1第五章Simulink的控制系統(tǒng)建模與仿真1第五章Simulink的控制系統(tǒng)建模與仿真25.1Simulink模塊庫圖5.1.1Simulink啟動(dòng)界面25.1Simulink模塊庫3常用模塊組（CommonlyUsedBlocks）

圖5.1.2常用模塊組3常用模塊組（CommonlyUsedBlocks）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(shù)模塊Constant恒值輸出；數(shù)值可設(shè)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(shè)定的增益值。輸入端口模塊In1標(biāo)準(zhǔn)輸入端口；生成子系統(tǒng)或作為外部輸入的輸入端。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5輸出端口模塊ut1標(biāo)準(zhǔn)輸出端口；生成子系統(tǒng)或作為模型的輸出端口。示波器模塊Scope顯示實(shí)時(shí)信號。求和模塊Sum實(shí)現(xiàn)代數(shù)求和；與ADD模塊功能相同。飽和模塊Saturation實(shí)現(xiàn)飽和特性；可設(shè)置線性段寬度。積分模塊Integrator輸入輸出信號的連續(xù)時(shí)間積分；可設(shè)置輸入信號的初始值。子系統(tǒng)模塊Subsystems子系統(tǒng)模塊。單位延遲模塊UnitDelay將信號延遲一個(gè)時(shí)間單位；可設(shè)置初始條件5輸出端口模塊標(biāo)準(zhǔn)輸出端口；生成子系統(tǒng)或作為模型的輸出端口。6連續(xù)模塊組（Continuous）6連續(xù)模塊組（Continuous）7連續(xù)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(jì)算積分。微分模塊Derivative計(jì)算微分。狀態(tài)空間模塊State-Space創(chuàng)建狀態(tài)空間模型。傳遞函數(shù)模塊TransferFcn創(chuàng)建傳遞函數(shù)模型。零極點(diǎn)增益模塊Zero-Pole創(chuàng)建零極點(diǎn)增益模型。時(shí)間延遲模塊TransportDelay創(chuàng)建延遲環(huán)節(jié)模型；輸入、輸出信號在給定時(shí)間的延遲。可變時(shí)間延遲模塊VariableTimeDelay輸入、輸出信號的可變時(shí)間延遲。變量延遲模塊VariableTransportDelay與可變時(shí)間延遲模塊相似。7連續(xù)模塊組的模塊及功能介紹名稱形狀功能說明積分模塊計(jì)算積分8非連續(xù)模塊組（Discontinuities）8非連續(xù)模塊組（Discontinuities）9非連續(xù)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(shí)現(xiàn)飽和特征。死區(qū)模塊DeadZone實(shí)現(xiàn)死區(qū)非線性特征。動(dòng)態(tài)死區(qū)模塊DeadZoneDynamic實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)死區(qū)。磁滯回環(huán)模塊Backlash實(shí)現(xiàn)磁滯回環(huán)。滯環(huán)繼電模塊Relay實(shí)現(xiàn)有滯環(huán)的繼電特性。量化模塊Quantizer對輸入信號進(jìn)行數(shù)字化處理。庫侖與粘性摩擦模塊Coulomb&ViscousFriction實(shí)現(xiàn)庫侖摩擦加粘性摩擦。9非連續(xù)模塊組的模塊及功能介紹名稱形狀功能說明飽和模塊實(shí)現(xiàn)飽10離散模塊組（Discrete）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(shí)現(xiàn)Z域單位延遲，等同于離散時(shí)間算子z-1。離散時(shí)間積分模塊Discrete-TimeIntegrator實(shí)現(xiàn)離散時(shí)間變量積分。離散傳遞函數(shù)模塊DiscreteTransferFcn實(shí)現(xiàn)脈沖傳遞函數(shù)模型。離散濾波器模塊DiscreteFilter實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器的數(shù)學(xué)模型。離散零極點(diǎn)增益模塊DiscreteZero-Pole實(shí)現(xiàn)零極點(diǎn)增益形式脈沖傳遞函數(shù)模型。離散狀態(tài)空間模塊DiscreteState-Space實(shí)現(xiàn)離散狀態(tài)空間模型。一階保持器模塊First-OrderHold實(shí)現(xiàn)一階保持器。零階保持器模塊Zero-OlderHold實(shí)現(xiàn)零階保持器。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實(shí)12數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊組（MathOperations）12數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊組（MathOperations）13數(shù)學(xué)運(yùn)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(shí)現(xiàn)代數(shù)求和；和ADD模塊功能相同。