第7章：Simulink基础

图3-1 打开SIMULINK模块库浏览器的方法
第3章 SIMULINK应用基础
图3-2 SIMULINK模块库浏览器窗口
第3章 SIMULINK应用基础 SIMULINK模块库包括标准模块库和专业模块库两大类。 标准模块库是MATLAB中最早开发的模块库，包括了连续 系统、非连续系统、离散系统、信号源、显示等各类子模块 库。由于SIMULINK在工程仿真领域的广泛应用，因此各领 域专家为满足需要又开发了诸如通信系统、数字信号处理、 电力系统、模糊控制、神经网络等20多种专业模块库。
第3章 SIMULINK应用基础 如图3-6所示，在模型中加入注释文字，使模型更具可 读性。
图3-6 添加注释文字示例 (a) 未加注释文字；(b) 加入注释文字
第3章 SIMULINK应用基础 3.2.3 子系统的建立与封装 1. 子系统的建立 一般而言，电力系统仿真模型都比较复杂，规模很大， 包含了数量可观的各种模块。如果这些模块都直接显示在 SIMULINK仿真平台窗口中，将显得拥挤、杂乱，不利于用 户建模和分析。可以把实现同一种功能或几种功能的多个模 块组合成一个子系统，从而简化模型，其效果如同其它高级 语言中的子程序和函数功能。 在SIMULINK中创建子系统一般有两种方法。
第3章 SIMULINK应用基础 3.1.2 SIMULINK仿真平台 仿真平台 从MATLAB窗口进入SIMULINK仿真平台的方法有以 下两种： (1) 点击MATLAB菜单栏中的[File>New>Model]，如图 3-3所示。 (2) 点击SIMULINK模块库浏览器窗口工具栏上的按 键 。
表3-3 SIMULINK中系统模型的基本操作方法 中系统模型的基本操作方法
操作 操作目的 内容 创建 创建一个新的模型 模型 打开 模型 保存 模型 注释 使模型更易读懂 模型 标退出 释文字编辑框，输入注释内容，在窗口中任何其它位置单击鼠 打开一个已有的模 型 保存仿真平台中模 型 方法 2：点击 SIMULINK 模块库浏览器窗口工具栏按键 方法 1：运行 MATLAB 菜单命令[File>Open]； 方法 2：点击 SIMULINK 模块库浏览器窗口工具栏按键 方法 1：运行模块库浏览器窗口菜单命令[File>Save]； 方法 2：点击 SIMULINK 模块库浏览器窗口工具栏按键 在模型窗口中的任何想要加注释的位置上双击鼠标，进入注 方法 1：运行 MATLAB 菜单命令[File>New>Model]； 操 作 方 法

一个软件包，它支持线性和非线性、连续和离散时间系统模型 或者是两者的混合模型的仿真分析。使用传统的方法实现系统
的模拟和仿真需要建立模型函数——微分方程或者差分方程，
再用某种程序设计语言（如C语言等）编程进行仿真运算。 Matlab的Simulink提供了图形化的用户界面，进入Simulink环 境后，用户只需点击鼠标就可以轻易地完成模型的创建，调试 和仿真工作，这样就大大降低了仿真的难度，使用户不用为了 完成仿真工作而专门去学习某种程序设计语言。
运行仿真模型，进行仿真试验，再根据仿真试验的结果进一步 修正系统的数学模型和仿真系统。
三、Simulink的工作环境
Simulink的工作环境由各种功能的图形化界面组成，包括 模块库浏览器、模型窗口、调试窗口、可视化结果及对结果的 可视化分析等。有了这些，Simulink就变得更简单易学易用 了。
第四章 Matlab数值运算基础
二、模块的编辑 1、模块的选择
点击要选择的模块，该模块四周就会出现标记点，这表明该 模块被选中，若要选择多个模块，可用鼠标按下左键拖出一个框， 包含所选模块，或按住Shift键不放连续点击要选的模块，被选的 模块周围都会出现控制点标记，图10-8为选择一个模块的示意图。
（a）
（b） 图10-4 打开模块的帮助文档 (a)打开帮助文档的命令 ; (b)打开的帮助文档
第三节 Simulink电力系统模块简介
在Simulink中专门设置了电力系统模块库 （SimPowerSystems），它为电力系统的建模提供了丰富而专 业的模块，熟练掌握电力系统模块库中的模块功能会在建模 中节省大量的时间，电力系统模块库如图10-5所示：
表10-3
连续系统主要模块及功能
模块名

