3《MATLABSimulink与控制系统仿真(第3版)》的课件第3章Simulink仿真
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第3章 Simulink建模与仿真
将仿真数据写入 mat 文件 将仿真数据写入. mat文件 将仿真数据输出到 将仿真数据输出到 Matlab 工作空间 MATLAB 工作空间 使用 Matlab 使用MATLAB 图形显示数据 图形显示数据
图3.10 系统输出模块库及其功能
第3章 Simulink建模与仿真
模块功能说明：
模块功能说明： 有限带宽白噪声
求取输入信号的数学函数值 对输入信号进行内插运算
求取输入信号的数学函数值 对输入信号进行内插运算 输入信号的一维线性内插
输入信号的一维线性内插
输入信号的二维线性内插 输入信号的二维线性内插 输入信号的 n 维线性内插 输入信号的n维线性内插
M函数（对输入进行运算输出结果） M 函数，对输入进行运算输出结果 多项式求值
第3章 Simulink建模与仿真
模块功能说明： 模块功能说明 ： 连续信号的数值微分 连续信号的数值微分 输入信号的连续时间积分 输入信号的连续时间积分 单步积分延迟，输出为前一个输入 单步积分延迟，输出为前一个输入 线性连续系统的状态空间描述 线性连续系统的状态空间描述
线性连续系统的传递函数描述 线性连续系统的传递函数描述 对输入信号进行固定时间延迟 对输入信号进行固定时间延迟 对输入信号进行可变时间延迟 对输入信号进行可变时间延迟 线性连续系统的零极点模型 线性连续系统的零极点模型
合并输入信号块控制信息 信号组合器信号组合器 信号探测器信号探测器 信号维数改变器 选择或重组信号 信号线属性修改 输入信号宽度
信号维数改变器 选择或重组信号 信号线属性修改 输入信号宽度
第3章 Simulink建模与仿真
模块功能说明： 对信号进行分配
Target模块库：主要提供各种用来进行独立可执行代码 或嵌入式代码生成，以实现高效实时仿真的模块。它 们和RTW、TLC有着密切的联系。 (6) Stateflow库：对使用状态图所表达的有限状态 机模型进行建模仿真和代码生成。有限状态机用来描 述基于事件的控制逻辑，也可用于描述响应型系统。
《MATLAB Simulink与控制系统仿真(第3版)》的课件 第2章 MATLAB计算基础
1．基本的绘图命令 2．图形窗口处理命令 3．坐标轴相关的命令 4．文字标示命令 5．在图形上添加或删除栅格命令 6．图形保持或覆盖命令 7．应用型绘图命令
2.9 MATLAB程序设计
MATLAB程序类型包括三种：一种是在命令窗口下执行的脚本 M文件；另外一种是可以存取的M文件，即程序文件；最后一 种是函数（function）文件。脚本M文件和程序文件中的变量都 将保存在工作区中，这一点与函数文件是截然不同的。
laplace变换函数的格式为：
L=laplace(F) ilaplace拉氏反变换函数的常用格式为：
F=ilaplace(L) MATLAB提供了符号运算工具箱（Symbolic Math Toolbox），
可方便地进行Z变换和Z反变换，进行Z变换的函数是ztrans，进 行Z反变换的函数是iztrans。
2.3.3 MATLAB命令窗口
2.3.4 MATLAB工作空间
2.3.5 MATLAB文件管理
2.3.6 MATLAB帮助使用
2.4 MATLAB数值计算
控制系统仿真是系统仿真的一个重要分支，它是一门涉及自 动控制理论、计算数学、计算机技术、系统辨识、控制工程 以及系统科学的综合性新型学科。它为控制系统的分析、计 算、研究、综合设计以及控制系统的计算机辅助教学等提供 了快速、经济、科学及有效的手段。
控制系统仿真就是以控制系统模型为基础，采用数学模型替 代实际控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验、 分析、评估及预测研究的一种技术与方法。
控制系统仿真通过控制系统的数学模型和计算方法，编写程 序运算语句，使之能自动求解各环节变量的动态变化情况， 从而得到关于系统输出和所需要的中间各变量的有关数据、 曲线等，以实现对控制系统性能指标的分析与设计。
2.9 MATLAB程序设计
MATLAB程序类型包括三种：一种是在命令窗口下执行的脚本 M文件；另外一种是可以存取的M文件，即程序文件；最后一 种是函数（function）文件。脚本M文件和程序文件中的变量都 将保存在工作区中，这一点与函数文件是截然不同的。
laplace变换函数的格式为：
L=laplace(F) ilaplace拉氏反变换函数的常用格式为：
F=ilaplace(L) MATLAB提供了符号运算工具箱（Symbolic Math Toolbox），
可方便地进行Z变换和Z反变换，进行Z变换的函数是ztrans，进 行Z反变换的函数是iztrans。
2.3.3 MATLAB命令窗口
2.3.4 MATLAB工作空间
2.3.5 MATLAB文件管理
2.3.6 MATLAB帮助使用
2.4 MATLAB数值计算
控制系统仿真是系统仿真的一个重要分支，它是一门涉及自 动控制理论、计算数学、计算机技术、系统辨识、控制工程 以及系统科学的综合性新型学科。它为控制系统的分析、计 算、研究、综合设计以及控制系统的计算机辅助教学等提供 了快速、经济、科学及有效的手段。
控制系统仿真就是以控制系统模型为基础，采用数学模型替 代实际控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验、 分析、评估及预测研究的一种技术与方法。
