计算机仿真教案08--第五章--4SIMULINK.

1、船舶与海洋工程学院仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4 SIMULINKMATLAB环境下的仿真软件 Simul ink5. 1 Sinulink5. 2 Si.ulink的几类基本棋块5. 3仿真模型参数的设置5.4 子系统的建立与封载5.5在命令窗口中创建模型5.6 S-函数的设计和应用仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4SIMULINK5. 1 Simulink5. 1. 1 What is Simulink?Simulink是MATLAB下专门对动态系统进行建模.仿真和分析的一 个交互式软件，有友好的图形用户界面.Siaulink支持线性，非线 性系统，连续系统.离散系统，或者混合

2、系址的建棋与仿莫.仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4SIMULINK仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4SIMULINK仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4 SIMULINK仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4SIMULINK仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4SIMULINK5. 1.2 Simulink的启动与退出L Siaiulink的启动启动Simul ink的方法有3种：(1) 在MATLAB的命令窗口直接键入s imul iok.(2) 单击MATLAB命令窗口工具栏上的Simulink模块陣浏览器命令按钮.(3) 在MATLAB命令窗口 Pi"菜单中选择No

3、r菜单项下的Model命令.2. Sinulink的退出为了退出Si«ulink只要关闭所有模型窗口和Sinulink模块库窗口即可.5.1.3 Simulink模块的操作1. 选取模块2. 复制与删除棋块3. 模块的参敛和属性设丑4. 模块外形的调整5. 模块老的处理6. 模块的连接7. 在连线上反映信息在SIMULINK中，各个慎块按照其不同的功能和用速分成了几个库，这些库包括：(1) Source library这个库是由产生源借号和源数据的模块组成的，表1列出了这个库中的所有模块.表 1模块名用逮Band - Limited White Noise巴白噪声加到连找系统中Chi

4、p Signal产生一个翼車不斷卅大的正弦波Ckxrk显示和援供仿真时间Constant产生一个胃值Digital Clock規定的采样间PJ产生仿真时间From File从文件中3E数据From Workspace从工作而上定义的免萍中僂歌据PuIm Generator在固定的旺间间隔产生冰冲RaiH)O«n Number产生正态分布的玖机数楼块名用建Repeating Sequence产生现律重复的任童信号Signal Generator产生各种不同的波形Sine Wave产生一个正弦放Step Input产生(2) Sinks library. jX个库是由用于显示和场出的模块

5、组成的，表2列出了这个库中的 所有就块.極块名AutoSeik Graph Scope4Mathb自动调tliRttM的田骸由口见示侑号Graph Scope在Matlab m口定示倍号Hit Crossing在规定值附近H加仿肪数Scope蛊仿xas中豆示信号Stop Simulition当输人不为竽艸止旗To File把数谿出到文件中To Workspace岀到工作面上定戈的一个矩阵申XY Graph Scope6 Mfitlab ffi形冈口号的 X-Y 图(3) Discrete library.这个库是由描述离散时间系统的模块组成的表3列岀了这个库 中的所有镇块博块名用遨Discre

6、teTime Integrator对一个信号进行福散积分Discrete-Time Limited Integrator对一个侑号进行离玫有限稅分Discrete State -Space孜立一个«««$空间氛型Discrete Transfer Fen建立一个递因数Discrete ZeroPole以竽极点形衣童立一个高散传递函数Filt«建立 IlRfUFlROSFirst Order HoldQ立一阶采祥保持JSUnit Delay对一个信号延迟一个采样周期ZeroOrder Hold越立一个采样詞期的"阶保持爲(4) Linear li

7、brary.这个库由标准线性闻数和线性系统的模块组成。表4列出了这个 库中的所有棋块。'«4樓块名用逮Derivative旺输人信号进行皴分Gain斗输人宿号柔上一个常救增誥Inner Product定输入信号进行点积Integrator对输入信号进行枳分Matrix Gain对输人信号乘上一个矩阵堆艾Slider Gaia以滑动形式改变增益State - Space建立一个线性状杰空阖模型Sum对输入信号进行求和Transfer Fen3立一个经性传递雷数Zero - Pole以零後点形式建立一个传<5> Nonlinear library.这个库由描述非线性函

