终 2012-05-13第5章 Simulink在系统仿真中的应用

1、 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真1School of Electrical Engineering and Automation合肥工业大学合肥工业大学电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真2School of Electrical Engineering and Automation第第4章章 控制系统数学模型及其转换控制系统数学模型及其转换 随着系统规模的日益庞大，结构日益复杂，仅仅依靠人的经随着系统规模的日益庞大，结构日益复杂，仅仅依靠人的经验及传统技术难以满足生产过程越来越高的要求。为避免不合理验及传统技术难以满足生产过程越来越高的

2、要求。为避免不合理方案实施带来的风险和浪费，必须了解系统的结构及其内部发生方案实施带来的风险和浪费，必须了解系统的结构及其内部发生的活动，从而达到对系统的正确的评价。设计、控制和优化系统，的活动，从而达到对系统的正确的评价。设计、控制和优化系统，需要进行反复多次试验。需要进行反复多次试验。 试验的方法基本上分为两大类：一种是试验的方法基本上分为两大类：一种是直接在真实系统上进直接在真实系统上进行行，另一种是，另一种是先构造模型，通过对模型的试验来替代或部分替代先构造模型，通过对模型的试验来替代或部分替代对真实系统的试验对真实系统的试验。虽然，第一种方法在某些情况下仍然是必不。虽然，第一种方法在

3、某些情况下仍然是必不可少的，但这种方式的弊端在于可能引进干扰、很难保证每一次可少的，但这种方式的弊端在于可能引进干扰、很难保证每一次操作条件都相同、存在实验时间太长、费用太大或者太危险等原操作条件都相同、存在实验时间太长、费用太大或者太危险等原因；作为一种更安全、更可靠的替代办法是采用数学模型模拟、因；作为一种更安全、更可靠的替代办法是采用数学模型模拟、仿真系统过程静态和动态特性，因此，第二种方法日益为人们所仿真系统过程静态和动态特性，因此，第二种方法日益为人们所青睐，系统数学模型的研究随之发展起来。青睐，系统数学模型的研究随之发展起来。 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真3School

4、 of Electrical Engineering and Automation 系统数学模型研究系统数学模型研究，可以进一步深刻认识系统内部和，可以进一步深刻认识系统内部和外部发生的现象，揭示其运动规律。在数学模型上做实验，外部发生的现象，揭示其运动规律。在数学模型上做实验，可以不必考虑系统的安全性而施加任意外界激励信号，激发可以不必考虑系统的安全性而施加任意外界激励信号，激发和识别系统的动态特性，进一步辨识其非线性、时变的本质。和识别系统的动态特性，进一步辨识其非线性、时变的本质。一旦得到描述过程动态特性的数学模型，基于系统模型实施一旦得到描述过程动态特性的数学模型，基于系统模型实施控制

5、策略，有望改善控制系统的性能，降低能耗，提高系统控制策略，有望改善控制系统的性能，降低能耗，提高系统效率。效率。 本章首先给出控制系统数学模型的分类，介绍控制系统本章首先给出控制系统数学模型的分类，介绍控制系统常用的数学模型的描述形式。最后给出各种模型，不同的模常用的数学模型的描述形式。最后给出各种模型，不同的模型应用于不同的场合。掌握模型间的转换才能灵活应用各种型应用于不同的场合。掌握模型间的转换才能灵活应用各种数学模型。如数学模型。如连续系统、离散系统、微分方程、传递函数、连续系统、离散系统、微分方程、传递函数、状态空间表达式、零极点状态空间表达式、零极点等数学模型之间的转换、连接及标等数

6、学模型之间的转换、连接及标准型准型MATLABMATLAB实现等内容。实现等内容。 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真4School of Electrical Engineering and Automation SimulinkSimulink是一种用于在是一种用于在MATLABMATLAB下建立模块化的集成软件工具下建立模块化的集成软件工具包。包。 是控制系统计算机仿真领域内的一种先进、高效、便捷工具。是控制系统计算机仿真领域内的一种先进、高效、便捷工具。 Simulink的的产生产生（1 1）19901990年年MathWorksMathWorks公司为公司为MATLABMATL

7、AB增加了用于建立系统框图和增加了用于建立系统框图和仿真的环境仿真的环境（2 2）19921992年公司将该软件改名为年公司将该软件改名为SIMULINK SIMULINK 5.1 Simulink5.1 Simulink建模的基础知识建模的基础知识 SimulinkSimulink含含两层含义两层含义：“SimuSimu”表示表示仿真仿真（simulationsimulation）；而）；而linklink表表示它能够进行系统示它能够进行系统连接连接，即：把一系列模块连接起来，构成复杂的，即：把一系列模块连接起来，构成复杂的系统模型。正是由于它的这些功能和特色，使得它成为计算机仿真系统模型。

