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1、第6章 动态仿真集成环境Simulink,2,1990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。 Simulink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编辑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。,3,6.1 Simulink简介,一、什么是Simulink Simulink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
2、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。 所谓模型化图形输入是指Simulink提供了一些按功能分类的基本系统模块，用户只需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。,4,Simulink可以处理的系统包括：线性、非线性系统；离散、连续及混合系统；单任务、多任务离散事件系统。 在Simulink环境中，用户可观察到摩擦、风阻、齿隙
3、、饱和、死区等非线性因素和各种随机因素对系统行为的影响。还可以在仿真进程中改变感兴趣的参数，实时地观察系统行为的变化。 可直接在Simulink环境中运作的工具包很多，已覆盖通信、控制、信号处理、电力系统等诸多领域，所涉内容专业性极强。,5,二、Simulink的启动,(1) 在MATLAB命令窗口中输入Simulink，结果在桌面上出现一个称为Simulink Library Browser的窗口，在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称。 (2) 在MATLAB窗口的工具条中，单击Simulink的快捷启动按钮“ ”； (3) 在MATLAB窗口的左下角“Start”菜单中，单击“Si
4、mulink”子菜单中的“Library Browser”选项。,6,启动 Simulink后，便可显示如图6-1所示的Simulink库浏览窗口（Simulink Library Browser），窗口左边列出了该系统中所有安装的一个树状结构的仿真模块集或工具箱，同时右边显示当前左边所选仿真模块集或工具箱中所包含的标准模块库。 Simulink库浏览窗口由功能菜单、工具栏和模块集或工具箱三大部分组成，创建系统模型时，将从这些仿真模块集或工具箱中利用鼠标复制标准模块到用户模型编辑窗口中。,7,图6-1 Simulink库浏览窗口,8,三、Simulink库浏览窗口的功能菜单 * File 文件
5、操作菜单 New 新建用户模型编辑窗口/模块库窗口 Open 打开用户模型编辑窗口 Close 关闭用户模型编辑窗口 Preferences 设置命令窗口的属性 * Edit 编辑菜单 Add to the current model 增加到当前用户模型编辑 窗口中 Find block 查找模块 Find new block 查找新模块,9,* View 查看菜单 Toolbar 显示/关闭工具条开关 Status bar 显示/关闭状态条开关 Description 显示/关闭描述窗口开关 Stay on top 位于上层 Collapse entire browser 压缩整个树状结构
6、Expand entire browser 展开整个树状结构 Large icons 大图标 Small icons 小图标 Show parameters for selected block 显示所选模块参数 * Help 帮助菜单,10,四、Simulink模块集,Simulink标准模块库按功能进行分类，包括以下子库： Continuous（连续系统模块库） Discontinuities （非连续系统模块库） Discrete（离散系统模块库） Lookup Tables(查表模块库) Math operations（数学运算模块库） Model verification(模型检测模
7、块库） Model-Wide Utilities（模型扩展功能模块库） Ports&subsystems（端口与子系统模块库） Signal attributes(信号属性模块库) Signal routing(信号路由模块库) Sinks（接收模块库） Sources（信号源模块库） User-Defined Functions(用户自定义函数模块库),11,1、 Continuous（连续系统模块库） Derivative：输入信号微分 Integrator：输入信号积分 State-Space：线性状态空间模型 Transfer-Fcn：线性传递函数模型 Transport Delay：
8、输入信号延时一个固定时间再输出 Variable Transport Delay：可变传输延迟模块 Zero-Pole：以零极点表示的传递函数模型,Simulink标准模块库模块功能介绍,12,13,2、Discontinuities （非连续系统模块库） Backlash：死区间隙 Coulomb &Viscous Friction：库仑粘滞摩擦信号 Dead Zone：死区信号 Hit Crossing：将信号与特定的偏移值比较 Quantizer：量化器 Rate Limiter：信号上升、下降速率控制器 Relay：滞环比较器，限制输出值在某一范围内变化。 Saturation：饱和信
