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第六章 simulink仿真环境

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SIMULINK仿真集成环境

SIMULINK仿真集成环境

实验七SIMULINK 仿真集成环境一、实验目的熟悉SIMULINK 的模型窗口、熟练掌握SIMULINK 模型的创建，熟练掌握常用模块的操作及其连接。

二、实验内容(1) SIMULINK 模型的创建和运行。

(2) 一阶系统仿真。

三、实验步骤1．Simulink 模型的创建和运行(1) 创建模型。

①在MATLAB 的命令窗口中输入simulink 语句，或者单击MATLAB 工具条上的SIMULINK 图标，SIMULINK 模块库浏览器。

②在MATLAB 菜单或库浏览器菜单中选择File|New|Model，或者单击库浏览器的图标，即可新建一个“untitle”的空白模型窗口。

③打开“Sources”模块库，选择“Sine Wave”模块，将其拖到模型窗口，再重复一次；打开“Math Operations”模块库选取“Product”模块；打开“Sinks”模块库选取“Scope”模块。

(2) 设置模块参数。

①修改模块注释。

单击模块的注释处，出现虚线的编辑框，在编辑框中修改注释。

②双击下边“Sine Wave”模块，弹出参数对话框，将“Frequency”设置为100；双击“Scope”模块，弹出示波器窗口，然后单击示波器图标，弹出参数对话框，修改示波器的通道数“Number of axes”为3。

③如图A4 所示，用信号线连接模块。

(3) 启动仿真①单击工具栏上的图标或者选择Simulation|Start 菜单项，启动仿真；然后双击“Scope”模块弹出示波器窗口，可以看到波形图。

②修改仿真步长。

在模型窗口的Simulation 菜单下选择“Configuration Parameters”命令，把“Max step size”设置为0.01；启动仿真，观察波形是不是比原来光滑。

③再次修改“Max step size”为0.001；设置仿真终止时间为10s；启动仿真，单击示波器工具栏中的按钮，可以自动调整显示范围，可以看到波形的起点不是零点，这是因为步长改小后，数据量增大，超出了示波器的缓冲。

第6章_SIMULINK仿真环境

第6章_SIMULINK仿真环境

Selector
在输入信号中选择并输出
信号输出模块(Sinks)
信号输出模块(Sinks)包括的主要模块如图所示。
表
Sinks库
模
块
名
说 明
显示输入信号的值 显示信号的波形 当输入信号为0时结束仿真
Display Scope Stop simulation
To file
To workspace XY graph
3.模块的连接
一般情况下，每个模块都有一个或者多个输入口或者输出口。输入口通 常是模块的左边的“>”符号；输出口是右边的“>”符号。 模块的连接方法：把鼠标指针放到模块的输出口，这时，鼠标指针将 变为“+”十字形；然后，拖运鼠标至其它模块的输入口，这时信号线就变 成了带有方向箭头的线段。此时，说明这两个模块的连接成功，否则需要 重新进行连接。
Demux
Enable From Goto Goto tag visibility Ground
将一个向量信号分解输出
为子系统增加激活断口 从一个Goto模块接受信号 传递信号到From模块 定义Goto模块标记的可视域 将末连接的输入端接地
表 Signal and Systems库
模 块 名 Hit crossing IC 说 检测过零点 设置一个信号的初始值 明
Complex to real-imag
Dot product Gain Logical operator Magnitude-angle to complex
输出一个复数信号的实部和虚部
向量信号的点积 将模块的输入信号乘上一个增益 输入信号的逻辑操作 将模和幅角的信号转换成为复数 信号
Math function Matrix gain Minmax