8、正是由于它的这些功能和特色，使得它成为计算机仿真领域首选的仿真环境。领域首选的仿真环境。 第第5章章 Simulink在系统仿真中的应用在系统仿真中的应用 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真5School of Electrical Engineering and AutomationSimulink1 1）是）是MATLABMATLAB的重要组成部分；的重要组成部分；2 2）面向结构图方式的仿真环境；）面向结构图方式的仿真环境；3 3）作为系统建模和仿真的工具。）作为系统建模和仿真的工具。Simulink主要功能主要功能1 1）实现动态系统建模、仿真与分析；）实现动态系统建模、仿真与分

9、析；2 2）预先对系统进行仿真与分析，做适当的实时修改，达到仿真的最佳效果；）预先对系统进行仿真与分析，做适当的实时修改，达到仿真的最佳效果；3 3）调试及整定控制系统的参数，以提高系统的性能；）调试及整定控制系统的参数，以提高系统的性能；4 4）提高开发系统的效率。）提高开发系统的效率。Simulink可以搭建：可以搭建：（1 1）通信系统物理层和数据链路层；）通信系统物理层和数据链路层；（2 2）动力学系统；）动力学系统；（3 3）控制系统；）控制系统；（4 4）数字信号处理系统；）数字信号处理系统；（5 5）电力系统；）电力系统；（6 6）生物系统；）生物系统；（7 7）金融系统等。）金

10、融系统等。 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真6School of Electrical Engineering and AutomationA. Simulink的启动：打开的启动：打开Simulink库浏览器库浏览器(1) (1) 用命令行方式启动用命令行方式启动SimulinkSimulink。即在。即在MATLABMATLAB的命令窗口中直接键入如下命令：的命令窗口中直接键入如下命令： simulinksimulink(2) (2) 用工具栏按钮启动用工具栏按钮启动SimulinkSimulink。用鼠标单击。用鼠标单击MATLABMATLAB工具栏中工具栏中SimulinkSi

11、mulink按钮。按钮。 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真7School of Electrical Engineering and AutomationA. Simulink的启动的启动：打开打开Simulink的空白模型窗的空白模型窗(1) MATLAB(1) MATLAB命令窗口选择命令窗口选择“File”“New”“Model”File”“New”“Model”命令命令(2)(2)单击单击“SimulinkSimulink”工具栏中工具栏中“新建模型新建模型”图标。图标。(3)(3)在在SimulinkSimulink命令窗口选择命令窗口选择“File”“New”“Model”

12、File”“New”“Model”命命B.利用利用Simulink进行系统仿真的步骤是：进行系统仿真的步骤是： 启动启动SimulinkSimulink，打开，打开SimulinkSimulink模块库模块库 打开空白模型窗口；打开空白模型窗口； 建立建立SmulinkSmulink仿真模型；仿真模型； 设置仿真参数，进行仿真；设置仿真参数，进行仿真； 输出仿真结果。输出仿真结果。C. Simulink的退出的退出关闭所有模型窗口和关闭所有模型窗口和SimulinkSimulink模块库窗口即可模块库窗口即可 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真8School of Electrical

13、Engineering and Automation 依次表示新建、打开系统模型文件 依次表示新建、打开与保存系统模型文件 启动启动Simulink，建立系统模型的基本操作，建立系统模型的基本操作 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真9School of Electrical Engineering and Automation 模块搜索 模块描述 系统模块 系统模块库 图图 Simulink的模块库浏览器的模块库浏览器 Simulink的模块库浏览器的模块库浏览器 SimulinkSimulink的模块库能的模块库能够对系统模块进行够对系统模块进行有效的管理与组织，有效的管理与组织，使用

14、使用SimulinkSimulink模块库模块库浏览器可按照类型浏览器可按照类型选择合适的系统模选择合适的系统模块、获得系统模块块、获得系统模块的简单描述以及查的简单描述以及查找系统模块等，并找系统模块等，并可直接将模块库中可直接将模块库中的模块拖动或者拷的模块拖动或者拷贝到用户的系统模贝到用户的系统模型中以构建动态系型中以构建动态系统模型。统模型。 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真10School of Electrical Engineering and AutomationSimulinkSimulink的仿真模型窗口界面由标题、功能菜单和用户模型编辑区的仿真模型窗口界面由标题、

