取材新颖、实用。

本书是学习和使用Simulink对信号处理系统进行模拟和仿真的参考书籍，是笔者对多年来在MathWorks工作期间与公司软件开发人员及众多用户交流、切磋获得的经验、体会的总结和提炼。

全书共8章，介绍了Simulink 的基本知识和Simulink的扩展之一——信号处理模块集，并按照一般信号处理系统的组成方式和信号流程介绍如何用Simulink建立系统模型——包括信号的产生，信号的滤波，信号的统计参数与信号估计，以及如何在S imulink系统模型中实现复杂的数字信号处理算法。

MATLAB/Simu link与控制系统仿真（第2版）本书从应用角度出发，系统地介绍了MATLAB/Simulink及其在自动控制中的应用。

通过典型样例，全面阐述了自动控制的基本原理、系统分类以及控制系统分析与设计的主要方法。

本书从应用角度出发，系统地介绍了MATLAB／Simulink及其在自动控制中的应用。

结合MA TLAB／Simulin k的使用，通过典型实例，全面阐述了自动控制的基本原理以及控制系统分析与设计的主要方法。

全书共分13章，包括自动控制系统与仿真基础知识、MA TLAB计算及仿真基础、Simulink仿真基础、控制系统数学模型、时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、控制系统校正与综合、线性系统状态空间分析、线性系统状态空间设计、非线性系统、离散控制系统、最优控制等。

控制系统的Simulink仿真

控制系统的Simulink仿真
可以观察到非线性系统的动态行为，从而更好地理解其性能和行为特性。
06 结论与展望
结论
控制系统Simulink仿真是一种有 效的工具，可用于模拟和分析各 种控制系统的性能。通过使用 Simulink，研究人员和工程师可 以轻松地构建和修改控制系统模 型，并使用各种仿真工具进行系 统分析和优化。
Simulink提供了广泛的模块库和 工具，可用于构建各种类型的控 制系统模型，包括线性、非线性、 离散和连续系统。这些模块可以 方便地组合和修改，以适应特定 的控制系统需求。
非线性系统仿真
总结词
对非线性系统的动态行为进行模拟的过程。
详细描述
非线性系统在Simulink中可以通过使用非线性模块进行模拟。非线性系统是指系统的 输出与输入不成比例的系统，例如某些电子设备或机械系统。在Simulink中，可以使 用非线性模块来模拟这些系统的行为，例如非线性增益、饱和等。通过调整模块参数，
• 未来，Simulink可能会引入更多先进的仿真技术和算法，以提高仿真精度和 效率。例如，基于模型的控制设计、自适应控制、预测控制等先进控制算法可 能会被集成到Simulink中，以提供更强大的分析和优化工具。
• 此外，随着物联网和智能制造等领域的快速发展，Simulink可能会扩展其模 块库和工具箱，以支持这些领域的控制系统建模和仿真。例如，增加与传感器 、执行器和其他智能设备的接口模块，以及支持实时仿真和嵌入式系统开发的 工具箱。
保障生产安全
控制系统能够及时检测和预防潜在的安全隐患， 降低事故发生的可能性。
3
节能减排
优化控制参数，降低能耗和排放，符合绿色环保 要求。
控制系统的发展历程
01
02
03
模拟控制系统

MATLAB自动控制系统仿真simulink

MATLAB自动控制系统仿真simulink

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。

控制系统Simulink仿真PPT课件(MATLAB学习资料)