simulink仿真

simulink仿真

2 SIMULINK的基本模块
在SIMULINK中包含： 连续系统模块库（Continuous）、 离散系统模块库（Discrete）、 数学运算模块库（Math）、 非线性模块库（Nonlinear）、 信号与系统模块库（Signal&System）、 接收（输出）模块库（Sinks）、 输入源模块库（Sources）等。 每一个模块又包含很多子模块。可见，正弦图线不够连续，这是因为显 示的采样步长参数没有调整到最好的结果。
在模型窗口选择菜单中的simulation下 的Configuration Parameters，进一步设置： 将max step size设置为0.01，将min step size设置为0.001，再次仿真得到新的图线：
输入源（Sources）模块组
Model & Subsystem Inputs
1
unti tl ed.m at
si mi n
In1
Ground
From Fi l e
From Workspace
Signal Generators
1 Constant
Signal Generator
Pul se Generator
输出选项output options refined output 细化输出 produce additional 产生附加输出 produce specified output only只产生指定输出
1、简单例子
例1 双击Signal Generator跳出属性窗口
Signal Generator模块的位置在模型库的simulink的source下， Scope模块的位置在模型库的simulink的sinks下。
采样保持，延迟一个周期

SIMULINK 仿真环境

SIMULINK 仿真环境

机械专业研究生课程 蔺勇智制作
再次双击GEAR组合模块，此时可以在双击后的窗口中直接输入 相关的参数。
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其次，要定义示波器，为了进行仿真结果的分析，选择3个口的 示波器选择方法是双击示波器，选择 定义3个输入口。
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Discontinuities库中的各模块图型
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返回
Discrete库中的模块 差分器 计算离散时间导数 实现IIR和FIR滤波器 实现用离散状态方程描述的系统 实现离散传递函数 实现以零极点形式描述的离散传 递函数 Discrete-timeIntegrator 执行信号的离散时间积分 First-OrderHold 实现一阶采样保持 IntegerDelay 将信号延迟多个采样周期 Difference DifferenceDerivative DiscreteFilter DiscreteState-Space DiscreteTransferFcn DiscreteZero-Pole
从工作空间中定义的矩阵中读 取数据 Ground 地线，提供零电平 PulseGenerator 生成有规则间隔的脉冲 In1 提供一个输入端口 Ramp 生成一连续递增或递减的信号 RandomNumber 生成正态分布的随机数 RepeatingSequence 生成一重复的任意信号 RepeatingSequenceInterpolated 生成一重复的任意信号， 可以插值 RepeatingSequenceStair 生成一重复的任意信号， 输出的是离散值 SignalBuilder 带界面交互的波形设计 SignalGenerator 生成变化的波形 FromWorkspace

3.1simulink仿真环境

3.1simulink仿真环境
文件格式：.mdl 文件格式：
库模块浏览器
新建的空白模块窗口
Simulink仿真设置 Simulink仿真设置
单击【Simulation】菜单下面的【 单击【Simulation】菜单下面的【Configuration Parameters】 Parameters】 项或者直接按快捷键“Ctrl+E” 项或者直接按快捷键“Ctrl+E”，便弹出设置界面 包括仿真器参数设置、工作空间数据导入/导出（ 包括仿真器参数设置、工作空间数据导入/导出（Data Import/Export）设置等。 Import/Export）设置等。下面对控制系统仿真中常用的仿真 设置进行介绍。 设置进行介绍。
1. 积分模块 积分模块(Integrator)： 功能： 功能：对输入变量进行积分。说明：模块的输入可以是标量，也可以是矢量； 输入信号的维数必须与输入信号保持一致。 2. 微分模块 微分模块(Derivative) 功能： 功能：通过计算差分∆u/ ∆t近似计算输入变量的微分。 3. 线性状态空间模块 线性状态空间模块(State-Space) 功能： 功能：用于实现以下数学方程描述的系统： 4. 传递函数模块 传递函数模块(Transfer Fcn) 功能： 功能：用执行一个线性传递函数。 5. 零极点传递函数模块 零极点传递函数模块(Zero-Pole) 功能： 功能：用于建立一个预先指定的零点、极点，并用延迟算子s表示的连续。 6．存储器模块 ．存储器模块(Memory) 功能： 功能：保持输出前一步的输入值。 7．传输延迟模块 ．传输延迟模块(Transport Delay) 功能： 功能：用于将输入端的信号延迟指定的时间后再传输给输出信号。 8．可变传输延迟模块 ．可变传输延迟模块(Variable Transport Delay) 功能： 功能：用于将输入端的信号进行可变时间的延迟。