控制系统仿真通过控制系统的数学模型和计算方法，编写程 序运算语句，使之能自动求解各环节变量的动态变化情况， 从而得到关于系统输出和所需要的中间各变量的有关数据、 曲线等，以实现对控制系统性能指标的分析与设计。
MATLABSimulink与控制系统仿真(第3版)
2.3 MATL AB桌 面操作环境
2.4 M AT L A B 数值计算
2.5 关系 运算和逻 辑运算
2.6 符 号运算
2 MATLAB计算基础
2.7 复数 和复变函 数运算
2.8 M AT L A B 常用绘图 命令
2.9 M AT L A B 程序设计
2.2.1 MATLAB发展历程
2.2.3 MATLAB常用工具箱
B
2.7.3 Z变换及其 反变换
C
2 MATLAB计算基础
2.7 复数和复变函数运算
2.9.1 MATLAB程序类型
2.9.3 MATLAB程序基本设 计原则
2 MATLAB计算基础
2.9 MATLAB程序设计
2.9.2 MATLAB程序流程控 制
05
ONE
3 SimulinLeabharlann 仿真3 Simulink仿真
1.5 MATLAB/Simulink 下的控制系统仿真
https:///
1
1.5.1 MATLAB适合控制系统 仿真的特点
2
1.5.2 Simulink适合控制系统 仿真的特点
04
ONE
2 MATLAB计算基础
2 MATL AB计算基础
2.1 引 言
2.2 M AT L A B概述
4.5 MATLAB/Simulink 在模型中的应用
4.2 动态过程微分方程描 述
4.4 数学模型描述
4.6 系统模型转换及连接
4 控制系统数学模型
4.7 非线性数学模型的线 性化
4.8 综合实例及 MATLAB/Simulink应用
4 控制系统数学模型
4.4.1 传递函 数模型
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]);
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]);
Simulink3运行仿真Simulink教学课件
SIMULINK 3SIMULINK 3运行仿真运行仿真介绍两种Simulink运行仿真的方法3.1使用窗口运行仿真3.2 使用MATLAB 命令运行仿真本章内容和学习目的掌握以上两种运行仿真的方法3.1 使用窗口运行仿真1. 设置仿真参数优点人机交互性强不必记住繁琐的命令语句即可进行操作。
使用窗口运行仿真主要可以完成以下一些操作。
3. 启动仿真4. 停止仿真5. 中断仿真6. 仿真诊断2. 应用仿真参数仿真参数和算法选择的设置仿真参数和算法设置后使之生效选择命令运行仿真选择命令停止仿真可以在中断点继续启动仿真而停止仿真则不能在仿真中若出现错误Simulink将会终止仿真并在仿真诊断对话框中显示错误信息1. 设置仿真参数选择菜单选项【SimulationParameters】可以对仿真参数及算法进行设置共有五个∠羁▉6?解法设置Solver??工作间I/OWorkspace I/O??诊断页Diagnostics??高级设置Advanced??实时工具对话框Real-Time Workshop??解法设置Solver讲??工作间I/OWorkspace I/O讲??诊断页Diagnostics不讲自学??高级设置Advanced不讲自学??实时工具对话框Real-Time Workshop不讲自学设置起始和终止时间选择积分分解法指定求解参数和选择输出选项管理MATLAB工作间的输入输出项选择在仿真中警告信息的等级对仿真的一些高级配置进行设置对实时工具中若干参数进行设置。
若没有安装实时工具不出现此框。
1解法设置页当选中菜单选项【SimulationParameters】后出现参数及算法等设置页。
再点击【Solver】则出现解法设置页。
解法设置页包括三项内容设置仿真的启动时间和终止时间选择算法并指定参数选择输出项仿真时间仿真解法各种解法说明见下页默认解法ode45变步长解法ode45ode23ode113ode15discrete定步长解法ode5ode4ode3ode2ode1discrete最大步长初始步长输出选项用户用来控制仿真输出个数的对话框共有三个菜单选项定义输出产生附加输出产生指定输出。
第三章 matlab的simulink建模与仿真
3、其它子系统
可配置子系统，代表用 户定义库中的任意模块， 只能在用户定义库中使用。 函数调用子系统。
for循环
3）在一个仿真时间步长内，simulink可以多次进出一 个子系统。 原子子系统：
1）子系统作为一个“实际”的模块，需顺序连续执行。
2）子系统作为整体进行仿真。
3）子系统中的模块在子系统中被排序执行。
建立原子子系统：
1）先建立一空的原子子系统。
2）先建立子系统，再强制转换成原子子系统。
Edit/block parameters
在enabled subsystem
triggered subsystem
enabled and triggered subsystem中。
1）早期simulink版本中，enable和triggered信号需要从 signal&system中调用。
2）simulink后期版本中，在上述模块中含这两个信号。 3）一个系统中不能含多个enable和triggered信号。 4）其它子系统可看成某种形式的条件执行子系统。