15、功能菜单和用户模型编辑区三部分组成。三部分组成。在用户模型编辑区中，用户可以建立、编辑系统仿真模型的结构图。在用户模型编辑区中，用户可以建立、编辑系统仿真模型的结构图。结构图中所需要的模块可直接从结构图中所需要的模块可直接从SimulinkSimulink库浏览器窗口中拖拽复制。库浏览器窗口中拖拽复制。当用户完成当用户完成SimulinkSimulink系统模型的编辑之后，需要设置模块参数和系系统模型的编辑之后，需要设置模块参数和系统仿真参数，最后就可以进行系统仿真。统仿真参数，最后就可以进行系统仿真。 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真11School of Electrical En

16、gineering and Automation通用用户模块组通用用户模块组连续系统模块组连续系统模块组非连续系统模块组非连续系统模块组离散系统模块组离散系统模块组逻辑和位操作模块组逻辑和位操作模块组查表模块组查表模块组数学运算模块组数学运算模块组模型检测模块组模型检测模块组模块库功能说明模块库功能说明5.1.1 Simulink5.1.1 Simulink 6.0 6.0常用模块简介常用模块简介 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真12School of Electrical Engineering and Automation模块库功能说明模块库功能说明模型扩充模块组模型扩充模块组端口

17、和子系统模块组端口和子系统模块组信号特征模块组信号特征模块组信号线路模块组信号线路模块组输出输出/接收器模块组接收器模块组输入输入/信号源模块组信号源模块组用户自定义模块组用户自定义模块组附加数学与离散模块组附加数学与离散模块组 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真13School of Electrical Engineering and Automation信号源模块组信号源模块组输出模块组输出模块组连续系统模块组连续系统模块组离散系统模块组离散系统模块组数学运算模块组数学运算模块组查表模块组查表模块组非连续系统模块组非连续系统模块组信号线路模块组信号线路模块组端口与子系统模块组端口与

18、子系统模块组逻辑与位操作模块组逻辑与位操作模块组模型检测模块组模型检测模块组模型扩充模块组模型扩充模块组信号属性模块组信号属性模块组用户自定义函数模块组用户自定义函数模块组分别介绍各类基本模块的功能分别介绍各类基本模块的功能 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真14School of Electrical Engineering and Automation连续系统模块组连续系统模块组输入信号微分输入信号微分输入信号积分输入信号积分状态空间系统模型状态空间系统模型传递函数模型传递函数模型输入信号固定延时输入信号固定延时输入信号可变延时输入信号可变延时零极点模型零极点模型输入信号定义延迟时间

19、输入信号定义延迟时间模块功能说明模块功能说明1. 1.连续（连续（ContinuousContinuous）模块组）模块组 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真15School of Electrical Engineering and AutomationDuCxyBuAxx4). 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。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。表示的连续。6

20、)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。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。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。用于将输入端的信号进行可变时间的延迟。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；输入对输入变量进行积分。

21、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。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：通过计算差分通过计算差分u/ t近似计算输入变量的微分。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：用于实现以下数学方程描述的系统： 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真16School of Electrical Engineering and Automation磁滞回环磁滞回环库仑及粘性摩擦库仑及粘性摩擦死区非线性死区非线性

22、动态死区非线性动态死区非线性捕获穿越点捕获穿越点/冲击非线性冲击非线性量化非线性量化非线性速度限制速度限制/信号变化率限制信号变化率限制动态限速动态限速/信号变化率动态限制信号变化率动态限制继电器模块继电器模块/滞环比较器滞环比较器饱和输出饱和输出动态饱和输出动态饱和输出归零模块归零模块/阈值过限清零阈值过限清零 非连续系统模块组非连续系统模块组模块功能说明模块功能说明2. 2. 不连续不连续（DiscontinuitiesDiscontinuities）模块组模块组 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真17School of Electrical Engineering and Auto

23、mation1. 比率限幅模块比率限幅模块(Rate Limiter)功能：功能：用于限制输入信号的一阶导数，使得信号的变化率不超过规定的限制值。用于限制输入信号的一阶导数，使得信号的变化率不超过规定的限制值。2饱和度模块饱和度模块(Saturation)功能：功能：用于设置输入信号的上下饱和度，即上下限的值，来约束输出值。用于设置输入信号的上下饱和度，即上下限的值，来约束输出值。3量化模块量化模块(Quantizer)功能：功能：用于把输入信号由平滑状态变成台阶状态。用于把输入信号由平滑状态变成台阶状态。4死区输出模块死区输出模块(Dead Zone)功能：功能：在规定的区内没有输出值。在规