同一模型中复制模块 （1）按下ctrl键，选中要复制的模块 （2）拖到喜欢的位置 删除模块 选中后，点击右健中的clear 或按键盘的delete 断开模块连接 按下shitf键，选中模块并从模型中的原始位置 拖支模块即可。 改变模块的方向 Format菜单中选择flip block命令旋转180度，或 者rotate block顺时针旋转90度。
数学运算模块（math)
求绝对值或求模 建立逻辑真值表 求复数的幅值与相角 求复数的实部和虚部 求点乘（内积） 增益（对输入信号乘上一个常数） 逻辑操作符 由幅值与相角求复数 数学运算函数
求极大与极小值 对输入信号求积或商 比较操作符 取整操作 取输入的正负符号 以滑动形式改变增益 对输入信号求代数和 三角函数
输入源模块(source)
带限白噪声 产生一个频率不断变化的正弦波 显示当前仿真时间 生成一个常值 在规定的采样间隔显示当前仿真时间 从工作空间中定义的矩阵读取数据 从文件中读取数据 接地线模块 整个系统的输入子端
固定时间间隔的脉冲发生器 斜坡信号 正态分布的随机信号 产生规律重复的线性信号 产生各种不同的波型 产生一个正弦波 产生一个阶跃函数 均匀分布随机数
4、选择对象（包括模块和连线） 选择一个对象 单击鼠标左键即可选中 选择一个以上对象
逐个选择法：按住shift键 用方框选择
选择整个模型： Ctrl+A 或edit菜单下的select all
5、两个窗口之间模块的复制和移动 用鼠标复制模块 （1）打开相应的库或模型窗口 （2）把要复制的模块拖到自己的目标窗口 中。 用菜单中的命令复制、粘贴模块 模块的命名 选中模块的名称，然后输入新的字符 在同一模块中移动模块 （1）选中需要移动的模块和连线 （2）拖动到适当的地方，然后释放鼠标

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设置仿真参数
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1．解题器（Solver）选项
（1）Simulation time组：设置仿真起止时间。
（2）Solve options组：选择求解器，并为其
指定参数。
– 变步长算法（Variable-step） – 固定步长算法（Fixed-step）。
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2．数据输入输出选项（Data Import/Export）
6
SIMULINK仿真基础
在工程实际中，控制系统的结构往往很复
杂，如果不借助专用的系统建模软件，则 很难准确地把一个控制系统的复杂模型输 入计算机，对其进行进一步的分析与仿真。
1990年MathWorks公司为MATLAB增加了 用于建立系统框图和仿真的环境 1992年公司将该软件改名为SIMULINK
– None：不做任何反应。 – Warning：提出警告，但警告信息不影响程序的运行。 – Error：提示错误，运行的程序停止。
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观察Simulink的仿真结果
观察仿真结果的方法有以下几种：
– 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。 – 将仿真结果信号输入到“To Workspace”模块中， 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。
25
第二节 SIMULINK功能模块的处理
基本操作包括： 1. 选取模块 2. 复制与删除模块 3. 模块的参数和属性设置 4. 模块外形的调整 5. 模块名的处理 6. 模块的连接 7. 在连线上反映信息
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模型可以分为实体模型和数学模型。 实体模型又称物理效应模型，是根据系统之间的相似性而建 立起来的物理模型，如建筑模型等。 数学模型包括原始系统数学模型和仿真系统数学模型。原始 系统数学模型是对系统的原始数学描述。仿真系统数学模型 是一种适合于在计算机上演算的模型，主要是指根据计算机 的运算特点、仿真方式、计算方法、精度要求将原始系统数 学模型转换为计算机程序。
0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
例子2 单自由度系统： 初始条件：
& + cx & + kx = 0 m& x
解析解为：
& ( 0) = x &0 = 0 x(0) = x0 = 1, x
m 要求：采用 Simulink 对系统进行仿真。已知参数：
1.3.3 Simulink 应用举例
（原教材P6例子）
在Matlab命令窗口中输入 dblcart1 右图所示的模型用来 模拟双质量－弹簧系 统在光滑平面上受一 个周期力情况下的运 动状态，其中周期力 只作用在左边的质量 块上。 F(t)
x' = Ax+Bu y = Cx+Du Plant
Demux Actual Position
静态系统模型 动态系统模型 连续系统模型 代数方程 集中参数 微分方程 分布参数 偏微分方程 离散系统模型 差分方程
1.1.2 计算机仿真
1. 仿真的概念 仿真是以相似性原理、控制论、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试验的一门综合性技术。 2. 仿真分类 （ 1 ）实物仿真：又称物理仿真。是指研制某些实体模型， 使之能够重现原系统的各种状态。早期的仿真大多属 于这一类。 优点：直观，形象，至今仍然广泛应用。 缺点：投资巨大、周期长，难于改变参数，灵活性差。