9、号，输出超过某一值时饱和。,14,15,3、 Discrete（离散系统模块库） Discrete Transfer-Fcn：离散传递函数模型 Discrete Zero-Pole：以零极点表示的离散传递函数模型 Discrete Filter：IIR与FIR滤波器 Discrete State-Space：离散状态空间系统模型 Discrete-time Integrator：离散时间积分器 First-Order Hold：一阶采样和保持器 Memory：单步积分延迟，输出为前一个输入 Unit Delay：一个采样周期的延时 Zero-Order Hold：零阶采样和保持器,16,17,
10、4、 Math Operations（数学运算模块库） Abs：取绝对值 Algebraic Constraint：输出强制系统输入为零的代数状态 Assignment：对信号进行分配 Bitwise Logical Operator：按位逻辑运算 Combinatorial Logic：逻辑真值查找 Complex to Magnitude-Angle：输出输入复数的幅值与相位 Complex to Real-Imag：输出系统输入的实部或虚部 Dot Product：点乘运算 Gain：比例运算（信号增益） Logical Operator：信号逻辑运算 Magnitude-Angle t
11、o Complex：幅值与相位转化为复数形式,18,Math Function：特定的一些数学函数，包括指数函数、 对数函数、求平方、开根号等常用 数学函数 Matrix Concatenation：矩阵串联器 Matrix Gain：矩阵增益 MinMax：最值运算 Polynomial：多项式求值 Product ：乘运算 Real-Imag to Complex：从输入实部与虚部构造复数 Relational Operator：关系运算器 Reshape：信号维数改变器 Rounding Function：求整运算 Sign：符号函数,19,Slider Gain：渐变增益 Sum：加减
12、运算 Trigonometric Function：三角函数，包括正弦、余弦、正切等 Logical Operator：逻辑运算 Relational Operator：关系运算 Complex to Magnitude-Angle：由复数输入转为幅值和相角输出 Magnitude-Angle to Complex：由幅值和相角输入合成复数输出 Complex to Real-Imag：由复数输入转为实部和虚部输出 Real-Imag to Complex：由实部和虚部输入合成复数输出,20,21,5、Signal Routing（信号路由模块库） Bus Creator：由输入产生总线信号
13、Bus Selector：总线信号选择器 Data Store Memory：用户定义的数据存储区 Data Store Read：从数据存储区读出数据 Data Store Write：向数据存储区写入数据 Demux：信号分解器 From：从Goto 模块中获得信号 Goto：向Goto 模块传递信号,22,Goto Tag Visibility：Goto 模块标记控制器 Manual Switch：双输出选择器（手动） Merge：合并输入信号为一个输出 Multiport Switch：多端口输出选择器 Mux：信号组合器 Selector：选择或重组信号 Switch：三路选择器（根
14、据输入2控制输出）,23,6、Sinks（接收模块库）信宿 Display：数字显示器（以数值形式显示输入信号） Floating Scope：游离示波器（不需任何连线，可显示任何指定信号） Out1：为子系统或其它模型提供输出端口 Scope：示波器 Stop Simulation：当输入非零时停止仿真 Terminator：接收终端（防止输出信号无连接） To File(.mat)：将仿真输出写入(.mat)数据文件 To Workspace：将仿真输出写入MATLAB的工作空间 XY Graph：使用MATLAB图形显示二维图形,24,25,7、Sources（信号源模块库）信源 Ban
15、d-Limited White Noise：有限带宽白噪声 Chirp Signal：输出频率随时间线性变换的正弦信号 Clock：仿真时钟信号（输出每个仿真步点的时刻） Constant：常数信号（数值可设置） Digital Clock：以固定速率输出当前仿真时间 From Workspace：来自MATLAB的工作空间输入数据 From File(.mat)：来自数据文件.mat中输入数据 Ground：接地信号 In1：为子系统或其它模型提供输入端口,26,Pulse Generator：脉冲发生器 Ramp：斜坡信号发生器 Random Number：服从高斯分布的随机信号发生器 R
16、epeating Sequence：周期信号发生器 Signal Generator：信号发生器，可以产生正弦、方波、锯齿波及随意波。 Signal Builder：时序波形生成器 Sine Wave：正弦波信号发生器 Step：阶跃波信号发生器 Uniform Random Number：服从均匀分布的随机信号发生器,27,28,8、 User-Defined Function（用户自定义函数模块库） Fcn：用自定义的函数（表达式）进行运算 MATLAB Fcn：利用 matlab 的现有函数进行运算（对输入进行运算输出结果） S-Function：调用自编的S-函数模块进行运算 S-Function Builder： S-函数生成器,29,6.2 Simulink模型的构造,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。