24、定的区内没有输出值。5继电模块继电模块(Relay)功能：功能：继电模块继电模块(Relay)用于实现在两个不同常数值之间进行切换。用于实现在两个不同常数值之间进行切换。6选择开关模块选择开关模块(Switch)功能：功能：根据设置的门限来确定系统的输出。根据设置的门限来确定系统的输出。 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真18School of Electrical Engineering and Automation差分环节差分环节离散微分环节离散微分环节离散滤波器离散滤波器离散状态空间离散状态空间离散传递函数离散传递函数离散零极点模型离散零极点模型离散时间积分器离散时间积分器一阶保持

25、器一阶保持器整数延时整数延时离散系统模块组离散系统模块组 模块功能说明模块功能说明3. 3. 离散离散（DiscreteDiscrete）模块组模块组 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真19School of Electrical Engineering and Automation输出上一步的输出值输出上一步的输出值延时延时离散一阶传递函数离散一阶传递函数离散传递函数离散传递函数离散零点传递函数离散零点传递函数单位采样周期的延时单位采样周期的延时权重移动平均权重移动平均零阶保持器零阶保持器 离散系统模块组离散系统模块组 模块功能说明模块功能说明 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真

26、20School of Electrical Engineering and Automation2单位延迟模块单位延迟模块(Unit Delay)功能：功能：将输入信号作单位延迟，并且保持一个采样周期相当于时间算子将输入信号作单位延迟，并且保持一个采样周期相当于时间算子z-1 。3离散时间积分模块离散时间积分模块(Discrete Time Integrator)功能：功能：在构造完全离散的系统时，代替连续积分的功能。使用的积分方法有：向在构造完全离散的系统时，代替连续积分的功能。使用的积分方法有：向前欧拉法、向后欧拉法、梯形法。前欧拉法、向后欧拉法、梯形法。4离散状态空间模块离散状态空间模

27、块(Discrete State Space)功能：功能：用于实现如下数学方程描述的系统：用于实现如下数学方程描述的系统：)()()()()() 1(nTDunTCxnTynTBunTAxTnx5离散滤波器模块离散滤波器模块(Discrete Filter)功能：功能：用于实现无限脉冲响应用于实现无限脉冲响应(IIR)和有限脉冲响应和有限脉冲响应(FIR)的数字滤波器。的数字滤波器。6离散传递函数模块离散传递函数模块(Discrete Transfer Fcn)功能：功能：用于执行一个离散传递函数。用于执行一个离散传递函数。7离散零极点传递函数模块离散零极点传递函数模块(Discrete Ze

28、ro-Pole)功能：功能：用于建立一个预先指定的零点、极点，并用延迟算子用于建立一个预先指定的零点、极点，并用延迟算子z-1表示的离散系统。表示的离散系统。8一阶保持器模块一阶保持器模块(First Order Hold)功能：功能：在一定时间间隔内保持一阶采样。在一定时间间隔内保持一阶采样。1零阶保持器模块零阶保持器模块(Zero-Order-Hold)功能：功能：在一个步长内将输出的值保持在同一个值上。在一个步长内将输出的值保持在同一个值上。 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真21School of Electrical Engineering and Automation绝对值绝

29、对值加法加法代数约束代数约束赋值赋值偏重偏重复数转化为幅值和相角形式复数转化为幅值和相角形式复数转化为实部和虚部形式复数转化为实部和虚部形式除法除法点乘点乘增益运算增益运算输入幅值和相角形式合成复数输入幅值和相角形式合成复数数学运算模块组数学运算模块组模块功能说明模块功能说明4. 4.数学运算数学运算(Math Operations)(Math Operations)模块组模块组 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真22School of Electrical Engineering and Automation常用数学函数常用数学函数矩阵串联矩阵串联最值运算函数最值运算函数最大最小值运算

30、函数最大最小值运算函数按指定顺序改变数组维数按指定顺序改变数组维数多项式函数多项式函数乘法运算乘法运算元素乘法运算元素乘法运算输入实部和虚部形式合成复数输入实部和虚部形式合成复数信号维数改变信号维数改变取整运算取整运算 数学运算模块组数学运算模块组模块功能说明模块功能说明 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真23School of Electrical Engineering and Automation符号函数符号函数正弦波函数正弦波函数增益可变函数增益可变函数若多维数组中某一维元素只有一则移出该维若多维数组中某一维元素只有一则移出该维减法函数减法函数求和求和元素求和函数元素求和函数三角