3.4创建simulink模型（简单入门）
一、启用simulink并建立系统模型 启动simulink： （1）用命令方式：simulink （2）
二、simulink模块库简介 1、simulink公共模块库 Continuous（连续系统）
连续信号数值积分 输入信号连续时间积分
单步积分延迟，输出为前一输入
动态模型：描述系统动态变化过程
静态模型：平衡状态下系统特性值之间的关系
二、计算机仿真
1、仿真的概念
以相似性原理、控制理论、信息技术及相关领域 的有关知识为基础，以计算机和各种专用物理设备为工 具，借助系统模型对真实系统进行实验研究的一门综合 性技术。 2、仿真分类 实物仿真：建造实体模型 数学模型：将数学语言编制成计算机程序 半实体模型：数学物理仿真
MATLABSIMULINK仿真.ppt
在MATLAB命令 窗口直接输入模 型文件名(不要加 扩展名.mdl)。
15
认识Simulink
SIMULINK仿真 2．Simulink的退出 为了退出Simulink，只要关闭所有模型编辑窗口和 Simulink模块库浏览器窗口即可。
16
教学内容
SIMULINK仿真
1 认识Simulink 2 Simulink的基本模块 3 Simulink的模块操作 4 仿真模型的参数设置
信号与系统 模块库
数学运算 函数与表
模块库
模块库
20
Simulink的基本模块
1. SIMULINK仿真 输入源模块库
模块
In1 Ground From File From Workspace Constant Signal Generator Pulse Generator Ramp Sine Wave Step Repeating S Chirp Signal Random Number Uniform R N Band-limited N Clock Digital Clock
5
认识Simulink
SIMULINK仿真 1.2 Simulink的启动与退出 1．Simulink的启动
在MATLAB窗口的工具栏中单击 在命令窗口中输入命令：
>>simulink
图标
6
认识Simulink
SIMULINK仿真 1.2 Simulink的启动与退出 1．Simulink的启动
功能
创建输入端 接地 从文件读数据 从工作空间读数据 常数 信号发生器 脉冲发生器 斜波 正弦波 阶跃信号 重复序列 快速正弦扫描 随机信号 均匀随机信号 带限白噪声 当时时间 数字时钟
15
认识Simulink
SIMULINK仿真 2．Simulink的退出 为了退出Simulink，只要关闭所有模型编辑窗口和 Simulink模块库浏览器窗口即可。
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教学内容
SIMULINK仿真
1 认识Simulink 2 Simulink的基本模块 3 Simulink的模块操作 4 仿真模型的参数设置
信号与系统 模块库
数学运算 函数与表
模块库
模块库
20
Simulink的基本模块
1. SIMULINK仿真 输入源模块库
模块
In1 Ground From File From Workspace Constant Signal Generator Pulse Generator Ramp Sine Wave Step Repeating S Chirp Signal Random Number Uniform R N Band-limited N Clock Digital Clock
5
认识Simulink
SIMULINK仿真 1.2 Simulink的启动与退出 1．Simulink的启动
在MATLAB窗口的工具栏中单击 在命令窗口中输入命令：
>>simulink
图标
6
认识Simulink
SIMULINK仿真 1.2 Simulink的启动与退出 1．Simulink的启动
功能
创建输入端 接地 从文件读数据 从工作空间读数据 常数 信号发生器 脉冲发生器 斜波 正弦波 阶跃信号 重复序列 快速正弦扫描 随机信号 均匀随机信号 带限白噪声 当时时间 数字时钟
MatlabSimulink仿真.ppt
-14-
2.3 模块的连接
连接两个模块
先移动光标到输出端，光标键头会变成十字形光标，这时按住鼠标左 键，移动鼠标到另一个模块的输入端，当十字形光标出现重影时，释 放鼠标左键就完成了连接
Sine Wave
Scope
Sine Wave1
Scope1
Sine Wave2
Scope2
-15-
2.3 模块的连接
-6-
1.2 Simulink的启动与退出
-7-
1.2 Simulink的启动与退出
-8-
1.2 Simulink的启动与退出
-9-
1.2 Simulink的启动与退出
-10-
1 Simulink操作基础 2 系统仿真模型 3 系统的仿真 4 使用命令操作对系统进行仿真 5 子系统及其封装技术 6 S函数的设计与应用
1 Out1
-0.5 Constant
Product1
eu
Math Fu n cti o n
Product2
1 s
Integrator1
2 Out2
-23-
2.4 模块的参数和属性设置
-24-
2.5 Simulink的几类基本模块
输入源模块
Model & Subsystem Inputs
1
unti tl ed.m at
2.1 Simulink仿真模型概述
Simulink仿真模型在视觉上表现为直观的方框图， 其扩展名为.mdl，在数学上体现了一组微分方程 或差分方程，在物理上模拟了物理器件构成的实 际系统的动态特性