第3章 Multisim仿真元件库与虚拟仪器 图3-13 基本元件库
第3章 Multisim仿真元件库与虚拟仪器 1．电阻(Resistor) 电阻箱中放置着参数与现实电阻相一致的仿真元件，取
用时类似于有许多不同阻值的现实电阻提供给使用者，根据 需要进行选择使用。双击可以打开其属性框，但一般情况下 不能改变其阻值，除非修改模型参数。
图368例311电路图图369网络分析仪应用史密斯格式分析结果图370网络分析仪应用波特图分析结果图371网络分析仪应用极化图分析结果ab315模拟元件库模拟元件库analog包含了各种模拟集成元件共有9个元件箱其中4个是虚拟元件箱
第3章 Multisim仿真元件库与虚拟仪器
第3章 Multisim仿真元件库与虚拟仪器
第3章 Multisim仿真元件库与虚拟仪器 图3-11 受控单脉冲参数设置
第3章 Multisim仿真元件库与虚拟仪器 29．多项式电压源(Polynomial Source) 该电压源的输出电压是一个取决于多个输入信号电压的
受控电压源，有V1、V2、V3三个电压输入端，一个电压输出 端，输出电压与输入电压直接的函数关系为
17．电压控制电压源(Voltage Controlled Voltage Source)
该电压源的输出电压大小受输入电压控制，在Value页 可以设置电压的比值，即电压增益。
第3章 Multisim仿真Байду номын сангаас件库与虚拟仪器
18．电压控制电流源(Voltage Controlled Current Source)
第3章 Multisim仿真元件库与虚拟仪器
4．VDD电压源(VDD Voltage Source) VDD电压源与VCC电压源基本相同，当为CMOS器件提供直 流电源进行“Real”仿真时，只能用VDD电压源。 5．直流电压源(DC Voltage Source) 直流电压源是一个理想电压源，使用时允许短路，但电 压值降为0。双击直流电压源可打开其属性框，在Value页可 以设置其电压值，在Label页可以设置其标号，在Display页 可以选择显示的内容，在Fault页可以设置其故障，故障设 置页如图3-2所示。

按照6.1.1节所介绍的方法启动Simulink后就可以看到图6-4所示的Simulink模块库 浏览器。由该浏览器可以看出Simulink模型库浏览器各部分的用途，包含公共模 型库和专业模型库。如下图所示。
搜索栏
标题 菜单
工具栏
库的子目录 库目录树
Model-Wide Utilities 子集
6.1.3 Simulink工作原理
Simulink的特点：

