《机电系统与仿真技术》课件-9Simulink集成仿真环境2课时

第3讲Simulink集成仿真环境目标与要求：熟悉Simulink集成环境，了解仿真模块浏览器中公用模块库和专业模块库的功能与作用，能够进行简单的子系统创建与封装。教学内容：1Simulink的启动与运行；2Simulink模块库的介绍；3Simulink模块操作与信号操作；4Simulink仿真设置;5自定义模块。10/17/2025机械电子工程教研室0.Simulink简介整体上而言,Simulink是一个系统级的设计和仿真工具，它可以为各种各样的系统建立模型。使用Simulink很容易创建系统的模型，设置仿真参数，然后对模型进行仿真。Simulink和Matlab是高度集成的，用户可以借助Matlab强大的数据分析和可视化功能来分析系统仿真结果。

simulink模型在视觉上表现为方框图，在文件上则是扩展名为mdl的ASCII代码；在数学上体现为一组微分方程或差分方程；在行为上模拟了物理器件构成的实际系统的动态特性。一般的Simulink结构如下：InputSimulationsystemOutput10/17/2025机械电子工程教研室0.Simulink简介仿真原理当在框图视窗中进行仿真的同时，matlab实际上是运行保存于simulink内存中s函数的映象文件，而不是解释运行该mdl文件。s函数并不是标准m文件，它m文件的一种特殊形式。结构图创建方法一个动态系统的创建过程，就是一个方框图的绘制过程。10/17/2025机械电子工程教研室0.Simulink简介——仿真步骤利用Simulink进行系统仿真的步骤是：启动Simulink，打开Simulink模块库打开空白模型窗口；建立Smulink仿真模型；设置仿真参数，进行仿真；输出仿真结果。10/17/2025机械电子工程教研室1.Simulink的启动与运行——启动方式1）菜单方式2）命令方式3）快捷方式模型界面模块库浏览器10/17/2025机械电子工程教研室1.Simulink的启动与运行——启动方式仿真建模窗口10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库公共模块库共15个基础库10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库Commonlyusedblocks常用Continuous连续系统Discontinuous非连续系统Discrete离散系统LogicandBitOperations逻辑与位操作LookupTables查表MathOperations数学运算ModelVerification模型验证Model-WideUtilities实用Ports&Subsystems端口与子系统SignalAttributes信号特性SignalRouting信号流路Sinks信号输出方式模块库Source信号源模块库AdditionalMath&Discrete其他数学和离散模块库10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库Commonlyusedblocks常用10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库Continuous连续系统10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库Continuous连续系统10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库Discontinuous非连续系统10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库Discontinuous非连续系统10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库Discrete离散系统10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库Discrete离散系统10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库LogicandBitOperations逻辑与位操作10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库LogicandBitOperations逻辑与位操作10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库LookupTables查表10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库LookupTables查表10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库MathOperations数学运算10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库MathOperations数学运算10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库ModelVerification模型验证10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库ModelVerification模型验证10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库Ports&Subsystems