第六章-simulink模块库介绍课件

第六章simulink模块库介绍第六章simulink模块库介绍6.1常用模块库初学simulink，常用模块（commonlyusedblocks）使用最为频繁。在Simulink浏览器中，单击左侧“commonlyusedblocks”节点，可打开常用模块库。图1常用模块库6.1常用模块库初学simulink，常用模块图1常用模

常用模块库包括：Buscreator（总线信号产生器）,commonlybusselector（常用总线信号选择器）,constant（常数模块）,datatypeconversation（数据类型转换）,demux（信号分离器）,mux（信号合成器）,gain（增益）等。常用模块库包括：Buscreator（总线信号1、总线信号生成与总线信号选择模块Buscreator用于将多个信号合成为一个总线信号；Busselector选择总线信号的一个或多个。如图2所示，有三种输入信号：正弦、阶跃、脉冲。为便于观察，设置阶跃信号阶跃时间为1.2s，初始值为0，终止值为0.5（如图3所示）。Buscreator输入信号改为3（图4）。Busselector选择信号1和3（图5）。双击scope模块，再单击Parameters参数，将坐标数改为2。最终运行效果如图6所示。1、总线信号生成与总线信号选择模块Buscre图2图3图4图2图3图4图5图6图5图62、信号合成与信号分离模块mux和demux功能与总线信号生成和总线信号选择模块近似。但是mux与demux是对所有信号进行合成与分离的。双击mux模块，在参数对话框将numberofinputs参数改为3。同样设置demux，将numberofoutputs参数改为3。仿真结果如图8所示。2、信号合成与信号分离模块mux和demux功图7图8图7图83、数据类型转换模块

Datatypeconversion可将输入数据类型转换为指定输出类型。具体选择有：inherit（与输入数据保持一致）、double、single、int8等。同时可以选择取整方向。Zero:向零取整；nearest：向最接近整数取整；floor:向负无穷取整；ceiling:向正无穷取整。3、数据类型转换模块Datatypeconv4、积分模块Integrator模块为连续时间积分单元。双击图9中该模块，在initialcondition可设置积分其初始值，在limitoutput可设置输出最大和最小值。仿真运行结果如图10所示。图94、积分模块Integrator模块为连续时间积分单元图10图105、离散时间积分模块Discretetimeintegrator（离散时间积分），可完成离散系统积分作用。如图11所示，双击离散积分模块，设置gainvalue（积分增益值），改变积分速度。在sampletime文本框可设置离散积分采样时间，如设置为-1，表示与输入信号采样时间一致。在limitoutput可设置积分输出上下限。在图11中设置Discretetimeintegrator1模块增益值为2，采样时间为0.5,仿真结果如图12所示。5、离散时间积分模块Discretetime图11图11图12图126、乘法与加法模块product乘法器模块用以求输入信号的乘积,双击模块可设置端口数。Sum模块用来求输入信号的加、减。在listofsigns可设置加减法符号。在Iconshape列表可修改其外形。6、乘法与加法模块product乘法器模块用以求输7、关系操作及逻辑操作模块Relationoperator关系操作模块可用来比较两个输入信号的大小关系。Logicoperator逻辑操作模块可用来求两输入变量的逻辑操作。7、关系操作及逻辑操作模块Relationo图13图13例：此系统可用如下方程表示系统的输出只与当前的输入值有关，而且随着仿真时间的继续在两个不同的代数方程之间切换。例：此系统可用如下方程表示图14图14图15图15

这里使用SignalRouting模块库中的Switch模块实现切换功能。Switch模块有三个输入端口，它根据第二个输入端口(中间的输入)的值来判断输出第一个输入端口(最上面的端口)或第三个输入端口(最下面的端口)的值，因此，第一个输入和第三个输入被称为数据输入，而第二个输入则被称为控制输入。图16是Switch模块的参数对话框。这里使用SignalRouting模块库中的Swi图16图168、增益、输入、输出及终端模块Gain可用来设置信号的放大倍数；in1（输入）在建子系统时作为信号的输入接口；out1（输出）在建子系统时作为信号的输出接口；终端(Terminator)可用来连接没有与其它模块连接的输出端口。8、增益、输入、输出及终端模块Gain可用来设置信号的放大倍6.2连续系统模块库

