simulink建模学习课程

1、 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，其结果是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的系统模块，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。SIMULINK入门第1页/共50页第一页，编辑于星期六：二十点 三十七分。SIM

2、ULINK入门 MATLAB命令窗口运行指令： simulink SIMULINK模块库浏览器： Simulink Library Browser 建立一个简单的仿真系统 模块库第2页/共50页第二页，编辑于星期六：二十点 三十七分。第3页/共50页第三页，编辑于星期六：二十点 三十七分。基本建模方法一个简单的仿真系统 点击“新建”，建立新模型tst1 用鼠标在信源模块中选取sine wave，拖曳至tst1窗口 用鼠标在信宿模块中选取scope，拖曳至tst1窗口 连线 启动仿真第4页/共50页第四页，编辑于星期六：二十点 三十七分。第5页/共50页第五页，编辑于星期六：二十点 三十七分。模

3、块的基本操作 模块的选定 选定单个和选定多个 模块的复制 复制/粘贴Ctrl键 模块名操作 点击模块名 模块的样式 Format菜单第6页/共50页第六页，编辑于星期六：二十点 三十七分。简单建模：波形显示第7页/共50页第七页，编辑于星期六：二十点 三十七分。第8页/共50页第八页，编辑于星期六：二十点 三十七分。向量显示Mux第9页/共50页第九页，编辑于星期六：二十点 三十七分。标量扩展第10页/共50页第十页，编辑于星期六：二十点 三十七分。 在MATLAB命令窗口中输入simulink3 结果是在桌面上出现一个用图标形式显示的Library :simulink3的Simulink模块

4、库窗口。 两种模块库窗口界面只是不同的显示形式，用户可以根据各人喜好进行选用，一般说来第二种窗口直观、形象，易于初学者，但使用时会打开太多的子窗口。Simulink模块库第11页/共50页第十一页，编辑于星期六：二十点 三十七分。SIMULINK模块库 SIMILINK模块库按功能进行分为以下8类子库：Continuous（连续模块）Discrete（离散模块）Function&Tables（函数和表格模块）Math（数学模块）Nonlinear（非线性模块）Signals&Systems（信号和系统模块）Sinks（输出模块）Sources（输入源模块）第12页/共50页第十

5、二页，编辑于星期六：二十点 三十七分。数学模块（ Math ）Sum 求和模块：加减运算Product 乘法模块：乘运算Dot Product 矢量的点乘模块：点乘运算Gain 增益模块：比例运算Math Function 常用数学函数模块：包括指数函数、对数函数、求平方、开根号等常用数学函数Trigonometric Function 三角函数模块：三角函数，包括正弦、余弦、正切等MinMax 最值模块：最大最小值运算Abs 绝对值模块：取绝对值Sign 符号函数模块：符号函数第13页/共50页第十三页，编辑于星期六：二十点 三十七分。Logical Operator 逻辑运算符模块：逻辑运

6、算Relational Operator 关系运算模块：关系运算复数运算模块 Complex to Magnitude-Angle ：由复数输入转为幅值和相角输出 Magnitude-Angle to Complex ：由幅值和相角输入合成复数输出 Complex to Real-Imag：由复数输入转为实部和虚部输出 Real-Imag to Complex：由实部和虚部输入合成复数输出数学模块（ Math ）第14页/共50页第十四页，编辑于星期六：二十点 三十七分。输入源模块（ Sources ）Constant：常数信号。Clock：时钟信号。From Workspace：来自MATL

7、AB的工作空间。From File(.mat)：来自数据文件。Pulse Generator：脉冲发生器。Repeating Sequence：重复信号。Signal Generator：信号发生器，可以产生正弦、方波、锯齿波及随意波。Sine Wave：正弦波信号。Step：阶跃波信号。（搭建matlab与simulink的互换）第15页/共50页第十五页，编辑于星期六：二十点 三十七分。输出模块（ Sinks ）Scope 示波器模块：显示产生的输出信号XY Graph 二维信号显示模块：两路信号分别作为示波器坐标的x轴与y 轴,显示二维图形。To Workspace 输出到工作空间模块：

8、将输出写入MATLAB的工作空间。To File(.mat) 输出到文件模块：将输出写入数据文件Display 显示模块：按照一定的格式显示输入信号的值Terminator 终止信号模块Stop simulation 结束仿真模块第16页/共50页第十六页，编辑于星期六：二十点 三十七分。连续模块库(Continuous)Integrator 积分模块：输入信号积分Derivative 微分模块 ：输入信号微分State-Space 线性状态空间模块：线性状态空间系统模型Transfer-Fcn 传递函数模块：线性传递函数模型Zero-Pole 零极点传递函数模块：以零极点表示的传递函数模型M