端口与子系统10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库Ports&Subsystems端口与子系统10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库SignalRouting信号流路10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库SignalRouting信号流路10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库Sinks信号输出方式模块库10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库Sinks信号输出方式模块库10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库Source信号源模块库10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库Source信号源模块库10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——公共模块库User-DefinedFunctions用户定义函数10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——专业模块库Matlab所有专业模块10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——专业模块库10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——专业模块库10/17/2025机械电子工程教研室2.Simulink模块库的介绍——专业模块库10/17/2025机械电子工程教研室3.Simulink模块操作与信号操作—基本操作1）改变模块方向：Rotateblock；或者使用Ctrl+R2）自动连线：若要自动连接模块，则用鼠标选择模块，然后按下Ctrl键，再用鼠标单击目标模块，这时Simulink会自动把原模块的输出端与目标模块的输入端连接起来。旋转前旋转后10/17/2025机械电子工程教研室3.Simulink模块操作与信号操作—基本操作3）改变模块名称、名称字体用鼠标左键双击模块名称，则模块名称变成文本状态。这时用计算机改变既定名称。选中模块，然后选择【format】菜单下的font选项；这时会弹出SetFont窗口。在该窗口中必变模块字体的大小、字形和字体，完成后单击确定，即可完成改变模块名称字体。10/17/2025机械电子工程教研室3.Simulink模块操作与信号操作—基本操作4）改变模块位置有两种方式改变模块位置：第一种方式：利用鼠标左键单击选择模块，不放松左键，然后将模块托到想要放置的位置；第二种方式：利用【format】菜单下的FlipName选项，将模块位置改变到对面位置。第1种方式第2种方式10/17/2025机械电子工程教研室3.Simulink模块操作与信号操作—基本操作5）是否显示模块名称、指定方块图颜色选中想要显示模块的名称，然后选择【format】菜单下的hidename命令隐藏名称。若要再选中该选项，该命令则改变为ShowName，选择这个命令则表示要把隐藏的模块名称显示出来。若要设置方框图的背景色，则选择【format】菜单下的ScreenColor命令。若要设置模块或标注的背景色，则选择【format】菜单下的BackgroudColor命令。若要设置模块或标注的前景色，则选择【format】菜单下的foregroudColor命令。10/17/2025机械电子工程教研室3.Simulink模块操作与信号操作—参数设置设定模块特定参数第一种方式：在模型窗口中选择模块，然后选择【edit】菜单下Blockproperties命令。第二种方式：用鼠标右键单击模块，从弹出的动态菜单上选择Blockproperties命令；第三种方式：用鼠标双击模块，也会弹出改变特定参数对话框。第1种方式第2种方式第3种方式10/17/2025机械电子工程教研室3.模块操作与信号操作—标注方框图单击鼠标左键，则出现文本编辑框。在该文本编辑框内输入标注内容。若想要移动标注文本，则需用鼠标单击选中文本框移动，然后放置到新位置即可，示例如下图所示。若要删除标注，按下Shift键，则用鼠标选中各模块，然后按下delete键或者backspace键即可。若要对齐标注，则先选中相应模块然后选择【format】菜单下的textalignment选项即可。也可用TeX格式命令对模块标注。10/17/2025机械电子工程教研室3.模块操作与信号操作—信号操作信号属性显示：Widenonscalarline：加宽Simulink模型中显示用来绘制非标量信号的线。Signaldimensions：在非标量信号旁显示传输信号的维数。Portdatadisplays：在信号输出端口显示传输信号的数据类型。StorageClass：传输信号的存储类型。Testpoint/LoggingIndicators：测试点或者记录指示器SignalResolutionIndicators：信号分辨率指示器LinearizationIndicators：线性化指示器ViewerIndicators：视角指示器10/17/2025机械电子工程教研室3.模块操作与信号操作—信号组操作1）创建信号组操作：第一步从Simulink的Source库中拖动一SignalBuilder模块，并其放入用户所建的仿真模型中。缺省时，模块表示一个包含单个信号源的信号组，该信号源为一方波，如下图。