严格说来，一个具体的物理系统通常都是非线性系统，而且是以分布参数的形式存在的，但是由这样的非线性系统建立的数学模型，在需要求解非线性方程和偏微分方程时，是非常困难的。因此，在误差允许的范围内，可以将非线性模型线性化，或者直接用线性集总参数模型描述物理系统。

Simulink中的Continuous模块库提供了适用于建立线性连续系统的模块，包括积分器模块、传递函数模块、状态空间模块和零-极点模块等，这些模块为用户以不同形式建立线性连续系统模型提供了方便，如图17所示。6.2连续系统模块库严格说来，一个具体的物理系图17图17连续模块组传递函数模块状态方程模块零极点增益模块微分器、积分器、延迟、PID控制器连续模块组传递函数模块图18所示为弹簧—质量—阻尼器系统。图中，小车所受外力为F，小车位移为x。设小车质量为m=1，弹簧弹性系数k=3，阻尼系数f=4。设系统的初始状态设为静止平衡点外力函数为幅值等于1的阶跃量，仿真此小车的运动。图18图18所示为弹簧—质量—阻尼器系统。图中，小车所受外力为F，解法1：构建常微分方程根据牛顿运动定律，得到小车的运动方程将相关参数代入上式得将上述微分方程改写为式中解法1：构建常微分方程根据牛顿运动定律，得到小车的运动方程利用积分模块构建simulink模块u(t)x’xx’’图19利用积分模块构建simulink模块u(t)x’xx’’图图20小车位移随时间的变化图20小车位移随时间的变化解法2：利用传递函数

利用拉普拉斯变换，弹簧——质量——阻尼器微分方程可以转化为如下形式的传递函数代入参数值，有解法2：利用传递函数利用拉普拉斯变换，弹簧—图21图21解法3：零——极点表达式

零——极点表达式与传递函数相同，由解法2的传递表达式，我们可以得到解法3：零——极点表达式零——极点表达式与传递函数图22图22解法4：状态方程状态空间方程具有如下一般形式：可以求得：解法4：状态方程状态空间方程具有如下一般形式：可以求得：图23图23例蹦极跳系统按照物理规律，自由下落的物体满足牛顿运动定律：F=ma。在这个系统中，假设绳子的弹性系数为k，它的拉伸影响系统的动力响应。如果定义绳索下端的初始位置为0位置，x为拉伸位置，那么用b(x)表示绳子的张力，这个影响可以表示为例蹦极跳系统

设m为人的质量，g是重力加速度，a1、a2是空气阻尼系数，则系统方程可以表示为在MATLAB中建立这个方程的Simulink模型，这里需要使用两个积分器，因为方程中包含的导数的最高阶数为2，一旦x及其导数模型建立完毕，则可以使用一个增益模块(Gain模块)表示空气阻力比例系数，并使用Function模块表示空气阻力中的非线性部分。因为b(x)是通过门槛为0的x条件式确定的，所以这里使用一个Switch模块来实现判断条件。最终的系统Simulink模型方块图如图24所示。设m为人的质量，g是重力加速度，a1、a2是空气阻图24图24图25图256.3非连续系统模块库