相減模塊Subtract對輸入信號進(jìn)行減運(yùn)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(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算。點(diǎn)乘模塊DotProduct對兩個(gè)輸入矢量進(jìn)行點(diǎn)積運(yùn)算。符號函數(shù)模塊Sign實(shí)現(xiàn)符號函數(shù)運(yùn)算。數(shù)學(xué)函數(shù)模塊MathFunction實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)函數(shù)運(yùn)算。正弦波模塊SineWaveFunction正弦波輸出。實(shí)部和虛部轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)模塊Real-ImagtoComplex將實(shí)部和虛部的輸入轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)。幅相轉(zhuǎn)換成復(fù)數(shù)模塊Magnitude-AngletoComplex將幅值和相角輸入轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)。13數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊組的模塊及功能介紹名稱形狀功能介紹求和模塊實(shí)14信源模塊組（Sources）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(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)模塊FromFile從MATLAB文件中獲取數(shù)據(jù)從工作空間輸入數(shù)據(jù)模塊FromWorkspace從MATLAB工作空間中獲取數(shù)據(jù)常數(shù)模塊Constant恒值輸出。信號發(fā)生器模塊SignalGenerator周期信號輸出。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標(biāo)16脈沖信號發(fā)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(jī)信號模塊RandomNumber隨機(jī)數(shù)輸出。時(shí)鐘模塊Clock連續(xù)仿真時(shí)鐘；在每一仿真步輸出當(dāng)前仿真時(shí)間。數(shù)字時(shí)鐘模塊DigitalClock離散仿真時(shí)鐘；在指定的采樣間隔內(nèi)輸出仿真時(shí)間。16脈沖信號發(fā)生器脈沖信號輸出。斜坡信號模塊斜坡信號輸出。正17信宿模塊組（Sinks）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(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)模塊Display數(shù)值顯示。終止仿真模塊StopSimulation終止仿真。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標(biāo)195.2Simulink基本操作利用Simulink進(jìn)行建模和仿真，首先應(yīng)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(nèi)操作的。用戶可以選擇菜單“File｜new”，選擇“Model”打開模型窗口195.2Simulink基本操作利用Simulink進(jìn)行20模塊操作 最重要的是模塊參數(shù)的設(shè)置。用鼠標(biāo)雙擊模塊即可打開其參數(shù)設(shè)置對話框，然后可以通過改變對話框提供的對象進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。信號線操作

和模塊操作類似，信號線的移動(dòng)可以用鼠標(biāo)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(jìn)行仿真運(yùn)行。用鼠標(biāo)單擊Simulink模型窗口工具欄內(nèi)“仿真啟動(dòng)或繼續(xù)”圖標(biāo)，即可啟動(dòng)仿真；當(dāng)仿真開始時(shí)圖標(biāo)就變成“暫停仿真”圖標(biāo)。仿真過程結(jié)束后，圖標(biāo)又變回。20模塊操作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(dòng)鼠標(biāo)的動(dòng)作即可完成系統(tǒng)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(tǒng)、連續(xù)和離散時(shí)間系統(tǒng)以及混合系統(tǒng)的建模與仿真。215.3Simulink建模與仿真22線性連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的建模與仿真【例5.3.1】控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jié)果。22線性連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的建模與仿真【例5.3.1】控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)23【例5.3.2】考慮下圖所示的阻尼二階系統(tǒng)。