第二步使用SignalBuilder编辑器创建其他信号组，或者向信号组中添加信号，更改已存在的信号和信号组，并选择信号的输出模块组。第三步把模块的输出连接到系统方块图中，模块会为每个输出信号显示一个输出端口。用户可在仿真模型中创建任意多个SignalBuilder模块。10/17/2025机械电子工程教研室3.模块操作与信号操作—信号组操作2）编辑与删除信号组操作：如果对于同一信号源，用户想要创建信号组，那么用户必须使用【Group】菜单下的Copy命令；若要删除信号组，那么用户可使用【Group】菜单下的Delete命令。10/17/2025机械电子工程教研室3.模块操作与信号操作—信号组操作3）信号组重新命名操作：如果对于同一信号源，用户想要改变信号组名称，那么用户必须使用【Group】菜单下的Rename命令。10/17/2025机械电子工程教研室3.模块操作与信号操作—信号组操作4）移动信号组操作：如果对于同一信号源，用户想要移动信号组，那么用户必须使用【Group】菜单下的MoveRight命令或者MoveLeft命令。10/17/2025机械电子工程教研室3.模块操作与信号操作—信号组操作5）信号组下的信号操作：SignalBuilder对话框允许用户创建、剪切、粘贴、隐藏、删除信号组中信号。10/17/2025机械电子工程教研室4.Simulink的仿真设置——启动仿真参数对话框在ConfigureParameters对话框内用户可以根据自己的需要进行参数设置。除了参数设置外，也可以把参数指定为Matlab表达式，这个表达式通常由常值、工作区变量名、Matlab函数以及各种数学运算符号组成。参数设置完毕后，单击Apply按钮应用设置，或者单击Ok按钮关闭对话框。如果需要的话，也可以保存模型，以保存所设置的仿真模型参数。10/17/2025机械电子工程教研室4.Simulink的仿真设置——控制仿真执行对话框10/17/2025机械电子工程教研室4.Simulink的仿真设置——仿真参数设置1）Solver求解器：10/17/2025机械电子工程教研室4.Simulink的仿真设置——仿真参数设置2）DataImport/Export数据输入/输出设置：10/17/2025机械电子工程教研室4.Simulink的仿真设置——仿真参数设置3）信号输出显示：10/17/2025机械电子工程教研室5.Simulink的自定义模块1）Fcn模块用于通过自定义函数或表达式进行运算；2）InterpretedMatlabfunction模块用于Matlab函数解释；3）Level-2MATLABS-Function模块是M文件S函数；4）MatlabFunction模块用于调用Matlab现有的函数求取信号的函数值；5）S-Function模块用于调用自编写的S函数进行运算；6）S-FunctionBuilder模块用于将用户提供的S函数和C语言源代码构造成一个MEXS函数；7）S-FunctionExamples模块用于S函数举例。10/17/2025机械电子工程教研室6.Simulink子系统的创建与封装——创建创建Simulink子系统有两种方法：（1）对已经存在的模型的某些部分或全部使用菜单命令【Edit>CreatSubsystem】将你性压缩转换，使之成为子系统；（2）使用Subsystems模块库中的Subsystem模块直接创建子系统。