丰富的可扩充的预定义模块库 交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图 以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理 通过Model Explorer 导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性， 生成模型代码 提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成 使用Embedded MATLAB模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用MATLAB算法 使用定步长或变步长运行仿真，根据仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)来决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型 图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为 可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和 测试数据 模型分析和诊断工具来保证模型的一致性，确定模型中的错误
6.1 Sirks公司为MATLAB提供的系统模型化的图形输入与仿真工具， 它使仿真进入到了模型化的图形阶段。Simulink主要有两个功能，即Simu(仿真) 和Link(连接)，它可以针对自动控制、信号处理以及通信等系统进行建模、仿真 和分析。




本书用于演示的Simulink是包含在MATLAB7.0里的Simulink6.0，启动Simulink 有三种方式： • • • 在MATLAB7.0菜单栏中选择【File】/【New】/【Model】选项； 鼠标左键单击MATLAB7.0工具栏上的Simulink 按钮； 在MATLAB7.0的命令窗口中直接键入“Simulink”命令。

第2章 Multisim使用入门
2) 改变连线轨迹 选中相应连线后，线上会出现调整点。将光标移到调整 点上，光标会显示为三角形，拖曳光标可改变连线的形状； 光标移到线上会显示为双箭头形，拖曳光标可平移连线。 3) 手动添加连接点 在丁字形交叉点，程序会自动放置节点表示相连接；而 在十字形交叉点，程序不放置节点，表示不相连。如果希望 十字形交叉处互连，则需使用Place/Place Junction命令先在 交叉处放置一个节点，然后其他点都和这个节点相连。若先 连接成十字形交叉线，再在交叉处放置节点，往往是虚焊点， 不可靠，没有真正地连接。还有一种方法是先连一根线，再 将另一根线分成两段，变成两段点与线的连接，这个连接也 是可靠的。
第2章 Multisim使用入门
图2-9 AC Voltage属性对话框
第2章 Multisim使用入门
7) 放置接地端
如果电路没有接地端，通常不能进行有效的分析。点击 Source元件库中的接地按钮，再将其拖出至合适位置，点击 释放即可。 通常放置元件的方法是在相应的元件箱中提取元件，如 上所述。另外，还可以执行菜单命令Place/Place Component...，在弹出的Component Browser元件浏览对话框 中选择元件所在的Database Name数据库(默认情况下为 Multisim Master，这是最常用的数据库)，然后在Component 中选择元件箱名。左边Component Name List元件列表中就 会出现选中元件箱中的所有元件。接下来的操作和从元件箱
第2章 Multisim使用入门
图2-18 仿真结果显示
第2章 Multisim使用入门
中取元件的操作是一样的。
第2章 Multisim使用入门

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

22.2.4 编辑打印边框

在SIMULINK的打印对话框中有Frame复选框，勾选该复选框 可以给打印模型添加边框。打印边框编辑器（PrintFrame Editor）可以实现打印边框的创建和编辑，
22.3 常用模型库

SIMULINK库浏览器窗口呈现一种树状结构， 在其中列出了SIMULINK中的所有模块库，大 体分为公共库和专业库，如Simulink库、 Aerospace Blockset库等。本节将介绍最常 用的Simulink库中的一些子库，以便读者在 阅读本书和学习中能够对所使用的模块有个 初步的了解。当然，SIMULINK的模块是繁多 的，仅仅靠这里的介绍是不够的，详细的了 解读者可以参照Help文档。




显示模块阴影效果。选中要添加阴影的模块，选择菜单栏 【Format/Show Drop Shadow】选项来为选中模块添加阴影
22.5 信号的操作

信号操作是模型中的一个重要内容，正确处 理模型信号对于仿真结果的准确性和模型的 可读性都具有重要意义，在本节中将向读者 介绍信号的一些基本概念以及如何实现信号 的标量扩展、显示和传递。
22.4.4 变换模块方向

在默认状态下，模块的输入端在左、输出端在右。在模型的 实际设计中，用户可以根据需要对模块进行旋转。旋转的方 式有两种：

使用快捷键Ctrl+R进行顺时针90°旋转，请读者注意是模块 端口顺序的变化，如图所示；

使用模型窗口菜单栏中【Format】菜单。选择菜单栏 【Format/Flip Block】选项，可将模块旋转180°。选择 【Format/Rotate Block】可将模块旋转90°，,与使用快捷