1第五章Simulink的控制系統建模與仿真 本節基于MATLAB7.1版本，Simulink6.3版本詳細介紹Simulink在控制系統中的建模與仿真方法。25.1Simulink模塊庫圖5.1.1Simulink啟動界面3常用模塊組（CommonlyUsedBlocks）

圖5.1.2常用模塊組4表5.1.1常用模塊組模塊介紹及說明模塊名稱模塊形狀功能說明常數模塊Constant恒值輸出；數值可設置。分路器模塊Demux將一路信號分解成多路信號。混路器模塊Mux將幾路信號按向量形式混合成一路信號。增益模塊Gain將模塊的輸入信號乘以設定的增益值。輸入端口模塊In1標準輸入端口；生成子系統或作為外部輸入的輸入端。5輸出端口模塊ut1標準輸出端口；生成子系統或作為模型的輸出端口。示波器模塊Scope顯示實時信號。求和模塊Sum實現代數求和；與ADD模塊功能相同。飽和模塊Saturation實現飽和特性；可設置線性段寬度。積分模塊Integrator輸入輸出信號的連續時間積分；可設置輸入信號的初始值。子系統模塊Subsystems子系統模塊。單位延遲模塊UnitDelay將信號延遲一個時間單位；可設置初始條件6連續模塊組（Continuous）7連續模塊組的模塊及功能介紹名稱形狀功能說明積分模塊Integrator計算積分。微分模塊Derivative計算微分。狀態空間模塊State-Space創建狀態空間模型。傳遞函數模塊TransferFcn創建傳遞函數模型。零極點增益模塊Zero-Pole創建零極點增益模型。時間延遲模塊TransportDelay創建延遲環節模型；輸入、輸出信號在給定時間的延遲。可變時間延遲模塊VariableTimeDelay輸入、輸出信號的可變時間延遲。變量延遲模塊VariableTransportDelay與可變時間延遲模塊相似。8非連續模塊組（Discontinuities）9非連續模塊組的模塊及功能介紹名稱形狀功能說明飽和模塊Saturation實現飽和特征。死區模塊DeadZone實現死區非線性特征。動態死區模塊DeadZoneDynamic實現動態死區。磁滯回環模塊Backlash實現磁滯回環。滯環繼電模塊Relay實現有滯環的繼電特性。量化模塊Quantizer對輸入信號進行數字化處理。庫侖與粘性摩擦模塊Coulomb&ViscousFriction實現庫侖摩擦加粘性摩擦。10離散模塊組（Discrete）11離散模塊組的模塊及功能介紹名稱形狀功能介紹單位延遲模塊UnitDelay實現Z域單位延遲，等同于離散時間算子z-1。離散時間積分模塊Discrete-TimeIntegrator實現離散時間變量積分。離散傳遞函數模塊DiscreteTransferFcn實現脈沖傳遞函數模型。離散濾波器模塊DiscreteFilter實現數字濾波器的數學模型。離散零極點增益模塊DiscreteZero-Pole實現零極點增益形式脈沖傳遞函數模型。離散狀態空間模塊DiscreteState-Space實現離散狀態空間模型。一階保持器模塊First-OrderHold實現一階保持器。零階保持器模塊Zero-OlderHold實現零階保持器。12數學運算模塊組（MathOperations）13數學運算模塊組的模塊及功能介紹名稱形狀功能介紹求和模塊Sum實現代數求和；和ADD模塊功能相同。相減模塊Subtract對輸入信號進行減運算。增益模塊Gain將輸入信號值乘以該增益值輸出。叉乘模塊Product實現乘法運算。點乘模塊DotProduct對兩個輸入矢量進行點積運算。符號函數模塊Sign實現符號函數運算。數學函數模塊MathFunction實現數學函數運算。正弦波模塊SineWaveFunction正弦波輸出。實部和虛部轉換為復數模塊Real-ImagtoComplex將實部和虛部的輸入轉換為復數。幅相轉換成復數模塊Magnitude-AngletoComplex將幅值和相角輸入轉換為復數。14信源模塊組（Sources）15信源模塊組的模塊及功能介紹名稱形狀功能介紹輸入端口模塊In1標準輸入端口。接地模塊Ground將未連接的輸入端接地，輸出為零從文件中輸入數據模塊FromFile從MATLAB文件中獲取數據從工作空間輸入數據模塊FromWorkspace從MATLAB工作空間中獲取數據常數模塊Constant恒值輸出。信號發生器模塊SignalGenerator周期信號輸出。16脈沖信號發生器PulseGenerator脈沖信號輸出。斜坡信號模塊Ramp斜坡信號輸出。正弦波信號模塊SineWave正弦波信號輸出。階躍信號模塊Step階躍信號輸出。隨機信號模塊RandomNumber隨機數輸出。時鐘模塊Clock連續仿真時鐘；在每一仿真步輸出當前仿真時間。數字時鐘模塊DigitalClock離散仿真時鐘；在指定的采樣間隔內輸出仿真時間。17信宿模塊組（Sinks）18信宿模塊組的模塊及功能介紹名稱形狀功能介紹輸出端口模塊Out1標準輸出端口。示波器模塊Scope示波器。X-Y示波器模塊XYGraph顯示X-Y圖形。顯示數據模塊Display數值顯示。終止仿真模塊StopSimulation終止仿真。195.2Simulink基本操作利用Simulink進行建模和仿真，首先應該熟悉Simulink的一些基本操作，包括對Simulink模塊的操作，對模塊間信號線的操作，以及最后模塊的仿真操作等。Simulink的建模和仿真是在其模型窗口內操作的。用戶可以選擇菜單“File｜new”，選擇“Model”打開模型窗口20模塊操作 最重要的是模塊參數的設置。用鼠標雙擊模塊即可打開其參數設置對話框，然后可以通過改變對話框提供的對象進行參數的設置。信號線操作