控制系统Simulink仿真PPT课件(MATLAB学习资料)
其频率特性为：
积分环节的幅值与 成反比，相角恒为-
时，幅相特性从虚轴
处出发，
沿负虚轴逐渐趋于坐标原点，程序如下：
g=tf([0,1],[1,0]); nichols(g); grid on
运行程序输出如图6-14曲线②所示。
。当
在Simulink中积分环节的使用如如图6-15所示。 运行仿真输出图形如图6-10所示。
• 频域法是基于频率特性或频率响应对系统进行分析和设计的一种图解 方法，故又称为频率响应法，频率法的优点较多，具体如下：
• 首先，只要求出系统的开环频率特性，就可以判断闭环系统是否稳定。 • 其次，由系统的频率特性所确定的频域指标与系统的时域指标之间存
在着一定的对应关系，而系统的频率特性又很容易和它的结构、参数 联系起来。因而可以根据频率特性曲线的形状去选择系统的结构和参 数，使之满足时域指标的要求。 • 此外，频率特性不但可由微分方程或传递函数求得，而且还可以用实 验方法求得。这对于某些难以用机理分析方法建立微分方程或传递函 数的元件(或系统)来说，具有重要的意义。因此，频率法得到了广泛 的应用，它也是经典控制理论中的重点内容。
• 2）由于对数可将乘除运算变成加减运算。当绘制由多个环节串联而成的系统的对数坐标图 时，只要将各环节对数坐标图的纵坐标相加、减即可，从而简化了画图的过程。
• 3）在对数坐标图上，所有典型环节的对数幅频特性乃至系统的对数幅频特性均可用分段直 线近似表示。这种近似具有相当的精确度。若对分段直线进行修正，即可得到精确的特性曲 线。
其频率特性为：
一阶复合微分环节幅相特性的实部为常数1，虚部与 成正比，如图5-26曲线①所示。 不稳定一阶复合微分环节的传递函数为：
其频率特性为：
一阶复合微分环节的奈奎斯特曲线图编 程如下： clc,clear,close all g=tf([1,1],[0 1]);

Simulink与控制系统仿真第二版课程设计

Simulink与控制系统仿真第二版课程设计

MATLAB/Simulink与控制系统仿真第二版课程设计前言MATLAB/Simulink是一种常用的科学计算软件，在控制系统仿真中也有着广泛的应用。

本文将介绍MATLAB/Simulink与控制系统仿真第二版课程设计的相关内容，希望能够为初学者提供一些参考。

课程设计概述本次课程设计重点涵盖了以下内容：1.利用MATLAB/Simulink搭建控制系统仿真模型；2.设计控制器并进行参数调整；3.利用仿真结果进行系统性能分析。

软件准备在进行课程设计之前，我们需要准备以下软件：1.MATLAB/Simulink 软件，版本不低于 R2018a。

2.Control System Toolbox 软件。

可以通过MathWorks官网进行下载或安装。

实验进程实验一：建立控制系统模型1.利用模块库中的控制系统工具箱，选择Transfer Fcn模块，表示一般的传递函数。

2.建立一个常数块，作为控制输入变量。

3.利用Math Operation模块，实现控制输入变量和传递函数的乘积。

4.将Transfer Fcn模块的输出接入Scope模块，用于显示输出波形。

5.搭建完整的模型，并进行仿真，观察输出波形。

实验二：参数调整与PID控制1.在控制系统模型中，选择PID Controller模块。

2.设计PID控制器的参数，包括比例系数、积分时间和微分时间。

3.在仿真结果中，观察PID控制器的作用效果，并尝试进行参数调整，找到最优的控制器参数。

实验三：闭环控制系统1.利用模块库中的控制系统工具箱，搭建一个闭环控制系统模型。

2.包括控制器、对象以及反馈环节，模拟实际的控制系统。

3.在仿真结果中，观察闭环控制系统的工作效果，并进行性能分析。

实验结果与分析在完成以上三个实验后，我们得到了如下结果：•初步的控制系统仿真模型，可以实现基本的控制作用；•经过PID控制器的参数调整后，模型的控制精度得到了显著提高；•闭环控制系统的应用，进一步提升了系统的控制效果。