8、藪的樓块组成。&5列岀这个库中的所右樓块.表5模块名用途Abs输岀旃入信号为绝对值Backlash用放次的方式鰹仿一个屋境的符性Ccmbinatorial建立一张真值左Coulombic Friction在帧点不连续而在原点以外4冇线性曲盜Lkd Zone摄供一个死区Fen对繪入进行規定的茂示Limited Integrator在规定的范理内逬行积分Logical Operator对输入进行規定的逻新运畀Look - up Table对输入进行分缶的线性決肘MATLAB Fen定义一个硕数对蝴入信号进行处理Memory输出本棋块上一步的綸入值Product对输入送行乘积运算Quanti

9、zer对输入进行賢化处理模块名用途Relational Operator对尙入进行一定的关系运算Relay衽两个值中轮流输岀Reset Integrator在仿具中对枳分器进行丘新初曲化Saturation对输入信号进行限幅Sign符号函数Switch在两个输入之间进行开关Transpon Delay对轴入信号进行一定的延迟2 D Look-Up Table(对两个输入进行分段的线性映射Variable Transport Delay对输入借号进行不定的延迟（6） Connections library.这个库由一些实现棋块与模块之间连接功能的模块组虑的表 6列出了这个库中的所有模块。表 6謨

10、块名用途Demux把向*借号分开输岀Inport给極供一个外部Mr入Mux把几卞信号合并成相形式Outport给系统规定一个输出Subsystem表示一个系统在另外一个系统中仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4 SIMULINK5. 2 Simulink的基本功能块 Continuous （连续系統模块）Discrete （离散系純模块） Functions k Table （函銭与表格旗块）Math （数学濮块）Non-linear （非线性模块） Signals & Systems （信号与系統） Sinks （终端/显示模块） Sources （源模块）Subsystems （

11、子系统模块）仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4SIMULINK仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4SIMULINK连续系统模块和离散系统模块k*.Lljrjry: MiuuiiicS/ Dbcrclctfc “it JJzrv pmnl tic p|Libr<<y:sZero-Ord erHeldDOiF©rwt<-T«rn»IctcgMtxState-Spaoe回M»*rio<vt>oiC£ SJTrjrwrtr Fc*Z"C-PolTrjrpftrtgl>VsVandtilcTrjrtp&

12、gt;rt Del”Discfete t>iDSCiUPoleHFiBt-OtdetHOIJ仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4SIMULINK源模块和终端模块'libraty: M-nullnk.J/50i*cr3l2SJFi? Ed* Vb?w rrn" H-pCL>M0PimpBCo gritBS.r < Mx鬥s« anilOeweraidi口9Up二mkdEle Ldt yer> fernet tjdpL*jLiLr<M-y: 的ulink3；bai"B B 02°°PXYOptt画Pu珮Gcx

13、rmroClod.C K G2Em U气a UrJfcr Rndfr.UnitedH 釘Wl Nviz同T ermifiAtoiS2P S CPUIIn仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4SIMULINK下面对这肖模块按照其英文字母顺序分别予以介绍:1. Abs图标*Abs 卜所右库名 说明nonlinear libraryAbs模块的功能是输出输入信号的绝对值。这个模块接收一个输入并 产生一个输出鳥人和输出15可以是标乐也可以是向歌.对话框仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4 SIMULINK2. Auto Scale Graph Scope图 ®s .所在庠名Sinks li

14、brary说 明Auto- Scale Graph Scope模块的功能是把它的输入倍号在MATLAB的出形窗n中显示出来，并自勃调至画图比例以便使散抵能在屏帯上显示 出来.本棋块接收一个繪入，这个输入吒町以是标量，也可以是向，并以仿 亢时间为x轴，输入数据为y恤在屏幕上SL示出来初显示区域在x方向由參数 Initial Time Ranee 规定，在 y 方向由 Initial y - min 和 Initial y - max规定.在仿真开值熨馆倍号的JR人:和最小值自动调整比例显示 出来3 Backlash图 标所在库名 说 明Nonlinear libraryBacklash 