31、函数三角函数一元减法函数一元减法函数矩阵连接矩阵连接权重采样时间计算权重采样时间计算 数学运算模块组数学运算模块组模块功能说明模块功能说明 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真24School of Electrical Engineering and Automation3. 矢量的点乘模块矢量的点乘模块(Dot Product)功能：功能：矢量的点乘模块矢量的点乘模块(Dot Product)用于实现输入信号的点积运算。用于实现输入信号的点积运算。4. 增益模块增益模块(Gain)功能：功能：增益模块增益模块(Gain)的作用是把输入信号乘以一个指定的增益因子，使输入产生的作用是把输入

32、信号乘以一个指定的增益因子，使输入产生增益。增益。1. 求和模块求和模块(Sum)功能：功能：求和模块求和模块(Sum)用于对多路输入信号进行求和运算，并输出结果。用于对多路输入信号进行求和运算，并输出结果。2. 乘法模块乘法模块(Product)功能：功能：乘法模块乘法模块(Product)用于实现对多路输入的乘积、商、矩阵乘法或者模块的转用于实现对多路输入的乘积、商、矩阵乘法或者模块的转置等。置等。5. 常用数学函数模块常用数学函数模块(Math Function)功能：功能：用于执行多个通用数学函数，其中包含用于执行多个通用数学函数，其中包含exp、log、log10、square、sq

33、rt、pow、reciprocal、hypot、rem、mod等。等。 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真25School of Electrical Engineering and Automation6. 三角函数模块三角函数模块(Trigonometric Function)功能：功能：用于对输入信号进行三角函数运算，共有用于对输入信号进行三角函数运算，共有10种三角函数供选择种三角函数供选择。7. 特殊数学模块特殊数学模块 特殊数学模块中包括求最大最小值模块特殊数学模块中包括求最大最小值模块(MinMax)、取绝对值模块、取绝对值模块(Abs)、符号、符号函数模块函数模块(Sig

34、n)、取整数函数模块、取整数函数模块(Rounding Function)等。等。8. 数字逻辑函数模块数字逻辑函数模块 数字逻辑函数模块包括复合逻辑模块数字逻辑函数模块包括复合逻辑模块(Combinational Logic)、逻辑运算符模块、逻辑运算符模块(Logical Operator)、位逻辑运算符模块、位逻辑运算符模块(Bitwise Logical Operator)等。等。9. 关系运算模块关系运算模块(Relational Operator) 关系符号包括：关系符号包括：=(等于等于)、(不等于不等于)、(小于小于)、(大于大于)、=(大于等于大于等于)等。等。10. 复数运

35、算模块复数运算模块 复数运算模块包括计算复数的模与幅角复数运算模块包括计算复数的模与幅角(Complex to Magnitude-Angle)、由模和幅、由模和幅角计算复数角计算复数(Magnitude-Angle to Complex)、提取复数实部与虚部模块、提取复数实部与虚部模块(Complex to Real and Image)、由复数实部和虚部计算复数、由复数实部和虚部计算复数(Real and Image to Complex)。 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真26School of Electrical Engineering and Automation数字显示数

36、字显示浮动示波器浮动示波器输出端口输出端口示波器示波器仿真停止仿真停止信号终结端信号终结端将数据写入文件保存将数据写入文件保存将数据写入工作空间将数据写入工作空间显示二维图形显示二维图形 输出模块组输出模块组 模块功能说明模块功能说明5. 5.输出输出/ /接收器（接收器（SinksSinks）模块组）模块组 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真27School of Electrical Engineering and Automation1. 示波器模块示波器模块(Scope)功能：功能：显示在仿真过程中产生的输出信号，用于在示波器中显示输入信号与仿真时显示在仿真过程中产生的输出信号，

37、用于在示波器中显示输入信号与仿真时间的关系曲线，仿真时间为间的关系曲线，仿真时间为x轴。轴。2. 二维信号显示模块二维信号显示模块(XY Graph)功能：功能：在在MATLAB的图形窗口中显示一个二维信号图，并将两路信号分别作为示的图形窗口中显示一个二维信号图，并将两路信号分别作为示波器坐标的波器坐标的x轴与轴与y 轴，同时把它们之间的关系图形显示出来。轴，同时把它们之间的关系图形显示出来。3. 显示模块显示模块(Display)功能：功能：按照一定的格式显示输入信号的值。可供选择的输出格式包括：按照一定的格式显示输入信号的值。可供选择的输出格式包括：short、long、short_e、l