控制系统仿真实验六simulink

实验六：Simulin建模与仿真一、实验目的1、掌握Simulink建模与仿真的基本方法。

2、熟悉Simulink基本模块库及主要元件的使用方法。

二、实验学时：4学时三、实验原理：1、Simulink 仿真过程在已知系统数学模型或系统框图的情况下，利用Simulink进行建模仿真的基本步骤如下。

（1）启动Simulink，打开Simulink库浏览器。

（2）建立空白模型窗口。

（3）由控制系统数学模型或结构框图建立Simulink仿真模型。

（4）设置仿真参数，运行仿真。

（5）输出仿真结果。

2、Simulink建模与仿真基本方法根据给定的数学模型或控制系统框图，可建立Simulink仿真模型。

下面以图3-1所示的控制系统框图为例，说明Simulink建模与仿真的基本方法。

图中R 是单位阶跃输入信号，Y为系统输出响应。

建立图6-3所示系统框图的Simulink仿真模型的基本方法如下。

1．启动MATLAB/Simulink工具箱依次启动MATLAB软件、Simulink模块库浏览器后，如图6-1所示。

2．建立Simulink空白模型Simulink空白模型的建立可通过如下方法进行。

1、在MATLAB主窗口中选择【File】→【New】→【Model】命令。

2、在Simulink模块库浏览器窗口中选择【File】→【New】→【Model】命令。

3、单击Simulink模块库浏览器工具栏中的（New model）工具。

图6-1 闭环控制系统框图通过上述方法可以打开Simulink空白模型，如图6-2所示。

并可将其保存为后缀是mdl的文件（Simulink仿真模型的文件存储格式），例如Example_Model.mdl。

在保存Simulink模型文件的时候，为了实现向下兼容，MATLAB R2008/Simulink 7.1允许将模型保存为其他版本的Simulink模型。

图6-2 空白模型窗口3．根据系统框图选择模块构建Simulink仿真模型，首先需要知道所需模块所属的子模块库名称。

控制系统的MATLAB仿真与设计(第2版)全套课件完整版电子教案最新板


1.1 MATLAB 简介
二、MATLAB 平台的组成
➢ Matlab语言 Matlab是一种高级编程语言，它提供了多种数据类型、丰富的运算符 和程序控制语句供用户适用。用户可以根据需求，按照Matlab语言 的约定，编程完成特定的工作。
➢ Matlab集成工作环境
Matlab集成工作环境包括程序编辑器、变量查看 器、系统仿真器和帮助系统等。用户在集成工作环 境中可以完成程序的编辑、运行和调试，输出和打 印程序的运行结果。
1.2 MATLAB的安装和使用
一、MATLAB 的安装
(1)将安装盘放入光驱中，找到setup.exe文件，双击它开始安装（或机 器自动执行安装文件）。
(2)安装过程中，用户按照向导的提示进行操作即可，其中比较重要的输 入和选项包括：
➢ 授权序列号 需要输入软件供应商提供的授权序列号才能继续完成安装工作。
➢ Notetbook工具 Notebook能够使用户在Word环境中使用 MATLAB的各种资源，为用户营造容文字处理、科 学计算、工程设计于一体的完美的工作环境。用 Notebook制作的M-Book文档不仅拥有Word的 全部字处理功能，而且具备MATLAB的数学运算能 力和计算结果可视化的能力。
例如：A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]一条语句实现了对3x3矩阵的输入。
2．数值算法稳定可靠，库函数十分丰富。
Matlab具有强大的数值计算能力，它提供的众多数学
计算的函数调用方便，稳定可靠。
例如：e=eig(A)
%求矩阵A的特征值
[L,U]=lu(A) %求矩阵A的LU分解，
polyder(b)
控制系统的MATLAB 仿真与设计(第2版）
第一章 MATLAB基础