模块是构成系统仿真模型的基本单元。从宏观角 度上看，simulink模型通常包含了3类模块：信源 （source）、系统（system）和信宿（sink）。
2.3 模块的连接
连接两个模块
先移动光标到输出端，光标键头会变成十字形光标，这时按住鼠标左 键，移动鼠标到另一个模块的输入端，当十字形光标出现重影时，释 放鼠标左键就完成了连接
Sine Wave
Scope
Sine Wave1
Scope1
Sine Wave2
Scope2
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2.3 模块的连接
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1.2 Simulink的启动与退出
-7-
1.2 Simulink的启动与退出
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1.2 Simulink的启动与退出
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1.2 Simulink的启动与退出
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1 Simulink操作基础 2 系统仿真模型 3 系统的仿真 4 使用命令操作对系统进行仿真 5 子系统及其封装技术 6 S函数的设计与应用
1 Out1
-0.5 Constant
Product1
eu
Math Fu n cti o n
Product2
1 s
Integrator1
2 Out2
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2.4 模块的参数和属性设置
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2.5 Simulink的几类基本模块
输入源模块
Model & Subsystem Inputs
1
unti tl ed.m at
2.1 Simulink仿真模型概述
Simulink仿真模型在视觉上表现为直观的方框图， 其扩展名为.mdl，在数学上体现了一组微分方程 或差分方程，在物理上模拟了物理器件构成的实 际系统的动态特性
模块是构成系统仿真模型的基本单元。从宏观角 度上看，simulink模型通常包含了3类模块：信源 （source）、系统（system）和信宿（sink）。
MATLAB Simulink与控制系统仿真
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MATLAB/Simulink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概述、MATLAB计算基础、Simulink仿真、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、最优控制系统等。
各章通过精心设计的应用实例、综合实例和习题帮助读者理解和掌握自动控制原理以及MATLAB/Simulink相关功能和工具的使用。
本书各章节之间既相互联系又相对独立，读者可根据自己需要选择阅读。
本书可作为自动化、控制工程、机电、计算机等专业高等院校学生和研究生的教学参考用书，也可供自动化、控制工程、电子信息及其相关领域的工程技术和研究人员参考。
本书配有教学课件，读者可以登录华信教育资源网（）免费注册后下载。
未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。
版权所有，侵权必究。
图书在版编目（CIP）数据MATLAB/Simulink与控制系统仿真/王正林等编著．—3版．—北京：电子工业出版社，2012.1高等学校电子信息类教材 ISBN 978-7-121-15207-8Ⅰ．①M…Ⅱ．①王…Ⅲ．①自动控制系统—系统仿真—软件包，MATLAB、Simulink—高等学校—教材Ⅳ．①TP273-39中国版本图书馆CIP数据核字（2011）第241395号责任编辑：田宏峰特约编辑：牛雪峰出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路173信箱邮编100036开本：787×1 092 1/16印张：25.25字数：670千字印次：2012年1月第1次印刷 印数：3 000册凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。
若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888。
华东交通大学 教材 MATLAB Simulink与控制系统仿真 王正林(第3版) 电子工业出版社matlab第3章 matlab第3章
38
解：步骤1：新建一个模型窗口
图3.5 正弦信号输出到示波器中的模型
图3.6 示波器中的仿真结果
11
Simulink 模块图形的保存
在模型窗口选择 edit → copy model to clipboard（复制模型到 剪贴板）→ 粘贴到 word 等文件中。 对于已经建立的 *.mdl 模型，选择 file→print 打印成 pdf 格 式文件，再复制到word中。
12