15、1;块的功能是在输岀不变区以外，当输入中发生多大的变化 时，在输出中走生同样大小的变化$而在输出不变区中，不管输入变化否. 输出都不发生变化.仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4SIMULINK仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4SIMULINK仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4SIMULINK4. Band Limited White Noise仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4SIMULINK仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4SIMULINK说明Sources libraryBand-Limited White Noise棋快的功能为连躲统产生白鞘耸入, 本模块产生-个細，

16、搐可以是标盒也可以是向比仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4SIMULINK6. Clock图标©>所在库名 说明Sources libraryClock模块的功能是在每一个仿只步长内输岀目前的仿真时间.当本 模块打开时,时间就显示在SF口中.如魅仿真时打开本榛块就会使仿真 速度减債本樓块对-些需整仿真时间的其它模块来说是有用的.8- Constant图标矫在库名Sources library说明Con»tant «块的功能是产生一个常值.本樓块产生一个输岀，它既可以是机氏,也可以鳧向:ft,这主要取决于Constant value由参数Con stant

17、 value规定的常值在图标上显示出来J参 数 Constant value本模块的输出值.如果定义了一个向也则输岀的值就是一个育值向 盒默认值为1.仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4 SIMULINK9. Coulombic Friction 图标pi所在库名Nonlinear library说 明Coulombic Friction模块是在零点不连续，而在其它点上具有线性增益的棋块它是由下面的函敬来实现的，y=sign(u) (Gain * abs(u)+Offset)其屮:y是输出,u是输入,Gain和Offset是模块中定炎的参如本棋块接收一个输入，并产生一个输出两者氐可以是标量，

18、也可以是仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4SIMULINK所在库名说 明10. Dead Zone fflNonlinear libraryDead Zone樓块的功能是在规定的死区范围内模块没有输出.死区的 上界和卜界分别由参数Start of dead zone和End of dead zone来确宦.本 模块的输出取决于输入与死区之间的关系，(1如果输入大于死区的下界而小于上界则输岀为0(2) 如果箱入大于上界,则输出竽于上界减去输入.(3如果输入小于下界,则输出尊于输入减去下界.(4如果下界和上界相等，则输出值等于输入减去死区值。本模块接收一个输入并产生一个辅出，两者既可以是标倩，

19、也可以是 向仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4SIMULINK11. Demux 图标)|pemux所在库名说 明Connections libraryDemux樓块的功能是把一个向St输入分成相应个数的标量进行输出Demux模块的输入可以是一个算有任滋维数的向量，而输出可以 有指定个数，每一个输出既可以是向扯，也可以是标1.SIMUL1NK能 根据本模块输出的实际个数在图标上显示出来.仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4SIMULINK12. Derivative 图标所在库名Linear library说 明Derivative棋块通过计算釜来近似驚入的欣分康中:X是输入的变化量血是

20、时同的变化乩本榛块接收-个输入并产生-个箱出两者既可 以是标也可以是向量.模块的初婀入为事19. Fen图 标仿真技术基础数值积分法的系统仿真5.4SIMULINK所在岸名说 明CXP bb»floor hypot In Jog >loglO pow power rem»sgn sin »sinh »sqrt Nonlinear libraryFen検块的功能是对输入进行一些符合C语旨规范的数学表达式处理.这荃表达式由一个或多个下列这些成分组成的，<1> S是锲块的输入.如果U为向fib则Q匚门表示向最的第i个元索2 匸门或单独U表示卵

21、一个元素.（2）常致.（3）数学算子（ +、一、/）（4）关系算子（=-!二><><=）如果关系成立则衷达式 返回“否则返回零.<5> j»辑算子&&、|儿 如杲关系成立则表达式返回否则返 回零.（6）括弧.（7MATLAB 除数包括：ab$acos,asin,atan,atan2>ceil >co&tcosh«22. From File田标untitled.mat >所左库名Source library说明From File樓块的功能是从號的文件中读轉，并把读到的数骼作其它槐块的输入.冋时在本模

