Simulink仿真基础

Simulink的特点

丰富的可扩充的预定义模块库

Simulink的操作界面

在MATLAB命令窗口键入simulink，或者在工具栏上点击，或者点击左下方的按钮“Start”→“Simulink”→“Library Browser”即可打开Simulink Library Browser，如图A-9所示。继续点击该窗口中的“new”按钮，即可打开一个空白的模型窗口。此时就可以再模型窗口中建立模型并进行仿真工作，如图A-10所示。

Simulink基本操作

1 Simulink的功能模块库

为了便于仿真建模，Simulink模块库提供了丰富的功能模块，这些功能模块分属于不同功能、不同类别的子模块库。下面对Simulink的主要功能模块库进行简要介绍。

通用模块库（Commonly Used Block）：该模块库是由其他模块库中的一些常用模块组成，主要是方便用户，利于提高建模速度。

(1) 连续系统模块库（Continuous）：该模块库提供了连续系统运算功能的多种模块，如积分器模块、传递函数模块。

(2) 非线性系统模块库（Discontinuous）：该模块库提供了常用的非线性模块，如继电器模块、磁滞回环模块。

(3) 离散系统模块库（Discrete）：该模块库中提供了常用的线性离散模块，如离散滤波器模块、一阶保持器模块。

(4) 数学运算模块库（Math operations）:该模块库中提供了包括数学运算、关系运算、复数运算等多种用于数学运算的模块，如加法模块、乘法模块、常用数学函数模块。

(5) 信号路径模块库（Signal routing）：该模块库提供了信号在模型中流动的各种路径通道的选择，包括信号的分离、汇合以及通道选择等模块。

(6) 输出模块库（Sinks）:该模块库提供了各种功能的输出模块，包括图形显示和数据存储等，如示波器模块、工作空间写入模块、数字显示模块。

(7) 信号源模块库（Sources）:该模块库提供了仿真系统的输入信号源，如时间信号模块、读工作空间模块、正弦波输入模块。

2 Simulink模块的基本操作

对模块的基本操作主要对其外在状态的操作（如移动位置、改变大小等），也有对其能在属性的设定（如参数设定、输入输出信号设定等）。

(1) 添加模块到模型窗口

在模块库中选择模块，然后右键，选择【Add to xxx】，即可添加模块到“xxx”模型窗口，此外也可选中模块后直接拖动到模型窗口。

(2) 模块间连线

将鼠标指向连线的起点，光标变为十字后，按下鼠标左键并拖动到连线终点即可；也可以先选定连线起点模块，再按下【Ctrl】键保持不放，再点击连线终点模块。若要从一个连线起点连到多个连线终点，则先按上述方法连好一根线，在将光标移至该信号线上的某点，再按下鼠标右键保持不放，或者按住【Ctrl】键保持不放，拖动鼠标到需要连线的终点。模块间的连线不能实现多个连线起点连到一个连线终点。

(3) 模块的移动

若要带线移动，则选中模块，按住鼠标左键不放，将其拖到所需位置；若要脱离线而移动，可按住【Shift】键，再将其拖到所需位置。

(3) 模块的剪切、复制和粘贴

选中模块，再用按键【Ctrl + X】、【Ctrl + C】和【Ctrl + V】可分别实现剪切、复制和粘贴。此外按住鼠标右键进行拖动，也可复制出相同的功能模块。

(4) 改变模块的大小

选中模块，对模块的四个角出现的黑色标记进行拖动即可改变大小。此外，用按键【Shift +R】和【Shift +V】可以分别放大和缩小整个模型窗口中的模块。

(5) 模块参数设定

用鼠标双击模块，就可以进入模块的参数设定窗口，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。

(6) 模块属性设定

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。

3 Simulink的仿真配置

选择模型窗口工具栏中的【Simulation】菜单下的【Configuration Parameters】就会弹出配置参数界面，如图A-11所示。在此界面中允许用户设置仿真控制参数。

        用户可以在【Simulation time】中可以仿真开始时间和最大结束时间，在【Solver option】中可以选择和设置解算器。解算器有两种类型（Type）：变步长类型和固定步长类型。为了保证精度，一般建议选择变步长类型。在不同类型下对应有不同的算法（Solver），如ode45、ode23等，用户可以选择不同的算法进行仿真分析。对于不同的解算器类型都对应有不同的参数设置，如变步长类型模式下的最大步长、最小步长、相对误差和绝对误差等。

Simulink系统建模示例

【例1】观察单位阶跃函数经惯性环节后的仿真曲线，传递函数模型为

打开Simulink，新建空白模型窗口。

在信号源模块库（Sources）中选择阶跃输入模块（Step），在输出模块库（Sinks）中选择示波器模块（Scope），在连续系统模块库（Continuous）中选择传递函数模块（Transfer Fcn），并逐个拖入模型窗口。双击Step模块，设置其属性如图A-12。

双击Scope模块，弹出如图A-13，点击左上方的属性按钮  Parameters，弹出对话框，设置属性如图A-14。

点击模型窗口工具栏中的开始仿真按钮，即可按默认仿真参数仿真。双击Scope模块查看仿真曲线，如图A-16所示。

可以根据需要修改各模块属性，再次仿真运行，观察仿真结果与上图仿真结果的区别。

【例2】滑翔飞行器质心运动的动力学方程和运动学方程可简化为：