计算机控制与仿真技术(第二版)-第8章 控制系统的SIMULINK仿真

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本 章 结 束
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4
8.1.3 Data Inport/Export参数设置 参数设置
选择仿真控制参数Configuration Parameters对话 选择仿真控制参数 对话 选项， 框左边的 “Data Inport/Export”选项，就可打开其参 选项 数设置窗口。 数设置窗口。 在该对话框中可以设置SIMULINK和当前工作区的 在该对话框中可以设置 和当前工作区的 数据输入输出。通过设置， 数据输入输出。通过设置，可以从当前工作空间输入 数据、初始化状态模块（State），也可把仿真结果、 数据、初始化状态模块（ ） 也可把仿真结果、 状态模块数据、时间数据等保存到当前工作区。 状态模块数据、时间数据等保存到当前工作区。最后 可以设置输出选项，输入输出的数据格式可以是矩阵、 可以设置输出选项，输入输出的数据格式可以是矩阵、 结构或包含时间数据的结构等。 结构或包含时间数据的结构等。
1
8.1 设置 设置SIMULINK仿真参数 仿真参数
8.1.1 系统模型的实时操作与仿真参数设置 1. 系统模型的实时操作
在SIMULINK的模型窗口下，使用其窗口主菜 的模型窗口下， 的模型窗口下 单“Simulation”｜“Start”命令可以对系统进行仿 ｜ 命令可以对系统进行仿 仿真开始后“ 变为“ 真，仿真开始后“Start”变为“Pause”，选中 变为 ， 可以暂停仿真的执行， “Pause”可以暂停仿真的执行，要停止仿真可以选 可以暂停仿真的执行 择“Stop”。 。
3
8.1.2 解算器（Solver）的参数设置 解算器（ ）
在仿真模型的窗口主菜单中，执行菜单 “ Simulation”/“Configuration Parameters”命令 命令 后， SIMULINK会弹出仿真参数设置对话框标签 会弹出仿真参数设置对话框标签 之一“ 解算器标签页。 之一“Solver”解算器标签页。 解算器标签页 解算器（ 解算器 （ Solver） 标签页参数设定是进行仿 ） 真工作前准备的必须步骤， 真工作前准备的必须步骤 ， 如何设定参数是根据 要解决问题的要求而决定的，以便使SIMULINK 要解决问题的要求而决定的 ，以便使 发挥最佳的仿真效果。 发挥最佳的仿真效果。 最基本的参数设定包括仿真的起始时间与终 止时间、仿真的步长大小与求解问题的算法等等。 止时间 、 仿真的步长大小与求解问题的算法等等 。