scope波形显示模块实际上也是一种figure窗口，不过matlab把 scope的菜单栏隐藏起来，只提供了几个有限的参数设置。 可以在打开 mdl 文件后，在 matlab 的命令行输入指令恢复显示 scope的figure菜单栏：
>> set(0,'showhiddenhandles','on'); >> set(gcf,'menubar','figure');
（3）线的分支：按住鼠标右键，在需要分支的地方拉出即可。
或按住 Ctrl 键并在要建立分支的地方用鼠标拉出即可。
33
3.5 Simulink 仿真设置
编辑好仿真程序后，应设置仿真操作参数，以便进行仿真。 单击菜单simulation→configuration parameters，弹出设置窗口。 包括仿真器参数（solver）设置、工作空间数据导入/导出 （Data Import/Export）设置等。
34
图3.11 Simulink设置窗口
35
3.5.1 仿真器参数设置
一般使用默认设置即可。 1、仿真时间设置 仿真开始时间（start time）、仿真结束时间（stop time） 一般仿真开始时间设为0，结束时间视情况而定。 2、仿真步长模式设置（type）
解：步骤1：新建一个模型窗口
图3.5 正弦信号输出到示波器中的模型
图3.6 示波器中的仿真结果
11
Simulink 模块图形的保存
在模型窗口选择 edit → copy model to clipboard（复制模型到 剪贴板）→ 粘贴到 word 等文件中。 对于已经建立的 *.mdl 模型，选择 file→print 打印成 pdf 格 式文件，再复制到word中。
12
scope波形显示模块实际上也是一种figure窗口，不过matlab把 scope的菜单栏隐藏起来，只提供了几个有限的参数设置。 可以在打开 mdl 文件后，在 matlab 的命令行输入指令恢复显示 scope的figure菜单栏：
>> set(0,'showhiddenhandles','on'); >> set(gcf,'menubar','figure');
（3）线的分支：按住鼠标右键，在需要分支的地方拉出即可。
或按住 Ctrl 键并在要建立分支的地方用鼠标拉出即可。
33
3.5 Simulink 仿真设置
编辑好仿真程序后，应设置仿真操作参数，以便进行仿真。 单击菜单simulation→configuration parameters，弹出设置窗口。 包括仿真器参数（solver）设置、工作空间数据导入/导出 （Data Import/Export）设置等。
34
图3.11 Simulink设置窗口
35
3.5.1 仿真器参数设置
一般使用默认设置即可。 1、仿真时间设置 仿真开始时间（start time）、仿真结束时间（stop time） 一般仿真开始时间设为0，结束时间视情况而定。 2、仿真步长模式设置（type）
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S-Function提供了扩展Simulink模块库的有力工具，它采用一种 特定的调用语法，实现函数和Simulink解法器之间的交互。
S-Function最广泛的用途是定制用户自己的Simulink模块。它的 形式十分通用，能够支持连续系统、离散系统和混合系统。
3.2.1 Simulink的启动与退出
Simulink的启动有两种方式：一种是启动MATLAB后，单击 MATLAB主窗口的快捷按钮 来打开Simulink Library Browser 窗口；另一种是在MATLAB命令窗口中输入“Simulink”，
3.2.2 Simulink建模仿真
一个典型的Simulink模型由以下三种类型的模块构成： 信号源模块 信号源为系统的输入，它包括常数信号源、函数信号发生器（Biblioteka 第3章 SIMULINK仿真
3.1 引言 3.2 SIMULINK仿真概述 3.3 SIMULINK的模块库简介 3.4 SIMULINK功能模块的处理 3.5 SIMULINK仿真设置 3.6 SIMULINK仿真举例 3.7 SIMULINK自定义功能模块 3.8 S函数设计与应用
内容提要
Simulink的出现给控制系统分析与设计带来了福 音。它有两个主要功能：Simu（仿真）和Link（ 连接），即该软件可以利用鼠标在模型窗口上绘 制出所需要的控制系统模型，然后利用Simulink 提供的功能来对系统进行仿真和分析。
通过本章，对Simulink的基本模块和功能有一个 全面了解，并能熟练Simulink的基本操作，为使 用Simulink进行控制系统仿真打下基础。
3.2 Simulink仿真概述
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它与 用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入的，从而使得 用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建而非语言的编 程上。
所谓模型化图形输入是指Simulink提供了一些按功能分类的基 本系统模块，用户只需要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。