9、emory 存储器模块：存储上一时刻的状态值Transport Delay 传输延迟模块：输入信号延时一个固定时间再输出Variable Transport Delay 可变传输延迟模块：输入信号延时一个可变时间再输出第17页/共50页第十七页，编辑于星期六：二十点 三十七分。离散模块（Discrete）Zero-Order Hold 零阶保持器模块： 零阶采样和保持Unit Delay 单位延迟模块： 一个采样周期的延时Discrete-time Integrator 离散时间积分模块：离散时间积分器Discrete Filter离散滤波器模块：无限脉冲响应(IIR)和有限脉冲响应(FIR)

10、的数字滤波器Discrete State-Space 离散状态空间模块：离散状态空间系统模型Discrete Transfer-Fcn离散传递函数模块：离散传递函数模型Discrete Zero-Pole离散零极点传递函数模块：以零极点表示的离散传递函数模型First-Order Hold一阶保持器模块：一阶采样和保持第18页/共50页第十八页，编辑于星期六：二十点 三十七分。函数与表格模块库(Function&Tables)Fcn自定义函数模块：用自定义的函数（表达式）进行运算MATLAB Fcn MATLAB函数模块：利用matlab的现有函数进行运算S-Function S-函数

11、模块：调用自编的S函数的程序进行运算Look-Up Table一维查表模块：建立输入信号的查询表（线性峰值匹配）Look-Up Table(2-D)二维查表模块：建立两个输入信号的查询表（线性峰值匹配）第19页/共50页第十九页，编辑于星期六：二十点 三十七分。非线性模块（ Nonlinear ）Saturation 饱和度模块：饱和输出，让输出超过某一值时能够饱和。Relay 继电模块：滞环比较器，限制输出值在某一范围内变化。Switch 选择开关模块：根据设置的门限来确定系统的输出Manual Switch 手动选择开关模块Rate Limiter 比率限幅模块:限制输入信号Dead Zo

12、ne 死区输出模块:在规定的区内没有输出值Quantizer 量化模块:把输入信号由平滑状态变成台阶状态第20页/共50页第二十页，编辑于星期六：二十点 三十七分。信号和系统模块 Signal&SystemsIn1：输入端。Out1：输出端。Mux ：将多个单一输入转化为一个复合输出。Demux：将一个复合输入转化为多个单一输出。Ground：连接到没有连接到的输入端。Terminator：连接到没有连接到的输出端。SubSystem：建立新的封装（Mask）功能模块第21页/共50页第二十一页，编辑于星期六：二十点 三十七分。其它应用模块集和Simulink扩展库通信模块集(Comm

13、unications Blockset)第22页/共50页第二十二页，编辑于星期六：二十点 三十七分。数字信号处理模块集(DSP Blockset)电力系统模块集(Power System Blockset)第23页/共50页第二十三页，编辑于星期六：二十点 三十七分。Simulink扩展库 扩展信号输出模块库(Additional Sinks)第24页/共50页第二十四页，编辑于星期六：二十点 三十七分。扩展离散库(Additional Discrete)扩展线性库(Additional Linear)第25页/共50页第二十五页，编辑于星期六：二十点 三十七分。转换库(Transforma

14、tions)触发模块库(Flip Flops)第26页/共50页第二十六页，编辑于星期六：二十点 三十七分。线性化库(Linearization)宇航模块库(Airspace Blocks)第27页/共50页第二十七页，编辑于星期六：二十点 三十七分。SIMULINK模型 外表：直观的方框图 文件：MDL文件 数学：微分方程或差分方程 行为：模拟物理过程的动态性状第28页/共50页第二十八页，编辑于星期六：二十点 三十七分。方法：在所建立的模型窗口中，选中相应的模块，单击右击鼠标，在 弹 出 的 快 捷 菜 单 中 单 击“Block parameters”选项，即可打开该模块的参数设置对话框

15、，。右击鼠标，在弹出的快捷菜单中单击“Block Properties”选项，即可打开该模块的属性设置对话框。SIMULINK仿真模块参数与属性的设置第29页/共50页第二十九页，编辑于星期六：二十点 三十七分。一般情况，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：信号线就变成了带有方向箭头的线段，说明这两个模块的连接成功，否则需要重新进行连接。SIMULINK仿真模块的连接 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。线的分支：按住鼠标右键，在需要分支的地