计算机控制与仿真技术(第二版)-第6章 控制系统的MATLAB 7仿真

求连续系统单位冲激响应的函数为impulse()，该 函数命令的调用格式如下： （1）impulse(sys) （2）impulse(sys，t)
（3）impulse (sys，iu)
（4）impulse(sysl,sys2,…，sysN)
（5）[y，t，x]=impulse(sys)
4
6.1.4 连续系统的零输入响应
连续系统不同的特点，在编制程序中应针对一些特殊情况 来考虑程序的实现问题。
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2. 高阶差分方程的仿真 若采样系统直接给出输入/输出闭环Z传递函数GB(z)形式， 即
Y ( z ) b0 b1 z 1 bm z m GB ( z) U ( z ) 1 a1 z 1 a n Z n
改参数容易。
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程序设计思路及其实现： 用MATLAB语言编写的面向传递函数的线性系统仿真 程序命名为CSS1(Control System Simulation 1)。 （1）输入初始数据 （2）形成系统开、闭环的系数矩阵 （3）利用四阶龙格-库塔法运算求解 （4）输出结果 本程序中从第（2）部分到程序末尾可编辑为CSS1.m 文件存储起来。使用时，只要进入到MATLAB命令窗口， 按第（1）部分的给定格式输入系统参数和运行参数，再 调用该文件即可得仿真运算结果。
7
2. 求离散系统Bode图的函数 求解离散系统Bode图的函数为dbode()，该函数命令的调 用格式为： （1）[mag,phase,w]=dbode(a,b,c,d,Ts)
（2）[mag,phase,w]=dbode(a,b,c,d,Ts,iu)
（3）[mag,phase,w]=dbode(a,b,c,d,Ts,iu,w) （4）[mag,phase,w]=dbode(num,den,Ts)
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8.2.2 利用SIMULINK动态结构图仿真
基本思路： 先将动态结构图转换为状态空间模型，然后再 仿真。利用SIMULINK提供的linmod ( )或linmod2 ( )两个函数，从连续系统中提取线性模型。两个函 数命令执行后，都可以得到一个用[A,B,C,D]表达的 状态空间模型。然后就可以对这个状态空间模型来 进行各种仿真。
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1. 模型线性化
（1）连续系统的线性化模型 用SIMULINK提供的linmod或linmod2函数命 令将非线性系统在某平衡工作点表示为近似的线性 模型。 linmod或linmod2函数指令调用的一般格式为：
[A，B，C，D]=linmod或linmod2（‘模型名 称’，工作点向量x，输入向量u）
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8.1.3 Data Inport/Export参数设置
选择仿真控制参数 Configuration Parameters 对话 框左边的 “Data Inport/Export”选项，就可打开其参 数设置窗口。 在该对话框中可以设置SIMULINK和当前工作区的 数据输入输出。通过设置，可以从当前工作空间输入 数据、初始化状态模块（State），也可把仿真结果、 状态模块数据、时间数据等保存到当前工作区。最后 可以设置输出选项，输入输出的数据格式可以是矩阵、 结构或包含时间数据的结构等。
可以暂停仿真的执行，要停止仿真可以选择“ Stop”。
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单击模型窗口下的“Start Simulation”按钮，也可 以对系统进行仿真。仿真开始后“Start Simulation” 按钮变为“Pause Simulation”按钮，单击按钮可以
暂停仿真，要停止仿真可以选择“Stop”按钮。
7
2. 观察SIMULINK的仿真结果
5
8.2 控制系统SIMULINK仿真
8.2.1 利用SIMULINK系统仿真模型仿真 1. 仿真的开始与停止
通常，启动与停止仿真有如下两种方法： 在SIMULINK的模型窗口下，选择其窗口主菜单
“Simulation”｜“Start”命令可以对系统进行仿真。
仿真开始后“Start”变为“Pause”，选中“Pause”
第8章 控制系统的SIMULINK仿真
通过本章学习，应该掌握以下内容：
SIMULINK仿真参数的设置 利用SIMULINK系统仿真模型进行仿 真的方法 利用SIMULINK动态结构图进行仿真的方法
1
8.1 设置SIMULINK仿真参数
8.1.1 系统模型的实时操作与仿真参数设置 1. 系统模型的实时操作
在SIMULINK的模型窗口下，使用其窗口主菜 单“Simulation”｜“Start”命令可以对系统进行仿 真，仿真开始后“Start”变为“Pause”，选中 “Pause”可以暂停仿真的执行，要停止仿真可以选 择“Stop”。
2
2. 仿真参数的设置
在仿真之前通常要对仿真参数进行设置，这就是 主菜单项“Simulation”下“Configuration
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（2）离散系统的线性化模型 SIMULINK提供的dlinmod（）函数能够从离散、 多频或混合系统中提取一个任何给定采样频率的近 似线性模型。当采样时间ts取为零时，就可得到近 似的连续线性模型；否则，得到离散线性模型。该 指令的一般调用格式是 [Ad, Bd, Cd, Dd]=linmod（'modelname', ts, x, u, para,）
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2. 利用线性模型进行仿真
有了系统的线性模型，就可以利用MATLAB提供 的仿真函数对系统来进行各种仿真。 如利用step（sys）或step（A, B, C, D）自动绘制 出系统单位阶跃响应曲线。 利用bode（sys）或bode（A, B, C, D）函数绘制 控制系统的对数振幅频率特性曲线与对数相位频率 特性曲线。 利用margin（sys）函数求出系统的频域性能指标， 还可以把频域性能指标附在波德图上。
Parameters”菜单命令要完成的任务。打开一个仿真
参数对话框后，在其中可以设置仿真参数，
3
8.1.2 解算器（Solver）的参数设置
在仿真模型的窗口主菜单中，执行菜单 “ Simulation”/“Configuration Parameters” 命令 后，SIMULINK会弹出仿真参数设置对话框标签 之一“Solver”解算器标签页。 解算器（ Solver ）标签页参数设定是进行仿 真工作前准备的必须步骤，如何设定参数是根据 要解决问题的要求而决定的，以便使 SIMULINK 发挥最佳的仿真效果。 最基本的参数设定包括仿真的起始时间与终 止时间、仿真的步长大小与求解问题的算法等等。
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本 章 结 束
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ห้องสมุดไป่ตู้
SIMULINK提供了以下几种仿真结果分析方法： 将仿真结果信号输入到输出模块“Scope”示波器、 “XY Graph”二维X-Y图形显示器与“Display”数字 显示器中直接查看图形或者数据。 将仿真结果信号输入到“To Workspace”模块中， 即保存到MATLAB工作空间里，再用绘图命令在 MATLAB命令窗口里绘制出图形。 将仿真结果信号返回到MATLAB命令窗口里，再利 用绘图命令绘制出图形。