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4）激活输出显示模块组sinks，拖动显示输 出单元。
5）在用户文件窗口上，用鼠标在各拖入的单 元之间作连线。方法是：将鼠标移至前级 单元的输出口上，按住鼠标，再将鼠标箭 头拖至后级单元的输入端，释放鼠标，就 完成了模块之间的连接。连线完成后的一 个控制系统的结构图程序如图所示。
① 选择仿真算法。初始可以用默认算法 （ode45）
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② 确定仿真开始时间，如0s（默认值）； ③ 确定仿真结束时间，如10s（默认值）；
④ 最大仿真步长和最小仿真步长。可以由仿 真要求确定。默认值为自动，即
⑤ Min Step Size （默认值为0.0001） ⑥ Max Step Size （默认值为10） ⑤ 设定仿真精度Tolerance（默认值为1e-3)
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1. 仿真算法的选择
• Simulink为用户提供了多种仿真算法。解 算器Sovler options部分的下拉列表（图 示），可以选择步长，变步长或者定步长。
• 由算法选择下拉列表可以选择各种仿真算 法。默认算法是ode45（4阶Runge-Kutta 法），关于其它算法的说明可以查阅 Matlab语言的PDF文件）；
New Model，打开一个名为untiled的结构图 程序文件窗口，
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• 2.方法二
• 在Matlab命令平台打开File，选择New来建 立新文件。这时出现新建文件类型选项：

电力系统的MATLABSIMULINK仿真与应用第6章


第6章 电力系统稳态与暂态仿真
6.1.5 LTI视窗
打开“LTI视窗”窗口如图6-6所示。该窗口中含有以下 内容： (1) “系统输入”(System inputs)列表框：列出电路状态 空间模型中的输入变量，选择需要用到LTI视窗的输入变量。 (2) “系统输出”(System outputs)列表框：列出电路状态 空间模型中的输出变量，选择需要用到LTI视窗的输出变量。 (3) “打开新的LTI视窗”(Open New LTI Viewer)按键： 产生状态空间模型并打开选中的输入和输出变量的LTI视窗。 (4) “打开当前LTI视窗”(Open in current LTI Viewer)按 键：产生状态空间模型并将选中的输入和输出变量叠加到当
(2) 改变仿真初始状态； (3) 进行潮流计算并对包含三相电机的电路进行初始化
设置；
(4) 显示阻抗的依频特性图；
第6章 电力系统稳态与暂态仿真
(5) 显示FFT分析结果；
(6) 生成状态—空间模型并打开“线性时不变系 统”(LTI)时域和频域的视窗界面； (7) 生成报表，该报表中包含测量模块、电源、非线性 模块和电路状态变量的稳态值，并以后缀名.rep保存； (8) 设计饱和变压器模块的磁滞特性。 6.1.1 主窗口功能简介 MATLAB提供的Powergui模块在SimPowerSystems库中， 图标如图6-1所示。
第6章 电力系统稳态口
第6章 电力系统稳态与暂态仿真
(3) “节点类型”(Bus type)下拉框：选择节点类型。对
于“PV节点”(P&V Generator)，可以设置电机的端口电压 和有功功率；对于“PQ节点”(P&Q Generator)，可以设置 电机的有功和无功功率；对于“平衡节点”(Swing Bus)， 可以设置终端电压UAN的有效值和相角，同时需要对有功 功率进行预估。 如果选择了非同步电机模块，则仅需要输入电机的机械 功率；如果选择了三相动态负荷模块，则需要设置该负荷消 耗的有功和无功功率。 (4) “终端电压UAB”(Terminal voltage UAB)文本框：对 选中电机的输出线电压进行设置(单位：V)。