此模块库在以前版本中也成为非线性模块库，包含一些非线性运算模块。图266.3非连续系统模块库此模块库在以前版本中也成1、saturation（饱和度）模块该模块对一个信号设定上下限。当输入在lowerlimit和upperlimit范围内变化时，输入信号无变化输出。若输入信号超出范围，则信号被限幅（值为上限或下限）。图271、saturation（饱和度）模块图272、deadzone（死区模块）模块的输出取决于输入和截止区的大小：（1）若输入落在截止区内，则输出为0（2）若输入大于或等于上限值，则输出等于输入减去上限值。（3）若输入小于或等于上限值，则输出等于输入减去下限值。图282、deadzone（死区模块）图283、wraptozero（限零）模块当输入信号超过threshold参数限定值时，模块产生零输出；当输入信号小于或等于限定值时，输入信号无变化输出。图293、wraptozero（限零）模块图294、backlash（磁滞回环）模块

该系统可以在三种模式之一：Disengaged—在这种模式下，输入不驱动输出，输出保持不变。Engagedinapositivedirection—在这种模式下，输入增加（具有正斜率），输出等于输入减去死区宽度的一半。

Engagedinanegativedirection—在这种模式下，输入降低（具有负斜率），输出等于输入加上死区宽度的一半。

4、backlash（磁滞回环）模块Backlash块好似两个齿啮合下面这张图说明当输入在死区宽度内，输入不驱动输出，即处于disengaged模式。

第二张图说明输入到达边界时，进入Engagedinapositivedirection模式。图30图31Backlash块好似两个齿啮合图30图31

最后一张图说明，当进入engaged模式时，输入如何影响输出。图32最后一张图说明，当进入engaged模式时，输入

上图中backlash模块使用默认设置：deadbandwidth=1，初始输出为0.图33图34上图中backlash模块使用默认设置：deadb5、继电器(relay)模块在两个值中轮流输出。当模块状态为on时，此状态一直保持直到输入下降到比swichoffpoint参数值小；若为off，此状态一直保持直到输入超过swichonpoint参数值。图355、继电器(relay)模块图356.4离散系统模块库

离散系统模块主要包括用于建立离散采样系统的模块。该模块库主要包括：图366.4离散系统模块库离散系统模块主要包括用于建立离散1、unitdelay（单位延迟)模块该模块延迟一个采样周期。2、integerdelay（整数延迟）模块该模块将输入延迟N个采样周期，N为自然数。图371、unitdelay（单位延迟)模块图37例：人口的动态变化一年的人口数量依赖于：(1)前一年的人口(2)人口的繁殖速率r，假设r=1.05(3)资源K，假设K=1000000(4)人口的初始值，假设为100000整个系统的动力学模型可由下面的差分方程给出：例：人口的动态变化图38图39图38图393、discretetransferfcn（离散传递函数）模块

DiscreteTransferFcn模块主要是以z多项式形式描述离散系统。DiscreteTransferFcn模块可实现如下标准形式的传递函数：

num和den包含z按降幂排列的分子和分母系数，分子的阶次必须大于或等于分母的阶次。3、discretetransferfcn（离散传递函数例：描述某LTI系统的方程为：求系统的单位序列零状态响应h(k)。解：对方程进行z变换得由上式可得

例：描述某LTI系统的方程为：图40图41图40图414、DiscreteZero-Pole（零极点传递函数）模块

DiscreteZero-Pole模块用来实现零极点形式的离散系统，对于单输入单输出的系统，传递函数的形式如下：这里，Z是零点向量，P是极点向量，K是零极点增益。极点的数目必须大于等于零点数目，即n≥m，零点和极点可以为复数。4、DiscreteZero-Pole（零极点传递函数对方程进行变换得对方程进行变换得图42图424．离散滤波器

DiscreteFilter模块实现IIR和FIR滤波器，用户必须以z-1的降幂排列指定分子和分母系数。DiscreteFilter模块通常是信号处理人员以z-1多项式形式描述数字滤波器，即4．离散滤波器

DiscreteFilter模块实现I6.5逻辑与位操作模块库Logicandbitoperation（逻辑与位操作）模块库提供了建立逻辑系统及数字系统simulink建模的基本模块。图426.5逻辑与位操作模块库Logicandbito6.6数学操作模块Mathoperation（数学操作）模块库提供了与数学运算相关的simulink仿真模块。图436.6数学操作模块Mathoperation（1、sum,add,subtract,sumofelements