38、ong_e、bank等。等。4. 输出到文件模块输出到文件模块(To File)功能：功能：按照矩阵的形式把输入信号保存到一个指定的按照矩阵的形式把输入信号保存到一个指定的MAT文件。第一行为仿真时文件。第一行为仿真时间，余下的行则是输入数据，一个数据点是输入矢量的一个分量。间，余下的行则是输入数据，一个数据点是输入矢量的一个分量。5. 输出到工作空间模块输出到工作空间模块(To Workspace)功能：功能：把信号保存到把信号保存到MATLAB的当前工作空间，是另一种输出方式。的当前工作空间，是另一种输出方式。6. 终止信号模块终止信号模块(Terminator)功能：功能：中断一个未连接

39、的信号输出端口。中断一个未连接的信号输出端口。7. 结束仿真模块结束仿真模块(Stop simulation)功能：功能：停止仿真过程。当输入为非零时，停止系统仿真。停止仿真过程。当输入为非零时，停止系统仿真。 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真28School of Electrical Engineering and Automation带宽限幅白噪声带宽限幅白噪声频率递增正弦波频率递增正弦波仿真时间仿真时间常数常数无限计数器无限计数器有限计数器有限计数器在规定的采样间隔产生仿真时间在规定的采样间隔产生仿真时间来源为数据文件来源为数据文件来源为来源为MATLAB的工作空间的工作空间接

40、地端口接地端口输入信号端口输入信号端口 信号源模块组信号源模块组模块功能说明模块功能说明6. 6.输入输入/ /信号源信号源（SourcesSources）模块组模块组 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真29School of Electrical Engineering and Automation脉冲发生器脉冲发生器斜坡信号斜坡信号 产生正态分布的随机数产生正态分布的随机数生产规律性重复信号生产规律性重复信号重复序列内插值重复序列内插值重复阶梯序列重复阶梯序列创建信号创建信号普通信号源发生器普通信号源发生器正弦信号正弦信号阶跃信号阶跃信号均匀分布随机数均匀分布随机数信号源模块组信号源

41、模块组模块功能说明模块功能说明 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真30School of Electrical Engineering and Automation1输入常数模块输入常数模块(Constant)功能：功能：产生一个常数。该常数可以是实数，也可以是复数。2信号源发生器模块信号源发生器模块(Signal Generator)功能：功能：产生不同的信号，其中包括：正弦波、方波、锯齿波信号。3从文件读取信号模块从文件读取信号模块(From File)功能：功能：从一个MAT文件中读取信号，读取的信号为一个矩阵，其矩阵的格式与To File模块中介绍的矩阵格式相同。如果矩阵在同一采

42、样时间有两个或者更多的列，则数据点的输出应该是首次出现的列。4从工作空间读取信号模块从工作空间读取信号模块(From Workspace)功能：功能：从MATLAB工作空间读取信号作为当前的输入信号。5随机数模块随机数模块(Random Number)功能：功能：产生正态分布的随机数，默认的随机数是期望为0，方差为1的标准正态分布量。6带宽限制白噪声模块带宽限制白噪声模块(Band Limited White Noise)功能：功能：实现对连续或者混杂系统的白噪声输入。 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真31School of Electrical Engineering and Aut

43、omation余弦函数查询表余弦函数查询表直接直接n n维信号查表维信号查表n n维插值维插值一维查表一维查表二维查表二维查表n n维信号查表维信号查表动态查询表动态查询表预查询索引搜寻预查询索引搜寻正弦函数查询表正弦函数查询表查表模块组查表模块组 模块功能说明模块功能说明 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真32School of Electrical Engineering and Automation1. 一维查表模块一维查表模块(Look-Up Table) 一维查表模块(Look-Up Table)实现对单路输入信号的查表和线性插值。2二维查表模块二维查表模块(Look-Up T

44、able 2-D)功能：功能：根据给定的二维平面网格上的高度值，把输入的两个变量经过查表、插值，计算出模块的输出值，并返回这个值。说明：对二维输入信号进行分段线性变换。3自定义函数模块自定义函数模块(Fcn)功能：功能：用于将输入信号进行指定的函数运算，最后计算出模块的输出值。说明：输入的数学表达式应符合C语言编程规范；与MATLAB中的表达式有所不同，不能完成矩阵运算。4MATLAB函数模块函数模块(MATLAB Fcn)功能：功能：对输入信号进行MATLAB函数及表达式的处理。说明：模块为单输入模块；能够完成矩阵运算。注意：从运算速度角度，Math function模块要比Fcn模块慢。当