第六章 Simulink


From File参数设置
传递函数(Transfer function) 参数设置
Numerator为分子多项式系数 Denominator为分母多项式系数
传递函数模块参数设置
示波器(Scope) 参数设置
Y坐标变焦 打开参数对话框 X-Y坐标变焦 X坐标变焦
纵坐标的 自动刻度
恢复保存 过的坐标 设置 浮动示波器 把当前的 坐标设置 保存
点击新建模型窗
Simulink库浏览器
一个例子：建构脉冲输出模型
一个例子：建构脉冲输出模型
2． 建构模型。 （1） 打开函数库的Sources模块库，选择信号源。 （2） 打开函数库的Sinks模块库，将scope模块拖到模 型建构窗口。 （3） 连接两个模块。 （4） 调整模块参数。
一个例子：建构脉冲输出模型
运用基本命令构建模型
(2) 信号线操作：
连接模块。 移动线段。 分割线段。 分支线段。
运用基本命令构建模型
（3）对模型的其他操作
模块参数的改变。 插入模块。 信号线标识。 分离模块。 复原操作。 对模型的注释。
常用的Source库信源模块
名称 功能 说明
Clock
（连续）仿真时 钟
输出每个仿真步 点的时刻
Zero-Order Hold
First-Order Hold Unit Delay
零阶保持器
一阶保持器 采样保持，延迟一个周期
正弦信号参数设置
Amplitude为正弦幅值（以A表 示） Bias为幅值偏移值 (以B表示) Frequency为正弦频率 (以w表 示) Phase为初始相角 (以p表示) Sample time为采样时间 正弦信号可表示为 A*sin(wt+p)+B

第5-6章simulink仿真基础知识及应用


SIMULINK提供了一个建立模型方框图的图形用户接口 SIMULINK提供了一个建立模型方框图的图形用户接口 （GUI），模型的创建只需要单击和拖动鼠标即可完成。 GUI），模型的创建只需要单击和拖动鼠标即可完成。 ），模型的创建只需要单击和拖动鼠标即可完成 SIMULINK中包含了许多实现不同功能的模块库， SIMULINK中包含了许多实现不同功能的模块库，使得在这 中包含了许多实现不同功能的模块库 种设计中，不必考虑模块的内部结构而直接实现其“ 种设计中，不必考虑模块的内部结构而直接实现其“想要 ”的功能。同时，在建立模型之后，可以直接进行一种 的功能。同时，在建立模型之后， “交互式的”仿真，通过相关菜单或命令的使用来执行 交互式的”仿真， 仿真， 仿真，得到能够按照自己的设定来进行仿真并观察对应的 结果。利用此软件，几乎可以做到不用写一行代码， 结果。利用此软件，几乎可以做到不用写一行代码，就能 完成整个动态系统的建模工作。 完成整个动态系统的建模工作。
打开模型文件
如需对一个已经存在的模型文件进行编辑、修改， 如需对一个已经存在的模型文件进行编辑、修改， 需要打开该模型文件时，方法如下： 需要打开该模型文件时，方法如下： 方法一： 命令窗口直接输入模型文件名（ 方法一：在MATLAB命令窗口直接输入模型文件名（不 命令窗口直接输入模型文件名 须加文件类型.mdl）。 须加文件类型 ）。 注意：必须在该文件保存的目录下） （注意：必须在该文件保存的目录下） 方法二：在模型库浏览器窗口或模型编辑窗口的file菜单 方法二：在模型库浏览器窗口或模型编辑窗口的 菜单 中选择open，然后选择或输入编辑模型的名字。 中选择 ，然后选择或输入编辑模型的名字。 方法三： 方法三：单击在模型浏览器窗口工具栏上的 打开命令 按钮， 打开命令按钮。 按钮，或模型编辑窗口工具栏上的 打开命令按钮。