16、方拉出即可以。或者按住Ctrl键，并在要建立分支的地方用鼠标拉出即可。第30页/共50页第三十页，编辑于星期六：二十点 三十七分。SIMULINK仿真仿真参数的设置 选择菜单选项SimulationConfiguration Parameters，将显示仿真参数对话框。1. 设置仿真时间仿真时间决定了模型仿真的时间或取值区域，其设置完全根据待仿真系统的特性确定，反映在输出显示上就是示波器的横轴坐标值的取值范围。“Start time”和“Stop time”项分别用以设置仿真开始时间(或取值区域下限)和终止时间(或取值区域上限)，默认值分别为0.0和10.02. 选择仿真算法仿真算法是求常微分

17、方程、传递函数、状态方程解的数值计算方法，主要有欧拉法(Eular)、阿达姆斯法(Adams)和龙格库塔法(Runge-Kutta)。由于动态系统的差异性，使得某种算法对某类问题比较有效，而另外算法对另一类问题更有效。因此，对不同的问题，可以选择不同的适应算法和相应的参数，以得到更准确、快速的解。第31页/共50页第三十一页，编辑于星期六：二十点 三十七分。加注释第32页/共50页第三十二页，编辑于星期六：二十点 三十七分。simulink模型的一般性结构信 源系 统信 宿第33页/共50页第三十三页，编辑于星期六：二十点 三十七分。例1 数值分析：积分模块的应用 55 . 0505 . 05

18、0ttdtttdttxtt第34页/共50页第三十四页，编辑于星期六：二十点 三十七分。积分模块应用：复位积分负变正时强迫清零第35页/共50页第三十五页，编辑于星期六：二十点 三十七分。微分方程)(2 . 04 . 02 . 0txyyy )()(tutx第36页/共50页第三十六页，编辑于星期六：二十点 三十七分。构造微分方程求解模型第37页/共50页第三十七页，编辑于星期六：二十点 三十七分。第38页/共50页第三十八页，编辑于星期六：二十点 三十七分。第39页/共50页第三十九页，编辑于星期六：二十点 三十七分。显示图形如下：第40页/共50页第四十页，编辑于星期六：二十点 三十七分。

19、解法2：用SIMULINK第41页/共50页第四十一页，编辑于星期六：二十点 三十七分。第42页/共50页第四十二页，编辑于星期六：二十点 三十七分。练习 新建一个SIMULINK的模型文件，试建立并调试一个模型，实现在一个示波器中同时观察正弦波信号和方波信号。 已知摄氏温度和华氏温度之间的转换关系如下： 试利用SIMULINK建模并仿真该式输入量和输出量间的关系。 某一直流RC电路结构及参数如图所示，将电容电压的暂态过程作为研究对象，求解当开关闭合后电容电压和线路电流的变化规律。32)5/9(CFTT第43页/共50页第四十三页，编辑于星期六：二十点 三十七分。解：(1) 选择SIMULIN

20、K模块库浏览器工具栏中的图标，打开一个新的SIMULINK仿真平台窗口。(2) 从SimPowerSystems模块库和SIMULINK模块库中选择并添加相应的模块到SIMULINK仿真平台窗口，并进行适当的排列，如图所示。DC Voltage Source模块来自电力系统模块库的Electrical Sources子库Breaker模块来自电力系统模块库的Elements子库Series RLC Branch模块来自电力系统模块库的Elements子库Series RLC Branch1模块来自电力系统模块库的Elements子库3个Ground模块来自电力系统模块库的Elements子库，

21、用以模拟接地Voltage Measurement模块来自电力系统模块库的Measurement子库Current Measurement模块来自电力系统模块库的Measurement子库第44页/共50页第四十四页，编辑于星期六：二十点 三十七分。(3) 设置DC Voltage Source模块参数；设置Breaker模块参数；设置Series RLC Branch模块参数；设置Series RLC Branch1模块参数；设置Scope模块参数。第45页/共50页第四十五页，编辑于星期六：二十点 三十七分。 (4) 单击鼠标选中Series RLC Branch1模块，选择SIMULINK仿真平台窗口Format Rotate Block菜单，将Series RLC Branch1模块方向进行调整，使之由横向放置变为竖向放置，便于连接。(5) 修改各模块标签。由于各模块的默认标签具有文字太长、意义不清、关键信息不能体现等缺点，因此需要进行调整。调整的方法是用鼠标单击模块标签，鼠标光标即可进入标签栏中，用户