45、需要提高速度时，可以考虑采用Fcn 或者S函数模块。5S-函数模块函数模块(S-Function)功能：功能：按照Simulink标准，编写用户自己的Simulink函数。它能够将MATLAB语句、C语言等编写的函数放在Simulink模块中运行，最后计算模块的输出值。 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真33School of Electrical Engineering and Automation信号总线分配器信号总线分配器信号总线生成器信号总线生成器信号总线选择器信号总线选择器数据存储数据存储数据存储读取数据存储读取数据存储写入数据存储写入分路器分路器环境控制器环境控制器读矩阵读矩

46、阵 信号线路模块组信号线路模块组 模块功能说明模块功能说明 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真34School of Electrical Engineering and Automation写矩阵写矩阵标签可视化标签可视化索引向量索引向量手动选择开关手动选择开关信号合并信号合并在多输入中选择一输出的开关在多输入中选择一输出的开关混路器混路器选路器选路器多路开关多路开关 信号线路模块组信号线路模块组模块功能说明模块功能说明 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真35School of Electrical Engineering and Automation结构子系统结构子系统单元子系

47、统单元子系统代码重用子系统代码重用子系统使能使能使能和触发子系统使能和触发子系统使能子系统使能子系统ForFor循环控制子系统循环控制子系统函数响应生成函数响应生成函数响应子系统函数响应子系统条件操作条件操作IfIf语句作用子系统语句作用子系统 端口与子系统模块组端口与子系统模块组模块功能说明模块功能说明 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真36School of Electrical Engineering and Automation输入端口输入端口模型模型输出端口输出端口子系统子系统子系统样例子系统样例条件选择条件选择SwitchSwitch语句作用子系统语句作用子系统触发操作触发操

48、作触发子系统触发子系统WhileWhile循环控制系统循环控制系统 模块功能说明模块功能说明端口与子系统模块组端口与子系统模块组 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真37School of Electrical Engineering and Automation位清零位清零置位置位逐位操作逐位操作组合逻辑组合逻辑与常量比较与常量比较与零比较与零比较检测突变检测突变检测递减检测递减检测负下降沿检测负下降沿检测非负下降沿检测非负下降沿逻辑与位操作模块组逻辑与位操作模块组模块功能说明模块功能说明 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真38School of Electrical Engine

49、ering and Automation检测递增检测递增检测非负上升沿检测非负上升沿检测正上升沿检测正上升沿提取位提取位检测开区间检测开区间动态检测开区间动态检测开区间逻辑运算逻辑运算关系运算关系运算算术平移算术平移逻辑与位操作模块组逻辑与位操作模块组模块功能说明模块功能说明 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真39School of Electrical Engineering and Automation参数确定参数确定检测离散的斜率检测离散的斜率检测动态区间范围检测动态区间范围检测动态下限检测动态下限检测动态变化范围检测动态变化范围检测动态上限检测动态上限检测分辨率检测分辨率检测静态

50、区间范围检测静态区间范围检测静态下限检测静态下限检测静态变化范围检测静态变化范围检测静态上限检测静态上限模型检测模块组模型检测模块组模块功能说明模块功能说明 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真40School of Electrical Engineering and Automation模块支持表模块支持表文档模块文档模块模型信息模型信息基于时间的线性分析基于时间的线性分析触发线性分析触发线性分析 模型扩充模块组模型扩充模块组 模块功能说明模块功能说明 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真41School of Electrical Engineering and Automati

51、on多路信号转化向量多路信号转化向量数据类型转换数据类型转换继承数据类型转换继承数据类型转换数据类型复制数据类型复制数据类型传送数据类型传送数据类型传送样例数据类型传送样例数据类型缩放数据类型缩放信号属性模块组信号属性模块组 模块功能说明模块功能说明 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真42School of Electrical Engineering and Automation显示信号初始状态显示信号初始状态信号探测信号探测比率变换比率变换信号转换信号转换信号特性检测信号特性检测权重采样时间权重采样时间信号带宽检测信号带宽检测 信号属性模块组信号属性模块组 模块功能说明模块功能说明