第六章Simulink仿真基础


6.1Simulink初步打开Simulink仿真库
♦ 1、打开建模窗口： 、打开建模窗口：
File/New/Model
♦ 2、打开Simulink仿真库：用工具 、打开 仿真库： 仿真库
栏上的图标（ 栏上的图标（或键入命令 Simulink）打开“Simulink ）打开“ 仿真实例 6-1振动合成的仿真
3、运行Simulink
♦ 运行菜单 运行菜单Simulation下的 下的Start命令就可 下的 命令就可
以开始仿真，仿真开始后Start变为 变为Pause， 以开始仿真，仿真开始后 变为 ， 选择Pause可以暂停执行仿真，要停止仿 可以暂停执行仿真， 选择 可以暂停执行仿真 真选择Stop。 真选择 。
（调好仪器） ♦ 6、运行Simulation的Start命令开始仿真
6.5仿真实例指针式仪表
6.5仿真实例 6-1振动合成的仿真
♦ 1、建立仿真框图 、 ♦ 打开 打开Simulink的模块库，建立建模窗口 的模块库， 的模块库
从输入源模块(Sources)中拖 （Model）,从输入源模块 ） 从输入源模块 中拖 正弦信号发生器)子模块到 动Sine Wave(正弦信号发生器 子模块到 正弦信号发生器 Model窗口，从数学运算模块 窗口， 窗口 从数学运算模块(Math)中拖 中拖 子模块到Model窗口，从接收模 窗口， 动SUM子模块到 子模块到 窗口 中拖动Scope（示波器）子模块 块(Sinks)中拖动 中拖动 （示波器） 和XY Graph（图示仪）子模块到 （图示仪）子模块到Model 窗口。 窗口。在各个模块上连线如图
6.5仿真实例 6-1振动合成的仿真
Simulink仿真结果1
6.5仿真实例 6-1振动合成的仿真
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第六章 simulink仿真环境
6.1 Simulink启动与界面说明 6.2 Simulink结构图程序设计 6.3 Simulink仿真参数设置 6.4 结构图控制系统仿真 6.5 系统函数（S函数）的设计
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6.2simulink结构图程序设计
• 命令行控制系统仿真时，是由控制系统的 参数构成控制系统的数学模型，以命令行 程序的方式来进行仿真的。 • 与命令行仿真方式不同，在simulink环境下， 控制系统的数学模型是图形化的系统结构 图，仿真程序是结构图程序的图形界面。
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4）激活输出显示模块组sinks，拖动显示输 出单元。 5）在用户文件窗口上，用鼠标在各拖入的单 元之间作连线。方法是：将鼠标移至前级 单元的输出口上，按住鼠标，再将鼠标箭 头拖至后级单元的输入端，释放鼠标，就 完成了模块之间的连接。连线完成后的一 个控制系统的结构图程序如图所示。
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6.4 结构图控制系统仿真 6.4.1仿真的启动与停止
• 用鼠标选择主菜单的Simulation选项，出现 下拉子菜单，如图。
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• 选中Start仿真即开始，至设定的仿真时间 长度即停止。在长时间的仿真过程中，该 选项变为Pause/Continue，用于暂停或继 续。选项Stop可以用于长时间仿真的停止 执行。
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• • • • • • •
该窗口为多页窗口，各页内容为： Solver 解算器 Workspace I/O Matlab命令平台I/O Diagnostics 诊断 Advanced 高级 Real-Time Workshop 实时平台 以下就解算器页面的仿真参数设置作简要 说明，其他页面的使用方法，可以查阅 Matlab语言的帮助系统。
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ห้องสมุดไป่ตู้
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6）在结构图上激活响应的单元，可以完成对 各单元的参数设置和修改。如 输入阶跃信号的幅值大小； 求和器的反馈极性； 对象传递函数的各个参数（TF模型或者ZPK 模型）等。 详细情况见下一节。完成参数设置后的结构 图如下页图示。
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5.4 子系统与模块封装技术
子系统概念及构成方法 模块封装方法 模块集构造
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• 在系统建模与仿真中，经常遇到很复杂的 系统的结构，难以用一个单一的模型框图 进行描述。通常需要将这些框图分解成多 个具有独立功能的子系统。另外，用户也 可以将一些常用的子系统封装成一些模块， 这些模块的使用方法类似于标准的Simulink 模块，当然，用户也可自己开发一些模块 做成自己的模块组或模块集。
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② 确定仿真开始时间，如0s（默认值）； ③ 确定仿真结束时间，如10s（默认值）； ④ 最大仿真步长和最小仿真步长。可以由仿 真要求确定。默认值为自动，即 Min Step Size （默认值为0.0001） Max Step Size （默认值为10） ⑤ 设定仿真精度Tolerance（默认值为1e-3) 完成上述仿真参数设定后，即可进行控制系 统的仿真了。
• 双击信号源图标，出现信号参数设置窗口， 如图（下页）所示。