这几个模块通过参数设置，都可以实现加、减操作。2、bias（偏差）模块该模块用于将输入量加上偏差。所依据公式为：

Y=U+Bias式中，U为模块输入；Y为输出；Bias为偏差。3、gain（增益）模块将模块的输入乘上一个指定的常数、变量或表达式后输出。1、sum,add,subtract,sumofelem4、Product（乘积）模块该模块对输入进行乘法或除法运算。5、mathfunction（数学函数）模块该模块可以进行多种常用数学函数运算。6、roundingfunction模块该模块用于实现常用的数学取整函数。4、Product（乘积）模块6.7表格查询模块Lookup（表格查询）模块库可以用来建立一维、二维或多维表格查询的simulink仿真模型。主要模块如下图所示。其中主要包括：一维表格查询模块、二维表格查询模块、多维表格查询模块。图446.7表格查询模块Lookup（表格查询）模例：试建立一个二维表格查询的simulink仿真模型如图45所示。双击sinewave模块，弹出参数对话框，设置如图46所示。对roundingfunction模块进行设置，如图47所示。双击lookuptable(2-D)模块，在rowindexinputvalue文本框中输入行索引值，在columnindexinputvalues文本框中输入列索引值。在tabledata文本框中输入表格元素值。例：试建立一个二维表格查询的simulink仿真模型图45图46图45图46图47图48图47图486.8端口与子系统模块Port&subsystems（端口与子系统）模块库用于创建各类子系统模型。该模块库所含模块如下图所示。图496.8端口与子系统模块Port&subsystems（端口8.9信号路由模块Signal(信号路由)模块库用于控制信号的传递路径。打开信号路由模块库，如下图所示。图508.9信号路由模块Signal(信号路由)模块库1、buscreator、busselect

它们分别用于生成信号总线或从输入总线上选择信号2、manualswitch、multiportswitch

这两个模块可在模块输入信号之间进行选择。3、merge(合并)模块该模块用于合并多重信号到一个信号1、buscreator、busselect例：用信号路由模块及其它模块建立simulink仿真模型图51例：用信号路由模块及其它模块建立simulink仿真模型图

Pulsegenerator、sinewave以及step模块设置如下（其它使用默认设置）：图52Pulsegenerator、sinewave最后的仿真结果如下：图53最后的仿真结果如下：图536.10接收模块sinks（接收）模块库中主要包括：图546.10接收模块sinks（接收）模块库中主要包括：1、terminator（信号终端）模块当某输出模块没有与其它模块相连接时，可使用terminator模块；否则将会报警。2、tofile模块将模块输出到文件3、toworkspace模块该模块将数据输出到工作空间。双击该模块弹出参数设置对话框，如图所示。可以在variablename中修改工作空间的变量名；还可以在saveformat里修改数据存储格式（通常选array）。1、terminator（信号终端）模块第六章-simulink模块库介绍课件数据观测模块模块库包括：4、scope模块以simulink仿真时间为横坐标，以示波器输入端口数据绘制纵坐标。5、XYGraph模块以第一个端口输入为X轴坐标，以第二个端口输入为Y轴坐标6、display模块该模块以数字形式显示当前输入的变量数值数据观测模块模块库包括：6.11信号源模块库

包含各种信号生成模块。信号生成器主要由step（阶跃信号），constant（恒值信号），sinewavre（正弦波信号），pulsegenerator（脉冲信号），Clock（时钟信号）组成。6.11信号源模块库包含各种信号生成模块。信号6.12用户自定义功能模块库Simulink提供了一个扩展功能模块库6.12用户自定义功能模块库Simulink提供了一1、Fcn（函数功能）模块这里可对输入变量进行各种数学操作。2、matlabFun模块这里可用matlab规定的各种功能函数对输入变量进行操作。如sin,cos等。3、embeddedmatlabfunction（嵌入式matlab功能函数）双击该模块，可打开一个M文件，编写M文件可对输入进行各种函数和数学操作。1、Fcn（函数功能）模块第六章-simulink模块库介绍课件11醉翁亭记