22、块的用标上显示被读文件的文件名23. From Workspace1£ 标T.U >所在岸名Source library说 明From File模块的功能总从工作面里的矩阵中K数据.同时，在本模块的图标上显示被读矩阵的名称.24 Gain所在库名Linear library说 明Gain模块的功能是对输入柬上一个规定的當数、变联或表达式后再输岀.如果模決的籀入是一个标量，增益也必须是标量,输出也是个标JL 如果模块的输入是一个向量输出必须是具有相应维数的向量.而增 益旺可以悬标册也可以是向U.（1）如果增益定义为一个标景，输入向址的毎一个元素乘上这个标量, 然后生成输出向比中的

23、相应元累。（2）如果増益定义为一个向最输入向凤的毎一个元素乘上增益向撤 中的相应元索，然后生成一个输出向量中的元数在这种情况下，增益和输 入向量的维数必须一致.25 Graph Scope19 标所在库名说 明所在库名说 明Sinks libraryGraph Scope模块的功能足往MATLAB图形窗口中把输入係示浊器一样显示出来本模块按收单个龟入这个输入圧可以是标也可以是向量并以仿 真时间为X轴输入数据为y轴在屏幕上显示岀来.最初，显示区域在X方 向由 Initial Time Range 定义在 y 方向由 Initial y - min 和 Initial y max 定义.在仿真开始

24、后,y值根据信号的最大和最小值自动调整比例显示 出来.29< Integrator 图 标所衽库名说 明Inugnaor樓块的功能是对输入进行积分.本模块接收的输入倍号，吒可以是标量，也可以是向鼠.而输出信号的维数与输入倍号一致。33. MATLAB Fen图 标MATLAB FunctionMATLAB Fen検块的功能塑对输入信号进行規定的MATLAB函数成董达式处理本模块接受一个输入，它既可以是向倉也可以是标量.本 模块对输入信号进行规定的函数或表达式运算后然后按规定的输出维散 进行输岀対本權块来说下面这昨喪达式是有效的.sinatana(uCl)»u(2)>u(l

25、)* u<2>MATLAB Fen36 Mux 图 标所在库名说 明Connections libraryMux樓块的功能是把几个输入合并成一个向量轲出本模块接受规定 数目的输入,它既可以是标量，也可以是向量.块的输出为一个 向*.SIMULINK会根据其输入的个数自动调整其输入端口的数冃，并在图 标上显示出来.3& Product QB 标所在库名说 明DNonlinear libraryProduct模块的功能是对每一个输入进行桀积运算，然后输出.其输入 既町以恳标也可以超向量.用户可以用Product模块实现标相案，向 it相寮,一个或多个向*与相同的标相窠及单个向*

26、元*之间的相兼：（1）如果長标童输入，瑜出是输入的熏积.（2）如果是向量辂入，轴出是由输入向童各对应元素的乘积所组成的 向量，这时所有输入向谊的维效必須一致（3）如果悬标和向量输入,SIMUL1NK首先自动把标量扩展为和其 它向量具有相同维数的向然后相乘输出是由输入向童各对应元素的乘 积所组成的向隋（4如果输入的是单个向承,Product模块把输入向*中的元索进行案 积运算，在这种情况下在图标上显示连强符号.39. Pulse Generator图标©所在庫名 说明Source libraryPulse Generator模块的功能是在规定的时间间隔内产生一系列昧冲 笛号.本块慎产生

27、一个标備输出参数Pulse period所产生脉冲的周期，单位为s默认值为3 Pulse width所产生脉冲的宽度.默认值为2sPulse height所产生詠冲的高度.如果规定为一个向卷，本模块产生一个脉冲向童. 默认值为1.43 Relational Operator 图 标所在库名 说明Nonlinear libraryRelational Operator樓块的功能是对两个籀入倍号完成关系运算，并 根据卜血这张表产生相应的输岀.-人相呼.PW刘K1 入不 * . aw 刃戻Vg m ws*入小 丁 初二十g入. aw 刃*V teMM一十入小丁*丁 二十人.RJ刃JCA ttu &#

