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利用simulink进行系统仿真张营湖北科技学院电子信息科学与技术，学号：133621024摘要：Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI)，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。【1】关键词：simulink；仿真；分析引言：Simulink是MATLAB的工具箱，MATLABR2010a版使用的是simulink7.5,可以用来对动态系统进行建模、仿真和分析，支持连续的、离散的及线性的和非线性的系统，还支持具有多种采样速率的系统。Simulink是面向框图的仿真软件，具有以下功能。(1)用绘制方框图代替编写程序，结构和流程清晰。(2)智能化地建立和运行仿真，仿真仔细，贴近实际。自动建立各环节的方程，自动在给定精度要求时以最快速度进行系统仿真。(3)适应面广，包括线性、非线性系统，连续、离散及混合系统，单任务、多任务离散事件系统。【2】2391Simulink概述Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。【3】1.1Simulink简介Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。1.2功能Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。.构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。1.3特点(1)丰富的可扩充的预定义模块库。(2)交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图。(3)以设计功能的层次来分割模型，实现对复杂设计的管理。(4)通过ModelExplorer导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代码。(5)可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据。2Simulink文件操作与模型窗口2.1simulink启动在MATLAB的命令窗口输入“simulink”,或者单击工具栏中的图标，就可以打开simulink模块库浏览器（SimulinkLibraryBrowser）窗口，如图2.1所示。该窗口界面分为左右2列，左侧以树状结构列出的是模块库和工具箱，右侧列出的是左侧所选模块的子模块库。当前显示的是Simulink模块库。【1】240图2.1Simulink模块库浏览器窗口2.2Simulink文件操作和模型窗口2.2.1Simulink文件操作Simulink模型的文件为模型文件，其扩展名为“.mal”，以ASCII码形式存储。以下几种操作可以新建仿真模型文件。(1)在MATLAB的命令窗口选择菜单“File”—“New”—“Model”命令。(2)在如图2.1所示的Simulink模块库浏览器窗口选择菜单“File”—“New”—“Model”命令，或者单击工具栏的图标。2.2.2Simulink模型窗口如图2.2所示模型窗口由菜单、工具栏、模型浏览器、模型框图及状态栏组成。图2.2Simulink模型窗口3模型创建3.1模块操作3.1.1模块的复制在不同模型窗口之间的模块复制很简单，只要选定模块，用鼠标左键将其拖拽到另一个模型窗口即可；而在同一模型窗口，用鼠标右键拖拽或者按住“Ctrl”键用鼠标拖拽即可。3.1.2模块的移动若在同一模型窗口，用鼠标左键将其拖拽到合适的地方，若在不同的模型窗口之间，则要在鼠标移动的同时按下【Shift】键。3.1.3模块的删除选定模块，按【Delete】键；或者选择菜单“Edit”—“Clear”—“Cut”命令。3.1.4模块的翻转选定模块，选择菜单“Format”—“FlipBlock”命令可以将模块旋转180度。3.2Simulink基本模块Simulnk模型通常由3部分组成：输入信号源(Source)、系统(System)及接收(Sink)模块。4常用模块的参数和属性设置为了对动态系统进行正确的仿真与分析，必须设置正确的系统模块参数与系统仿真参数。模块的内部参数设置时只需在模型窗口中，双击待修改参数模块的图标，就可以打开标准功能模块内部参数设置对话框，然后改变对话框中相关栏目的数据便可。当系统中各模块的参数设置完毕后，可设置合适的系统仿真参数以进行动态系统的仿真。以正弦信号为例，将频率设置为10，相位设置为30/180，幅值偏移值设置为10，则产生幅值为1，频率为10，在9-11之间振动。双击正弦信号模块，设置参数：【4】5系统仿真与分析实例5.1求系统的开环阶跃响应【例5.1】利用Simulnk建立系统阶跃响应模型，如下图所示。双击Step模块，设置模块属性：跳变时间为0；初始值为0；终止值为10；采样时间为0。图5.1.1模型窗口图5.1.2示波器窗口5.2利用Simulink进行微分运算【例5.2】使用Simulink的积分模块求解二阶微分方程：x”+0.2x’+0.4x=0.2u(t)，u(t)是单位阶跃函数，使用simulink创建模型。