1．反复朗读并背诵课文，培养文言语感。

2．结合注释疏通文义，了解文本内容，掌握文本写作思路。

3．把握文章的艺术特色，理解虚词在文中的作用。

4．体会作者的思想感情，理解作者的政治理想。一、导入新课范仲淹因参与改革被贬，于庆历六年写下《岳阳楼记》，寄托自己“先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”的政治理想。实际上，这次改革，受到贬谪的除了范仲淹和滕子京之外，还有范仲淹改革的另一位支持者——北宋大文学家、史学家欧阳修。他于庆历五年被贬谪到滁州，也就是今天的安徽省滁州市。也是在此期间，欧阳修在滁州留下了不逊于《岳阳楼记》的千古名篇——《醉翁亭记》。接下来就让我们一起来学习这篇课文吧！【教学提示】结合前文教学，有利于学生把握本文写作背景，进而加深学生对作品含义的理解。二、教学新课目标导学一：认识作者，了解作品背景作者简介：欧阳修(1007—1072)，字永叔，自号醉翁，晚年又号“六一居士”。吉州永丰(今属江西)人，因吉州原属庐陵郡，因此他又以“庐陵欧阳修”自居。谥号文忠，世称欧阳文忠公。北宋政治家、文学家、史学家，与韩愈、柳宗元、王安石、苏洵、苏轼、苏辙、曾巩合称“唐宋八大家”。后人又将其与韩愈、柳宗元和苏轼合称“千古文章四大家”。

关于“醉翁”与“六一居士”：初谪滁山，自号醉翁。既老而衰且病，将退休于颍水之上，则又更号六一居士。客有问曰：“六一何谓也？”居士曰：“吾家藏书一万卷，集录三代以来金石遗文一千卷，有琴一张，有棋一局，而常置酒一壶。”客曰：“是为五一尔，奈何？”居士曰：“以吾一翁，老于此五物之间，岂不为六一乎？”写作背景：宋仁宗庆历五年(1045年)，参知政事范仲淹等人遭谗离职，欧阳修上书替他们分辩，被贬到滁州做了两年知州。到任以后，他内心抑郁，但还能发挥“宽简而不扰”的作风，取得了某些政绩。《醉翁亭记》就是在这个时期写就的。目标导学二：朗读文章，通文顺字1．初读文章，结合工具书梳理文章字词。2．朗读文章，划分文章节奏，标出节奏划分有疑难的语句。节奏划分示例

环滁/皆山也。其/西南诸峰，林壑/尤美，望之/蔚然而深秀者，琅琊也。山行/六七里，渐闻/水声潺潺，而泻出于/两峰之间者，酿泉也。峰回/路转，有亭/翼然临于泉上者，醉翁亭也。作亭者/谁？山之僧/曰/智仙也。名之者/谁？太守/自谓也。太守与客来饮/于此，饮少/辄醉，而/年又最高，故/自号曰/醉翁也。醉翁之意/不在酒，在乎/山水之间也。山水之乐，得之心/而寓之酒也。节奏划分思考“山行/六七里”为什么不能划分为“山/行六七里”？