（2）Save to workspace：用来设置存在MATLAB工作空间的变量 类型和变量名，可以选择保存的选项有：时间、端口输出、状 态和最终状态。选中选项前面的复选框并在选项后面的编辑框 输入变量名，就会把相应数据保存到指定的变量中。常用的输 出模块为信号与系统模块库（Signals & Systems）中的Out1模 块和输出方式库（Sink）中的To Workspace模块。
图3.8 “功能模块参数设置”对话框 图3.10 “示波器属性”对话窗框
3.4.2 Simulink模块的基本操作
（1）移动：选中模块，按住鼠标左键将其拖曳到所需的位置即可。若要脱离线而移动，可按住Shift键再进行拖 曳。 （2）复制：选中模块，按住鼠标右键进行拖曳即可复制同样的一个功能模块。 （3）删除：选中模块，按Delete键即可。若要删除多个模块，可以同时按住Shift键，再用鼠标选中多个模块，按 Delete键即可；也可以用鼠标选取某区域，再按Delete键就可以把该区域中的所有模块和线等全部删除。 （4）转向：为了能够顺序连接功能模块的输入和输出端，功能模块有时需要转向。在菜单Format中选择Flip Block旋转180°，选择Rotate Block顺时针旋转90°；或者直接按Ctrl+F组合键执行Flip Block，按Ctrl+R组合键执 行Rotate Block。 （5）改变大小：选中模块，对模块出现的4个黑色标记进行拖曳即可。 （6）模块命名：先用鼠标在需要更改的名称上单击一下，然后直接更改即可。名称在功能模块上的位置也可以 变换180°，可以用Format菜单中的Flip Name来实现，也可以直接通过鼠标进行拖曳。Hide Name可以隐藏模块名 称。 （7）颜色设定：Format菜单中的Foreground Color可以改变模块的前景颜色，Background Color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来改变。 （8）参数设定：用鼠标双击模块就可以进入模块的参数设定窗口，从而对模块进行参数设定。参数设定窗口包 含了该模块的基本功能帮助，为获得更详尽的帮助，可以单击其上的“Help”按钮。通过对模块的参数设定，就 可以获得需要的功能模块。 （9）属性设定：选中模块，打开Edit菜单的Block Properties可以对模块进行属性设定，包括对Description、 Priority、Tag、Open function、Attributes format string等属性的设定。其中Open function属性是一个很有用的属性， 通过它指定一个函数名，当模块被双击之后，Simulink就会调用该函数并执行，这种函数在MATLAB中称为回调 函数。 （10）模块的输入/输出信号：模块处理的信号包括标量信号和向量信号。标量信号是一种单一信号，而向量信号 为一种复合信号，是多个信号的集合，它对应着系统中几条连线的合成。默认情况下，大多数模块的输出都为标 量信号，对于输入信号，模块都具有一种“智能”的识别功能，能自动进行匹配。某些模块通过对参数的设定， 可以使模块输出向量信号。
自定义功能模块的封装 首先选中Subsystem功能模块，再打开Edit菜单中的Mask Subsystem进入mask的编辑窗口， 可以看出有3个标签页。 1．Icon标签页 它用于设定功能模块外观，最重要的部分是Drawing Commands，在该区域内可以用disp 指令设定功能模块的文字名称，用plot指令画线，用dpoly指令画转换函数。 2．Initialization标签页 它用于设定输入数据窗口（Prompt List），它主要用来设计输入提示（prompt）以及对应 的变量名称（variable）。在prompt栏上输入变量的含义，其内容会显示在输入提示中。 variable是仿真要用到的变量，该变量的值一直存于mask workspace中，因此可以与其他 程序相互传递。 3．Documentation标签页 它用于设计该功能模块的文字说明，主要针对完成的功能模块来编写相应的说明文字和 Help。
上节提要
自动控制系统基本概念 自动控制系统分类 控制系统仿真基本概念 MATLAB/Simulink下的控制系统仿真 MATLAB中控制相关的工具箱
上节提要
MATLAB概述 MATLAB桌面操作环境 MATLAB数值计算 关系运算和逻辑运算 符号运算 复数和复变函数运算 MATLAB常用绘图命令 MATLAB程序设计
3.4.3 Simulink模块间的连线处理
（1）改变粗细：线所以有粗细是因为线引出的信号可以是标量信号或向量信号，
当选中Format菜单下的Wide Vector Lines时，线的粗细会根据线所引出的信号是 标量还是向量而改变，如果信号为标量则为细线，若为向量则为粗线。选中 Vector Line Widths则可以显示出向量引出线的宽度，即向量信号由多少个单一信 号合成。 （2）设定标签：只要在线上双击鼠标，即可输入该线的说明标签。也可以通过 选中线，然后打开Edit菜单下的Signal Properties进行设定，其中Signal name属性 的作用是标明信号的名称，设置这个名称反映在模型上的直接效果就是与该信 号有关的端口相连的所有直线附近都会出现写有信号名称的标签。 （3）线的折弯：按住Shift键，再用鼠标在要折弯的线处单击一下，就会出现圆 圈，表示折点，利用折点就可以改变线的形状。 （4）线的分支：按住鼠标右键，在需要分支的地方拉出即可，或者按住Ctrl键 并在要建立分支的地方用鼠标拉出即可。
3.8 S函数设计与应用