和模塊操作類似，信號線的移動可以用鼠標左鍵按住拖拉，信號線的刪除可以按下“Delete”鍵。仿真操作

Simulink模型建立完成后，就可以對其進行仿真運行。用鼠標單擊Simulink模型窗口工具欄內“仿真啟動或繼續”圖標，即可啟動仿真；當仿真開始時圖標就變成“暫停仿真”圖標。仿真過程結束后，圖標又變回。215.3Simulink建模與仿真Simulink提供了友好的圖形用戶界面，模型又模塊組成的框圖表示，用戶通過單擊和拖動鼠標的動作即可完成系統的建模，如同使用筆來畫圖一樣簡單。而且Simulink支持線性和非線性系統、連續和離散時間系統以及混合系統的建模與仿真。22線性連續時間系統的建模與仿真【例5.3.1】控制系統結構圖如下圖所示，試建立Simulink模型并顯示在單位階躍信號輸入下的仿真結果。23【例5.3.2】考慮下圖所示的阻尼二階系統。圖中，小車所受外力為，小車的位移為。設小車質量，彈簧的彈性系數，阻尼系數。并設系統的初始狀態為靜止在平衡點處，即，，外力函數為幅值恒等于1的階躍量。試仿真其運動。24試求系統單位階躍響應。【例5.3.3】已知控制系統的狀態空間方程為25非線性連續時間系統的建模與仿真 在工程實際中，嚴格意義上的線性系統很少存在，大量的系統或器件都是非線性的。非線性系統的Simulink建模方法很靈活。應用Simulink構建非線性連續時間系統的仿真模型時，根據非線性元件參數的取值，既可以使用典型非線性模塊直接實現，也可通過對典型非線性模塊進行適當組合實現。26【例5.3.4】設具有飽和非線性特性的控制系統如圖5.3.14所示，通過仿真研究系統的運動。27線性離散時間系統的建模與仿真 離散系