52、2008 HFUT自动控制系统计算机仿真43School of Electrical Engineering and Automation嵌入嵌入MATLABMATLAB函数函数用户自定义函数用户自定义函数M M文件的文件的S S函数函数现有函数现有函数调用调用S S函数函数建立建立S S函数函数S S函数样例函数样例 用户自定义函数模块组用户自定义函数模块组 模块功能说明模块功能说明 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真44School of Electrical Engineering and Automation5.1.2 Simulink5.1.2 Simulink其他工具箱模块组

53、其他工具箱模块组 除了基本的模块组以外，还有许多其他工具箱模块组。包括：除了基本的模块组以外，还有许多其他工具箱模块组。包括：Aerospace BlocksetAerospace Blockset航空航天模块库、航空航天模块库、CDMA Reference BlocksetCDMA Reference Blockset 码分码分多址参考模块库、多址参考模块库、Comunications BlocksetComunications Blockset通讯模块库、通讯模块库、Control Control System ToolboxSystem Toolbox控制系统工具箱、控制系统工具箱、Di

54、als & Gauges BlocksetDials & Gauges Blockset刻度盘及量刻度盘及量表模块库、表模块库、Fuzzy Logic ToolboxFuzzy Logic Toolbox模糊逻辑工具箱、模糊逻辑工具箱、Model Predictive Model Predictive Control ToolboxControl Toolbox模型预测控制工具箱、模型预测控制工具箱、Neural Network BlocksetNeural Network Blockset神经神经网络模块库、网络模块库、RF BlocksetRF Blockset射频模块库、射频模块库、Si

55、gnal Processing BlocksetSignal Processing Blockset信号信号处理模块、处理模块、SimMechanicsSimMechanics、SimPowerSystemsSimPowerSystems、SimulinkSimulink Control Control DesignDesign、SimulinkSimulink Parameter Estimation Parameter Estimation参数估计、参数估计、SimulinkSimulink Response Response OptimizationOptimization响应优化、响应

56、优化、VirtureVirture Reality Reality等等。等等。这些模块组或工具箱都是针对各领域的专用工具模块。这些模块组或工具箱都是针对各领域的专用工具模块。 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真45School of Electrical Engineering and Automation 对于自动控制系统仿真，最常用的是以下几个：对于自动控制系统仿真，最常用的是以下几个：Control System Control System ToolboxToolbox控制系统工具箱、控制系统工具箱、Fuzzy Logic ToolboxFuzzy Logic Toolbox模糊

57、逻辑工具箱、模糊逻辑工具箱、Model Predictive Control ToolboxModel Predictive Control Toolbox模型预测控制工具箱、模型预测控制工具箱、Neural Neural Network BlocksetNetwork Blockset神经网络模块库、神经网络模块库、Signal Processing BlocksetSignal Processing Blockset信号处信号处理模块、理模块、SimMechanicsSimMechanics仿真机理、仿真机理、SimPowerSystemsSimPowerSystems仿真动力系统仿真动力

58、系统 、Simulink Control Design “SimulinkSimulink Control Design “Simulink的控制设计的控制设计”、Simulink Parameter Simulink Parameter Estimation“SimulinkEstimation“Simulink的参数估计的参数估计”等。等。 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真46School of Electrical Engineering and AutomationSimulink模块库模块库 通信模块集通信模块集 控制系统工具箱控制系统工具箱 DSP(数字信号处理数字信号处理

59、)模块集模块集 定点模块集定点模块集 模糊逻辑工具箱模糊逻辑工具箱 神经网络模块集神经网络模块集 功率系统模块集功率系统模块集 实时工作空间库实时工作空间库 S-函数示例函数示例Simulink附加库附加库 系统辨识模块集系统辨识模块集虚拟现实工具箱虚拟现实工具箱 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真47School of Electrical Engineering and Automation5.2 Simulink建模与仿真建模与仿真5.2.1 Simulink5.2.1 Simulink建模方法简介建模方法简介在在SimulinkSimulink Library Browser L

60、ibrary Browser的库中选择了所需要的模块以后，可以将的库中选择了所需要的模块以后，可以将模块拖拽到模型窗口中，这样就建立了一个模块拖拽到模型窗口中，这样就建立了一个SimulinkSimulink模型。例如：模型。例如： 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真48School of Electrical Engineering and Automation控制系统动态结构图模型建立控制系统动态结构图模型建立1 1模型窗口的建立模型窗口的建立 2008 HFUT自动控制系统计算机仿真49School of Electrical Engineering and Automation2