明确：“山行”意指“沿着山路走”，“山行”是个状中短语，不能将其割裂。“望之/蔚然而深秀者”为什么不能划分为“望之蔚然/而深秀者”？明确：“蔚然而深秀”是两个并列的词，不宜割裂，“望之”是总起词语，故应从其后断句。【教学提示】引导学生在反复朗读的过程中划分朗读节奏，在划分节奏的过程中感知文意。对于部分结构复杂的句子，教师可做适当的讲解引导。目标导学三：结合注释，翻译训练1．学生结合课下注释和工具书自行疏通文义，并画出不解之处。【教学提示】节奏划分与明确文意相辅相成，若能以节奏划分引导学生明确文意最好；若学生理解有限，亦可在解读文意后把握节奏划分。2．以四人小组为单位，组内互助解疑，并尝试用“直译”与“意译”两种方法译读文章。3．教师选择疑难句或值得翻译的句子，请学生用两种翻译方法进行翻译。翻译示例：若夫日出而林霏开，云归而岩穴暝，晦明变化者，山间之朝暮也。野芳发而幽香，佳木秀而繁阴，风霜高洁，水落而石出者，山间之四时也。直译法：那太阳一出来，树林里的雾气散开，云雾聚拢，山谷就显得昏暗了，朝则自暗而明，暮则自明而暗，或暗或明，变化不一，这是山间早晚的景色。野花开放，有一股清幽的香味，好的树木枝叶繁茂，形成浓郁的绿荫。天高气爽，霜色洁白，泉水浅了，石底露出水面，这是山中四季的景色。意译法：太阳升起，山林里雾气开始消散，烟云聚拢，山谷又开始显得昏暗，清晨自暗而明，薄暮又自明而暗，如此暗明变化的，就是山中的朝暮。春天野花绽开并散发出阵阵幽香，夏日佳树繁茂并形成一片浓荫，秋天风高气爽，霜色洁白，冬日水枯而石底上露，如此，就是山中的四季。【教学提示】翻译有直译与意译两种方式，直译锻炼学生用语的准确性，但可能会降低译文的美感；意译可加强译文的美感，培养学生的翻译兴趣，但可能会降低译文的准确性。因此，需两种翻译方式都做必要引导。全文直译内容见《我的积累本》。目标导学四：解读文段，把握文本内容1．赏析第一段，说说本文是如何引出“醉翁亭”的位置的，作者在此运用了怎样的艺术手法。

明确：首先以“环滁皆山也”五字领起，将滁州的地理环境一笔勾出，点出醉翁亭坐落在群山之中，并纵观滁州全貌，鸟瞰群山环抱之景。接着作者将“镜头”全景移向局部，先写“西南诸峰，林壑尤美”，醉翁亭坐落在有最美的林壑的西南诸峰之中，视野集中到最佳处。再写琅琊山“蔚然而深秀”，点山“秀”，照应上文的“美”。又写酿泉，其名字透出了泉与酒的关系，好泉酿好酒，好酒叫人醉。“醉翁亭”的名字便暗中透出，然后引出“醉翁亭”来。作者利用空间变幻的手法，移步换景，由远及近，为我们描绘了一幅幅山水特写。2．第二段主要写了什么？它和第一段有什么联系？明确：第二段利用时间推移，抓住朝暮及四季特点，描绘了对比鲜明的晦明变化图及四季风光图，写出了其中的“乐亦无穷”。第二段是第一段“山水之乐”的具体化。3．第三段同样是写“乐”，但却是写的游人之乐，作者是如何写游人之乐的？明确：“滁人游”，前呼后应，扶老携幼，自由自在，热闹非凡；“太守宴”，溪深鱼肥，泉香酒洌，美味佳肴，应有尽有；“众宾欢”，投壶下棋，觥筹交错，说说笑笑，无拘无束。如此勾画了游人之乐。4．作者为什么要在第三段写游人之乐？明确：写滁人之游，描绘出一幅太平祥和的百姓游乐图。游乐场景映在太守的眼里，便多了一层政治清明的意味。太守在游人之乐中酒酣而醉，此醉是为山水之乐而醉，更是为能与百姓同乐而醉。体现太守与百姓关系融洽，“政通人和”才能有这样的乐。5．第四段主要写了什么？明确：写宴会散、众人归的情景。目标导学五：深入解读，把握作者思想感情思考探究：作者以一个“乐”字贯