S-Function是系统函数（System Function）的简称，是一个动态 系统的计算机语言描述。在MATLAB中，用户可以选择用M文 件编写，也可以用C或mex文件编写，在这里只给大家介绍如何 用M文件编写S-Function，使用C语言或mex文件编写的方法与 M文件编写的方法基本类似。
3.5 Simulink仿真设置
图3.11 Simulink设置窗口
3.5.2 工作空间数据导入/导出设置
（1）Load from workspace：选中前面的复选框即可从MATLAB工 作空间获取时间和输入变量，一般时间变量定义为t，输入变量 定义为u。Initial state用来定义从MATLAB工作空间获得的状态 初始值的变量名。
如正弦波和阶跃函数等）以及用户自己在MATLAB中创建的自 定义信号。 被模拟的系统模块 系统模块作为仿真的中心模块，它是Simulink仿真建模所要解决 的主要部分。 输出显示模块
3.3.1 Simulink模块库分类
Simulink模块库按功能分为16类子模块库
3.4 Simulink功能模块的处理
（3）Save options：用来设置存往工作空间的有关选项
3.6 Simulink仿真举例
求解微分方程的Simulink模型
信号叠加的Simulink模型
3.7 Simulink自定义功能模块
自定义功能模块的创建有以下两种方法。 （1）一种方法是采用Signal&Systems 模块库中的Subsystem功能模块，利用其编辑区设 计组合新的功能模块。 （2）另一种方法是将现有的多个功能模块组合起来，形成新的功能模块。
S-Function最广泛的用途是定制用户自己的Simulink模块。它的 形式十分通用，能够支持连续系统、离散系统和混合系统。
3.2.1 Simulink的启动与退出
Simulink的启动有两种方式：一种是启动MATLAB后，单击 MATLAB主窗口的快捷按钮 来打开Simulink Library Browser 窗口；另一种是在MATLAB命令窗口中输入“Simulink”，
3.2.2 Simulink建模仿真
一个典型的Simulink模型由以下三种类型的模块构成： 信号源模块 信号源为系统的输入，它包括常数信号源、函数信号发生器（Biblioteka 第3章 SIMULINK仿真
3.1 引言 3.2 SIMULINK仿真概述 3.3 SIMULINK的模块库简介 3.4 SIMULINK功能模块的处理 3.5 SIMULINK仿真设置 3.6 SIMULINK仿真举例 3.7 SIMULINK自定义功能模块 3.8 S函数设计与应用
内容提要
Simulink的出现给控制系统分析与设计带来了福 音。它有两个主要功能：Simu（仿真）和Link（ 连接），即该软件可以利用鼠标在模型窗口上绘 制出所需要的控制系统模型，然后利用Simulink 提供的功能来对系统进行仿真和分析。
通过本章，对Simulink的基本模块和功能有一个 全面了解，并能熟练Simulink的基本操作，为使 用Simulink进行控制系统仿真打下基础。
3.2 Simulink仿真概述
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它与 用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入的，从而使得 用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建而非语言的编 程上。
所谓模型化图形输入是指Simulink提供了一些按功能分类的基 本系统模块，用户只需要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。
（2）Save to workspace：用来设置存在MATLAB工作空间的变量 类型和变量名，可以选择保存的选项有：时间、端口输出、状 态和最终状态。选中选项前面的复选框并在选项后面的编辑框 输入变量名，就会把相应数据保存到指定的变量中。常用的输 出模块为信号与系统模块库（Signals & Systems）中的Out1模 块和输出方式库（Sink）中的To Workspace模块。
图3.8 “功能模块参数设置”对话框 图3.10 “示波器属性”对话窗框
3.4.2 Simulink模块的基本操作
（1）移动：选中模块，按住鼠标左键将其拖曳到所需的位置即可。若要脱离线而移动，可按住Shift键再进行拖 曳。 （2）复制：选中模块，按住鼠标右键进行拖曳即可复制同样的一个功能模块。 （3）删除：选中模块，按Delete键即可。若要删除多个模块，可以同时按住Shift键，再用鼠标选中多个模块，按 Delete键即可；也可以用鼠标选取某区域，再按Delete键就可以把该区域中的所有模块和线等全部删除。 （4）转向：为了能够顺序连接功能模块的输入和输出端，功能模块有时需要转向。在菜单Format中选择Flip Block旋转180°，选择Rotate Block顺时针旋转90°；或者直接按Ctrl+F组合键执行Flip Block，按Ctrl+R组合键执 行Rotate Block。 （5）改变大小：选中模块，对模块出现的4个黑色标记进行拖曳即可。 （6）模块命名：先用鼠标在需要更改的名称上单击一下，然后直接更改即可。名称在功能模块上的位置也可以 变换180°，可以用Format菜单中的Flip Name来实现，也可以直接通过鼠标进行拖曳。Hide Name可以隐藏模块名 称。 （7）颜色设定：Format菜单中的Foreground Color可以改变模块的前景颜色，Background Color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来改变。 （8）参数设定：用鼠标双击模块就可以进入模块的参数设定窗口，从而对模块进行参数设定。参数设定窗口包 含了该模块的基本功能帮助，为获得更详尽的帮助，可以单击其上的“Help”按钮。通过对模块的参数设定，就 可以获得需要的功能模块。 （9）属性设定：选中模块，打开Edit菜单的Block Properties可以对模块进行属性设定，包括对Description、 Priority、Tag、Open function、Attributes format string等属性的设定。其中Open function属性是一个很有用的属性， 通过它指定一个函数名，当模块被双击之后，Simulink就会调用该函数并执行，这种函数在MATLAB中称为回调 函数。 （10）模块的输入/输出信号：模块处理的信号包括标量信号和向量信号。标量信号是一种单一信号，而向量信号 为一种复合信号，是多个信号的集合，它对应着系统中几条连线的合成。默认情况下，大多数模块的输出都为标 量信号，对于输入信号，模块都具有一种“智能”的识别功能，能自动进行匹配。某些模块通过对参数的设定， 可以使模块输出向量信号。
自定义功能模块的封装 首先选中Subsystem功能模块，再打开Edit菜单中的Mask Subsystem进入mask的编辑窗口， 可以看出有3个标签页。 1．Icon标签页 它用于设定功能模块外观，最重要的部分是Drawing Commands，在该区域内可以用disp 指令设定功能模块的文字名称，用plot指令画线，用dpoly指令画转换函数。 2．Initialization标签页 它用于设定输入数据窗口（Prompt List），它主要用来设计输入提示（prompt）以及对应 的变量名称（variable）。在prompt栏上输入变量的含义，其内容会显示在输入提示中。 variable是仿真要用到的变量，该变量的值一直存于mask workspace中，因此可以与其他 程序相互传递。 3．Documentation标签页 它用于设计该功能模块的文字说明，主要针对完成的功能模块来编写相应的说明文字和 Help。
上节提要
自动控制系统基本概念 自动控制系统分类 控制系统仿真基本概念 MATLAB/Simulink下的控制系统仿真 MATLAB中控制相关的工具箱
上节提要
MATLAB概述 MATLAB桌面操作环境 MATLAB数值计算 关系运算和逻辑运算 符号运算 复数和复变函数运算 MATLAB常用绘图命令 MATLAB程序设计
3.4.3 Simulink模块间的连线处理
（1）改变粗细：线所以有粗细是因为线引出的信号可以是标量信号或向量信号，
当选中Format菜单下的Wide Vector Lines时，线的粗细会根据线所引出的信号是 标量还是向量而改变，如果信号为标量则为细线，若为向量则为粗线。选中 Vector Line Widths则可以显示出向量引出线的宽度，即向量信号由多少个单一信 号合成。 （2）设定标签：只要在线上双击鼠标，即可输入该线的说明标签。也可以通过 选中线，然后打开Edit菜单下的Signal Properties进行设定，其中Signal name属性 的作用是标明信号的名称，设置这个名称反映在模型上的直接效果就是与该信 号有关的端口相连的所有直线附近都会出现写有信号名称的标签。 （3）线的折弯：按住Shift键，再用鼠标在要折弯的线处单击一下，就会出现圆 圈，表示折点，利用折点就可以改变线的形状。 （4）线的分支：按住鼠标右键，在需要分支的地方拉出即可，或者按住Ctrl键 并在要建立分支的地方用鼠标拉出即可。
3.8 S函数设计与应用
S-Function是系统函数（System Function）的简称，是一个动态 系统的计算机语言描述。在MATLAB中，用户可以选择用M文 件编写，也可以用C或mex文件编写，在这里只给大家介绍如何 用M文件编写S-Function，使用C语言或mex文件编写的方法与 M文件编写的方法基本类似。
3.5 Simulink仿真设置
图3.11 Simulink设置窗口
3.5.2 工作空间数据导入/导出设置
（1）Load from workspace：选中前面的复选框即可从MATLAB工 作空间获取时间和输入变量，一般时间变量定义为t，输入变量 定义为u。Initial state用来定义从MATLAB工作空间获得的状态 初始值的变量名。
如正弦波和阶跃函数等）以及用户自己在MATLAB中创建的自 定义信号。 被模拟的系统模块 系统模块作为仿真的中心模块，它是Simulink仿真建模所要解决 的主要部分。 输出显示模块
3.3.1 Simulink模块库分类
Simulink模块库按功能分为16类子模块库
3.4 Simulink功能模块的处理
（3）Save options：用来设置存往工作空间的有关选项
3.6 Simulink仿真举例
求解微分方程的Simulink模型
信号叠加的Simulink模型
3.7 Simulink自定义功能模块
自定义功能模块的创建有以下两种方法。 （1）一种方法是采用Signal&Systems 模块库中的Subsystem功能模块，利用其编辑区设 计组合新的功能模块。 （2）另一种方法是将现有的多个功能模块组合起来，形成新的功能模块。