28、171;« WI*3人大于宼* 于甲二6 KT入 K>JKAftO-HK一十2人大于R二仆HT入 JW 为 JC如果结果为莫町输岀为1;否则输岀为0.用户可以把输入定义为标 墩、向虽或一个标Ift和一个向做的组合.44. Relay 圧 标所在库名Nocilinear library说 明Relay模块的功能是在規定的两个值之问进行切换.当Relay打开时，它一直保持打开状态，直到输入信号下降到小于翁数Input for off所規定 的值.当Rehy关闭时它-施保持关囲育剑修入信号上升覺理过鑒数 Input for on所规定的值.本模块接受一个输入，并产生一个输出，两者既可

29、以是标盘，也可以是 向董.47. Saturation所在炸名说 明图 标、Nonlinear librrySaturation棋块的功睫是对输入信号邊行陡加上界和下界©当输入信 号在參数Lower output limit和Upper output limit定义的范內时输入 佶号不作任何变化直接输出，而茯这个范出之外输入信号就限制为其上 界或下界。4& Scope 阳 标S所在库名 说 明Sinks libraryScope模块的功能是显示输入信号和仿真时间之间的关果曲线.本模 块接收一个输入，它0可以是标故，也可以咼向量.Scope模块允许用户调 艇时间柚和输入值的显示

30、范囲,也可以移动和更改Scope窗口的大小.不 过减小其窗口 可能导致水平参数域和垂直參数域及0K按钮消失。当用户徴一个仿真时,S1MULINK不打开Scope模块的窗口.在仿真 期间用户可以修改模块中的参数值.49 Sign图 标所在库名 说 明Nonlinear librarySign模块的功能是输出输入信号的符号，其方法如下«(1) 如果输入大于零则输出为】(2) 如果输入等于零则输出为0(3) 如果输入小于零则输出为一 1输入和输岀既可以是标量，也可以是向量。所在库名说 明50. Signal GeneratorSources librarySignal Generator模

31、块的功能是产生4种不同波形的倩号:正弦波、方 波、锯齿披、随机信号.51»Sine Wave 图标所在库名 说明Source librarySine Wave模块的功能是产生一个时变的正弦波.本模块可以在连续 和离故两种棋式下工作.53. State - Space图标所在库名 说明Linear libraryState Spaced块的功能是实现一个具有下列状态空何模型的系统，工 R Ax+jB “y=Cx + Du其中工是状念向量“是输入向量F是输出向象.本樓块接收一个输入，并产生一个输出，两者既可以是标益，也可以是 向参数A.B.C.D状态空问楔型中的系散矩阵。<1)A必

32、狈是一卞n>n的矩阵，其中n是状态的个数.(2) B必須足一个n « m的矩阵其中m是输入的个数.(3) C必须是一个r*n的矩阵其中r是输出的个散. <4)D必须是一个r m的矩阵.Initial conditions初始状态向量.如果没有辎入则认为0。对话框34 Step Input 图标所在库名 说明Source libraryStep Input棋块的功能是庄某一规定时刻在两值之间产生一个跳变. 如采仿具时间小于參数Step time的值本模块输出的是磁数Initial value 的值.如果仿具时间大于或尊于SR Step time的值,增出的是参敢Fin.l

33、value的備55- Stop Simulation图标STOP j所在库名 说明Sinks librarySep Simulation模块的功能处当输入不为零吋，停止仿真.一旦樓块 的箱入不为零.Stop Simulation模块能迅速中斯仿真本戟块可接收单个 标量或向量输入.用户可以把本棋块和Rehuonal Operator »块结合起来使用来控何 时终止仿真当用户把本块和Derivative ft块结合起来使用,那么就有可盅 在上升和下降的转折点上终止仿貝57 Sumffi标所在庠名 说明Linear librarySum複块的功舵是对莫输入进行求和并把其结果输岀.Sum模块可实现坏楚、问議、一个标最和一个或多个向量及单个向啟 各元索之间相加.<1）标茲相加.如果是掠蛍输入则输出所有输入的代数和.<2）相相加.如果超向戟输人，则枪出向債迪由所有檢入向址对应元 索相加后所组成的向議.（3） 一个标邀与向飛相加如呆是标逮和向童轴入则本損块进行标就 扩展毎一个标最就自动扩联为貝有相应堆数的向供且奠中的各个元素都 等于这个标載.4） 一个向険中的各元康相加如果是单个向傲將入则本模块就对输