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1、*第1页USTB-控制系统控制系统CADCAD及仿真及仿真-YYX SIMULINK 仿真基础n在工程实际中，控制系统的结构往往很复杂，如果不借助 专用的系统建模软件，则很难准确地把一个控制系统的复 杂模型输入计算机，对其进行进一步的分析与仿真。n1990年，Math Works软件公司为MATLAB提供了新的控制 系统模型图输入与仿真工具，并命名为SIMULAB，该工具 很快就在控制工程界获得了广泛的认可，使得仿真软件进 入了模型化图形组态阶段。但因其名字与当时比较著名的 软件SIMULA类似，所以1992年正式将该软件更名为 SIMULINK。nSIMULINK的出现，给控制系统分析与设计
2、带来了福音。顾 名思义，该软件的名称表明了该系统的两个主要功能： Simu（仿真）和Link（连接），即该软件可以利用鼠标在 模型窗口上绘制出所需要的控制系统模型，然后利用 SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真和分析。*第2页USTB-控制系统控制系统CADCAD及仿真及仿真-YYX SIMULINK 简介nSIMULINK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。n所谓模型化图形输入是指SIMU
3、LINK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。nSIMULINK的最新版本是SIMULINK4.0（包含在 MATLAB6.0里），MATLAB5.3里的版本为3.0版，它们的 变化不大。*第3页USTB-控制系统控制系统CADCAD及仿真及仿真-YYX SIMULINK 启动n在MATLAB命令窗口中输入simulinkn桌面上出现一个称为Simulink Library Browser的窗
4、口，在这个窗口 中列出了按功能分类的各种模块的名称。n用户也可以通过MATLAB主窗口的快捷按钮来打开Simulink Library Browser窗口。n在MATLAB命令窗口中输入simulink3n在桌面上出现一个用图标形式显示的Library :simulink3的Simulink 模块库窗口。n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。*第4页USTB-控制系统控制系统CADCAD及仿真及仿真-YYX SIMULINK 模块库nSIMILINK模块库按功能进行分类，包括以下8类子库：
5、nContinuous（连续模块）nDiscrete（离散模块）nFunction&Tables（函数和平台模块）nMath（数学模块）nNonlinear（非线性模块）nSignals&Systems（信号和系统模块）nSinks（接收器模块）nSources（输入源模块）*第5页USTB-控制系统控制系统CADCAD及仿真及仿真-YYX SIMULINK 模块库nContinuous（连续模块） continuous.mdlnIntegrator：输入信号积分nDerivative：输入信号微分nState-Space：线性状态空间系统模型nTransfer-Fcn：线性传递函数模型nZe
6、ro-Pole：以零极点表示的传递函数模型nMemory：存储上一时刻的状态值nTransport Delay：输入信号延时一个固定时间再输出nVariable Transport Delay：输入信号延时一个可变时间再输出*第6页USTB-控制系统控制系统CADCAD及仿真及仿真-YYX SIMULINK 模块库nDiscrete（离散模块） discrete.mdlnDiscrete-time Integrator：离散时间积分器nDiscrete Filter：IIR与FIR滤波器nDiscrete State-Space：离散状态空间系统模型nDiscrete Transfer-Fcn
7、：离散传递函数模型nDiscrete Zero-Pole：以零极点表示的离散传递函数模型nFirst-Order Hold：一阶采样和保持器nZero-Order Hold：零阶采样和保持器nUnit Delay：一个采样周期的延时*第7页USTB-控制系统控制系统CADCAD及仿真及仿真-YYX SIMULINK 模块库nFunction&Tables（函数和平台模块） function.mdlnFcn：用自定义的函数（表达式）进行运算nMATLAB Fcn：利用matlab的现有函数进行运算nS-Function：调用自编的S函数的程序进行运算nLook-Up Table：建立输入信号的查
8、询表（线性峰值匹配）nLook-Up Table(2-D)：建立两个输入信号的查询表（线性峰值匹配 ）*第8页USTB-控制系统控制系统CADCAD及仿真及仿真-YYX SIMULINK 模块库nMath（数学模块） math.mdlnSum：加减运算nProduct：乘运算nDot Product：点乘运算nGain：比例运算nMath Function：包括指数函数、对数函数、求平方、开根号等常用数学函 数nTrigonometric Function：三角函数，包括正弦、余弦、正切等nMinMax：最值运算nAbs：取绝对值nSign：符号函数nLogical Operator：逻辑运算