Simulink子系统的2种作用：（1）系统模型更加简捷和可读性高；（2）子系统可以反复调用，节省建模时间。10/17/2025机械电子工程教研室6.Simulink子系统的创建与封装——创建通过已有模块创建子系统，操作步骤如下：(1)先选择要建立子系统的模块，不包括输入端口和输出端口。(2)选择模型编辑窗口Edit菜单中的CreateSubsystem命令，这样，子系统就建好了。在这种情况下，系统会自动把输入模块和输出模块添加到子系统中，并把原来的模块变为子系统的图标。10/17/2025机械电子工程教研室6.Simulink子系统的创建与封装——封装子系统的封装所谓子系统的封装(Masking)，就是为子系统定制对话框和图标，使子系统本身有一个独立的操作界面，把子系统中的各模块的参数对话框合成一个参数设置对话框，在使用时不必打开每个模块进行参数设置，这样使子系统的使用更加方便。子系统的封装过程很简单，先选中所要封装的子系统，再选择模型编辑窗口Edit菜单中的Masksubsystem命令，这时将出现封装编辑器(MaskEditor)对话框。

MaskEditor对话框中共包括4个选项卡：Icon、Parameters、Initialization和Documentation。子系统的封装主要就是对这4页参数进行设置。10/17/2025机械电子工程教研室6.Simulink子系统的创建与封装——封装10/17/2025机械电子工程教研室10/17/2025机械电子工程教研室1.Simulink建模的基本步骤—仿真示例例4-1.用Simulink显示y=sin(x)正弦信号波形分析：题目中可以知道：要实现仿真则至少需要正弦信号模块与显示模块。操作步骤1打开浏览器10/17/2025机械电子工程教研室1.Simulink建模的基本步骤—仿真示例操作步骤2新建模型窗口10/17/2025机械电子工程教研室1.Simulink建模的基本步骤—仿真示例操作步骤3选择仿真模块10/17/2025机械电子工程教研室1.Simulink建模的基本步骤—仿真示例操作步骤4模块操作及连线10/17/2025机械电子工程教研室1.Simulink建模的基本步骤—仿真示例操作步骤5修改标识符10/17/2025机械电子工程教研室1.Simulink建模的基本步骤—仿真示例操作步骤6设置仿真模块参数10/17/2025机械电子工程教研室1.Simulink建模的基本步骤—仿真示例操作步骤7保存模型10/17/2025机械电子工程教研室1.Simulink建模的基本步骤—仿真示例操作步骤8仿真对话框参数设置2025/10/17机械电子工程教研室1.Simulink建模的基本步骤—仿真示例操作步骤9运行模型10/17/20252025/10/17机械电子工程教研室1.Simulink建模的基本步骤—仿真示例操作步骤10显示仿真曲线10/17/20252.Simulink模型运行与保存——运行1)菜单法2)图标法3)快捷键法：Ctrl+T4)命令法：将仿真模型置入Matlab的目标目录内，然后在Matlab命令窗口中直接输入待仿真运行模型名称即可。2.Simulink模型运行与保存——保存1)菜单法2)图标法3)快捷键法：Ctrl+S10/17/20252.Simulink模型运行与保存——打开1)命令窗口菜单法2)命令窗口图标法3)模型浏览器中打开模型4)模型窗口中打开模型10/17/202510/17/2025机械电子工程教研室4.Simulink建模实例——图形化仿真模型【例4—2】信号平方运算。系统的功能是对输入的信号进行平方运算。现要求建立系统的Simulink模型并进行简单的仿真分析。具体要求如下：（1）系统输入信号源：幅值为2的正弦波（2）使用Scope显示原始信号和结果信号（3）生成系统运算部分的子系统

（4）生成信号标签并传递2025/10/17机械电子工程教研室4.Simulink建模实例——图形化仿真模型解：第一步，选择模块（组件）：

(1)Sources库中的SineWave块

(2)Math库中的Product块

(3)Commonlyusedblocks库中的Mux块

(4)Sinks库中的Scope块

10/17/20252025/10/17机械电子工程教研室4.Simulink建模实例——图形化仿真模型第二步，建立仿真模型：

(1)连接系统模块

(2)选择一个包含Product和Mux块的区域，建立相应的子系统

(3)在主系统中生成输入信号的标签，在子系统中生成输出信号的标签

(4)传递信号的标签

(5)改变输入和输出端口的名字

(6)保存模型10/17/20252025/10/17机械电子工程教研室4.Simulink建模实例——图形化仿真模型选择product和MUX模块，生成子系统选择Edit/CreateSubsystem菜单命令。生成子系统模块10/17/20252025/10/17机械电子工程教研室4.Simulink建模实例——图形化仿真模型生成信号标签修改子系统标签10/17/20252025/10/17机械电子工程教研室4.Simulink建模实例——图形化仿真模型第三步，设置模块参数，并使用默认的仿真参数进行仿真。在例4-1中，只需要对系统输入信号源SineWave模块进行参数设置即可（双击SineWave模块），设置正弦信号的幅值为2，如下图1所示。系统仿真结果如下图2所示。图1图210/17/20252025/10/17机械电子工程教研室4.Simulink建模实例——图形化仿真模型【4-3】微分方程y’’(t)+3y’(t)+2y(t)=f(t)描述的因果系统，输入f(t)=2u(t)，求系统的零状态响应。方法一：传递函数描述仿真1）模块选择：Step模块：Simulink/Source模块库；TransferFcn模块：Simulink/Continuous模块库；Scope模块： Simulink/Sinks模块库；2）参数设置：Step模块： Steptime=1,FinalValue=2；TransferFcn模块：Numerator=1,Denominator=[132]10/17/20252025/10/17机械电子工程教研室4.Simulink建模实例——图形化仿真模型搭建模型仿真结果10/17/20252025/10/17机械电子工程教研室4.Simulink建模实例——图形化仿真模型方法二：微分方程描述仿真1、模块选择：Step模块： Simulink/Source模块库；Integrator模块： Simulink/Continuous模块库；Gain模块： Simulink/MathOperations模块库；Sum模块： Simulink/MathOperations模块库；Scope模块： Simulink/Sinks模块库；2、模块参数设置：Step模块： Steptime=0,FinalValue=2；Sum模块： Iconshape设为”rectangular”

Listofsigns设为”+--”10/17/20252025/10/17机械电子工程教研室4.Simulink建模实例——图形化仿真模型搭建模型仿真结果10/17