图5.2.1模型创建窗口图5.2.2示波器窗口5.3使用Simulink进行PID参数整定Simulink的“Continuous”模块库中有“PIDController”模块，可作为PID控制器。模块连接图如图5.3.1。图5.3.1模块连接图(1)先整定比例环节Kp的值，将Ki和Kd都设置为0，调整Kp在示波器输出波形达到临界稳定即等幅振荡波形。Kp从大到小不断调整同时查看示波器波形直到等幅振荡，得出Kp=12.5,示波器如图所示：图5.3.2示波器窗口(2)调整Ki和Kd,使波形得到合适输出。从上图得出等幅振荡周T=15s,K=12.5。设置PID模块的参数为变量，如图所示，在命令窗口设置参数值。图5.3.3参数设置窗口源代码：K=12.5;T=15;Kp=0.6*K;Ki=1.2*K/T;Kd=0.072*K*T;KpKiKdKp=7.5000Ki=1Kd=13.5000图5.3.4示波器窗口5.4用Simulink模拟全波整流模型采用使能子系统构建简单的全波整流模型，并用示波器同时观察原信号和整流后的信号波形。在建模窗口创建模块，如图5.4.1.图5.4.1模块窗口图5.4.1示波器窗口5.5离散系统仿真在实际应用中经常有复杂系统，既包含连续环节，也包含离散环节，有时不同的离散环节还具有多个采样速率。Simulink提供了快速、便捷的建模和仿真方法。【例5.5】控制部分为离散环节，被控对象为2个连续环节，其中一个有反馈环。反馈环引入了零阶保持器，输入为阶跃信号。创建模型并仿真方法如下：(1)选择一个“Step”模块，2个“TransferFcn”模块，2个“Sum”模块，2个“Scope”模块，1个“Gain”模块，在“Discrete”模块库选择一个“DiscreteFilter”和1个“Zero—OrderHold”模块。(2)连接模块。(3)设置参数。将“DiscreteFilter”和“Zero—OrderHold”模块的“Sampletime”都设置为0.1s。(4)添加文本注释。(5)开始仿真。图5.5.1离散系统模型图（a）d(k)示波器显示(b)y(t)示波器显示图5.5.2T=Tk=0.1时的示波器显示可以看出当T=Tk=0.1时系统的输出响应较平稳。(6)修改参数将“DiscreteFilter”模块的“Sampletime”设置为0.6s,“Zero—OrderHold”模块的“Sampletime”不变。可以看出当T=0.6，Tk=0.1时，系统出现振荡。示波器显示如图。（a）d(k)示波器显示(b)y(t)示波器显示图5.5.3T=0.6，Tk=0.1时的示波器显示(7)修改参数。将“DiscreteFilter”和“Zero—OrderHold”模块的“Sampletime”都设置为0.6s，开始仿真。图5.5.4T=Tk=0.6s时的示波器显示由此得出系统的结构参数不变，仿真步长不变，而离散环节的采样时间发生变化，则系统的输出响应也会发生变化。仿真步长是按照连续系统的仿真要求设置的，一般要求设置较小的步长；而离散系统的采样时间的选择，要充分考虑系统各环节的时间特性、闭环响应等因素，应选择各离散环节的采样时间。6结语Simulink的仿真功能可以通过绘制框图模拟线性、非线性、连续或离散的系统，通过Simulink能够仿真并分析该系统。它在分析有关电路波形，微分计算，系统仿真计算等方面有着非常重要的用途，使用方便。参考文献[1]百度百科=sttpPuvNhm-_LNbBTObRoaljmzWCqvu5y0k9yJwSVakbD_OiHtIzBo5zO2EatzAXVqc3432hx6zehM6p_6b5za[2]郑阿奇曹弋MATLAB使用教程[M].北京：电子工业出版社，2012.1：页码：239[3]李颖Simulink动态系统建模与仿真西安：西安电子科技大学出版社，2009[4]=51l9etVfkeHND8gRoQamxlPWkw64UelCreiC0twX5_3UOf8LzLmhL6yhfoIJWCuh2Wdj1Aq7xGflh4SNHphozTUk4XA_KZ1j44V9jxU7wBO英文摘要ThesystemsimulationbyusingSimulinkSimulinkisavisualsimulationtoolsofMATLAB,isakindofdiagramdesignenvironmentbasedonMATLAB,isasoftwareimplementationofdynamicsystemmodeling,simulationandanalysispackage,iswidelyusedinlinearsystems,nonlinearsystems,digitalcontrolanddigitalsignalprocessmodelingandsimulation.Simulinkcanbemodeledbycontinuoussamplingtime,samplingtimediscretesamplingtimeoramixtureofthetwo,italsosupportsmultiratesystem,andalsodifferentpartisthesystemwithdifferentsamplingrate.Inordertocreateadynamicsystemmodel,Simulinkprovidesabuil