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• 上部为模块功能说明，图例为“step”、“output a step”，说明该模块名称为Step;模块功能为输出 阶跃信号。下面4行为参数设置行，分别为： • Step time 阶跃信号开始时间 • Initial value 初始幅值大小 • Final value 终止幅值大小 • Sample time 采样间隔时间 • 由键盘输入设定值后，单击OK键确认，窗口即关 闭。 • 其它信号输入单元如正弦信号单元等，其参数设 置窗口类似。
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• （1）按照机构图程序设计步骤完成以下结 构图。
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•
(2)结构图完成后，设置仿真参数，步骤如 下： • 1）双击阶跃信号图标，起始时间设为0s， （默认值为1s）； • 2）初始可以默认示波器的参数设置。 • 3 3）在模型myblock窗口上，选择 myblock Simulation下拉菜单中的Simulation Paremeters，设置仿真参数。 ① 选择仿真算法。初始可以用默认算法 （ode45）
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• （3）启动仿真，双击示波器图标，即可观 察到仿真结果，如图示。
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• 例6.2 浮空示波器观察系统的各种信号的值。 • 1）打开示波器窗口。 • 2）示波器浮空设置。单击工具栏的浮空示 波器按钮（Floting scope）将示波器设置为 浮空工作状态。
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• 例6.3 将仿真结果返回到Matlab命令平台。 • 通过结构图的仿真参数设置，可以将结构图仿真 结果返回到Matlab命令平台，用于作图与其它分 析处理。具体步骤如下： • 1）单击仿真结构图Simulation菜单的Simulation Parameters，打开仿真参数设置窗口，选择并打 开Workspace I/O选项卡。如图示（下页） • 2）选择Save to Workspace的选项，并指定变量 名称，tout和xout分别为返回的时间变量名称是输 出变量名称。 • 3）执行仿真，的到返回平台的变量值。
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• 用鼠标选择了预期的子系统构成模块和机 构之后，就可用Edit-Create Subsystem菜 单项来建立子系统。若没有指定输入和输 出端口，则Simulink会自动将流入选择区域 的信号依次设置为输入信号，将流出的信 号设置成输出信号，从而自动建立起输入 和输出端口。
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5.4.1 子系统概念及构成方法
• 要建立子系统，首先要给子系统设置输入 和输出端子。子系统的输入端由Sources模 块组中的In来表示，输出端由Sinks模块组 中的Out来表示。 • 当然，如果已经建立起一个框图，则可以 将想建立子系统的部分选中（鼠标左键单 击要选中区域的左下角，拖动鼠标在想选 中区域的右上角处释放，则选中该区域的 所有模块和其连接关系）。
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• 2.方法二 • 在Matlab命令平台打开File，选择New来建 立新文件。这时出现新建文件类型选项：
• 选项一用于建立M文件，选项2用于建立图 形文件，选项3用于加你了结构图文件。选 中第3向后，即出现一个与方法一相同的名 称为untiled的新建结构图文件的窗口。
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• 注意：这里的模型含有四个变量，Kp，Ti， Td和N，这些变量应该在Matlab工作空间中 赋值。
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6.3.3仿真参数设置
• 用鼠标选择主菜单的Simulation选项，出现 下拉菜单如图示。
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• 选择Simulation Parameters选项，打开仿 真参数设置窗口，如图示。
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2. 仿真时间的设置 • 在解算器中的Simulation Time选项组中，可以 设置仿真的起始时间和终止时间。Simulink启动 后的默认值分别为： • Start Time 0.0 • Stop Time 10.0 3. 其它参数设置 • 其它参数设置项还有仿真步长选择、输出选择、 允许误差设置等。其中，相对误差（Relative Tolerance)设置的默认值为： • Relative Tolerance 1e-3 计算精度为0.001
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6.2.1创建结构图文件
• 创建结构图文件通常有以下两种方法： • 1.方法一 • 可以在Simulink界面上打开File菜单，选择 New Model，打开一个名为untiled的结构图 程序文件窗口，
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1. 仿真算法的选择 • Simulink为用户提供了多种仿真算法。解 算器Sovler options部分的下拉列表（图 示），可以选择步长，变步长或者定步长。 • 由算法选择下拉列表可以选择各种仿真算 法。默认算法是ode45（4阶Runge-Kutta 法），关于其它算法的说明可以查阅 Matlab语言的PDF文件）；