9、nRelational Operator：关系运算nComplex to Magnitude-Angle：由复数输入转为幅值和相角输出nMagnitude-Angle to Complex：由幅值和相角输入合成复数输出nComplex to Real-Imag：由复数输入转为实部和虚部输出nReal-Imag to Complex：由实部和虚部输入合成复数输出*第9页USTB-控制系统控制系统CADCAD及仿真及仿真-YYX SIMULINK 模块库nNonlinear（非线性模块） nonlinear.mdlnSaturation：饱和输出，让输出超过某一值时能够饱和。nRelay：滞环比较
10、器，限制输出值在某一范围内变化。nSwitch：开关选择，当第二个输入端大于临界值时，输出由第一个 输入端而来，否则输出由第三个输入端而来。nManual Switch：手动选择开关nSignal&Systems（信号和系统模块） sigsys.mdlnIn1：输入端。nOut1：输出端。nMux：将多个单一输入转化为一个复合输出。nDemux：将一个复合输入转化为多个单一输出。nGround：连接到没有连接到的输入端。nTerminator：连接到没有连接到的输出端。nSubSystem：建立新的封装（Mask）功能模块。*第10页USTB-控制系统控制系统CADCAD及仿真及仿真-YYX
11、SIMULINK 模块库nSinks（接收器模块） sinks.mdlnScope：示波器。nXY Graph：显示二维图形。nTo Workspace：将输出写入MATLAB的工作空间。nTo File(.mat)：将输出写入数据文件。nSources（输入源模块） sources.mdlnConstant：常数信号。nClock：时钟信号。nFrom Workspace：来自MATLAB的工作空间。nFrom File(.mat)：来自数据文件。nPulse Generator：脉冲发生器。nRepeating Sequence：重复信号。nSignal Generator：信号发生器，可
12、以产生正弦、方波、锯齿波及随意波。nSine Wave：正弦波信号。nStep：阶跃波信号。*第11页USTB-控制系统控制系统CADCAD及仿真及仿真-YYX SIMULINK 简单模型的建立及模型特点n简单模型的建立 exp5_1.mdlnStep 1: 建立模型窗口nStep 2: 将功能模块由模块库窗口复制到模型窗口nStep 3: 对模块进行连接，从而构成需要的系统模型n模型的特点n在SIMULINK里提供了许多如Scope的接收器模块，这使得用 SIMULNK进行仿真具有像做实验一般的图形化显示效果。nSIMULINK的模型具有层次性，通过底层子系统可以构建上层母系 统。nSIMU
13、LINK提供了对子系统进行封装的功能，用户可以自定义子系 统的图标和设置参数对话框。*第12页USTB-控制系统控制系统CADCAD及仿真及仿真-YYX SIMULINK 功能模块的处理n功能模块的基本操作，包括模块的移动、复制、删除、转向、改变大小 、模块命名、颜色设定、参数设定、属性设定、模块输入输出信号等。n模块库中的模块可以直接用鼠标进行拖曳（选中模块，按住鼠标左键不 放）而放到模型窗口中进行处理。n在模型窗口中，选中模块，则其4个角会出现黑色标记。此时可以对模 块进行以下的基本操作。n移动：选中模块，按住鼠标左键将其拖曳到所需的位置即可。若要脱离线 而移动，可按住shift键，再进行
14、拖曳。n复制：选中模块，然后按住鼠标右键进行拖曳即可复制同样的一个功能模 块。n删除：选中模块，按Delete键即可。若要删除多个模块，可以同时按住Shift 键，再用鼠标选中多个模块，按Delete键即可。也可以用鼠标选取某区域， 再按Delete键就可以把该区域中的所有模块和线等全部删除。n转向：为了能够顺序连接功能模块的输入和输出端，功能模块有时需要转 向。在菜单Format中选择Flip Block旋转180度，选择Rotate Block顺时针旋 转90度。或者直接按Ctrl+F键执行Flip Block，按Ctrl+R键执行Rotate Block。n改变大小：选中模块，对模块出现
15、的4个黑色标记进行拖曳即可。*第13页USTB-控制系统控制系统CADCAD及仿真及仿真-YYX SIMULINK 功能模块的处理n模块命名：先用鼠标在需要更改的名称上单击一下，然后直接更改即可。名称在功 能模块上的位置也可以变换180度，可以用Format菜单中的Flip Name来实现，也可以 直接通过鼠标进行拖曳。Hide Name可以隐藏模块名称。n颜色设定： Format菜单中的Foreground Color可以改变模块的前景颜色，Background Color可以改变模块的背景颜色；而模型窗口的颜色可以通过Screen Color来改变。n参数设定：用鼠标双击模块，就可以进入模
16、块的参数设定窗口，从而对模块进行参 数设定。参数设定窗口包含了该模块的基本功能帮助，为获得更详尽的帮助，可以 点击其上的help按钮。通过对模块的参数设定，就可以获得需要的功能模块。n属性设定：选中模块，打开Edit菜单的Block Properties可以对模块进行属性设定。包 括Description属性、 Priority优先级属性、Tag属性、Open function属性、Attributes format string属性。其中Open function属性是一个很有用的属性，通过它指定一个函 数名，则当该模块被双击之后，Simulink就会调用该函数执行，这种函数在MATLAB 中称为回调函数。n模块的输入输出信号：模块处理的信号包括标量信号和向量信号；标量信号是一种 单一信号，而向量信号为一种复合信号，是多个信号的集合，它对应着系统中几条 连线的合成。缺省情况下，大多数模块的输出都为标量信号，对于输入信号，模块 都具有一种“智能”的识别功能，能自动进行匹配。某些模块通过对参数的设定