圖中，小車所受外力為，小車的位移為。設(shè)小車質(zhì)量，彈簧的彈性系數(shù)，阻尼系數(shù)。并設(shè)系統(tǒng)的初始狀態(tài)為靜止在平衡點(diǎn)處，即，，外力函數(shù)為幅值恒等于1的階躍量。試仿真其運(yùn)動(dòng)。23【例5.3.2】考慮下圖所示的阻尼二階系統(tǒng)。圖中，小車所24試求系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)。【例5.3.3】已知控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程為24試求系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)。【例5.3.3】已知控制系統(tǒng)的狀態(tài)25非線性連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的建模與仿真 在工程實(shí)際中，嚴(yán)格意義上的線性系統(tǒng)很少存在，大量的系統(tǒng)或器件都是非線性的。非線性系統(tǒng)的Simulink建模方法很靈活。應(yīng)用Simulink構(gòu)建非線性連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的仿真模型時(shí)，根據(jù)非線性元件參數(shù)的取值，既可以使用典型非線性模塊直接實(shí)現(xiàn)，也可通過對典型非線性模塊進(jìn)行適當(dāng)組合實(shí)現(xiàn)。25非線性連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的建模與仿真 在工程實(shí)際中，嚴(yán)格意義上26【例5.3.4】設(shè)具有飽和非線性特性的控制系統(tǒng)如圖5.3.14所示，通過仿真研究系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。26【例5.3.4】設(shè)具有飽和非線性特性的控制系統(tǒng)如圖5.327線性離散時(shí)間系統(tǒng)的建模與仿真 離散系統(tǒng)包括離散時(shí)間系統(tǒng)和連續(xù)-離散系統(tǒng)混合系統(tǒng)。離散時(shí)間系統(tǒng)既可以用差分方程描述，也可以用脈沖傳遞函數(shù)描述。而連續(xù)-離散系統(tǒng)混合系統(tǒng)則可用微分-差分方程，或傳遞函數(shù)-脈沖傳遞函數(shù)描述。27線性離散時(shí)間系統(tǒng)的建模與仿真 離散系統(tǒng)包括離散時(shí)間系統(tǒng)和28【例5.3.5】如圖5.3.18所示的離散系統(tǒng)，采樣周期=1s，為零階保持器，而，求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。28【例5.3.5】如圖5.3.18所示的離散系統(tǒng)，采樣周期295.4基于MATLAB/Simulink的非線性系統(tǒng)自激振蕩的分析非線性系統(tǒng)模型的建立 考慮非線性系統(tǒng)中存在的，帶有滯環(huán)和死區(qū)的繼電器特性，如圖5.4.1所示。該非線性環(huán)節(jié)具有多值屬性。把該非線性環(huán)節(jié)分解為兩個(gè)單值函數(shù)，分別針對輸入信號上升還是下降兩種情況，如圖5.4.2，圖5.4.3所示。

12121圖5.4.1圖5.4.2圖5.4.3295.4基于MATLAB/Simulink的非線性系統(tǒng)自30非線性環(huán)節(jié)的Simulink模型30非線性環(huán)節(jié)的Simulink模型31建立對應(yīng)上圖所示的非線性環(huán)節(jié)的Simulink模型31建立對應(yīng)上圖所示的非線性環(huán)節(jié)的Simulink模型32外部初始擾動(dòng)的模擬產(chǎn)生方法（1）：給定非線性系統(tǒng)的初始狀態(tài)值，使得該初始值偏離系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡態(tài)。采用這種方法產(chǎn)生初始擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的Simulink模型必須要用狀態(tài)方程來描述，通過對系統(tǒng)Simulink模型的積分（Intrgrator）模塊設(shè)定初始值來實(shí)現(xiàn)。方法（2）：給系統(tǒng)設(shè)定一個(gè)短暫的（而不是持續(xù)的）初始擾動(dòng)輸入。利用信號源模塊組提供的典型控制輸入信號，通過簡單的綜合，我們可以產(chǎn)生類似如圖(5.4.6，5.4.7，5.4.8)所示的沖擊輸入信號。圖5.4.6圖5.4.7圖5.4.832外部初始擾動(dòng)的模擬產(chǎn)生方法（1）：給定非線性系統(tǒng)的初始狀33非線性系統(tǒng)自激振蕩現(xiàn)象的分析算例

1）分析算例1 考慮圖5.4.9所示的非線性系統(tǒng)。非線性環(huán)節(jié)為帶有滯環(huán)和死區(qū)的繼電器特性，其參數(shù)值如圖5.4.1所標(biāo)示。系統(tǒng)的Simulink模型如圖5.4.10所示。圖5.4.9圖5.4.1033非線性系統(tǒng)自激振蕩現(xiàn)象的分析算例 1）分析算例134系統(tǒng)的初始擾動(dòng)輸入采用圖5.4.3所示的形式。系統(tǒng)非線性環(huán)節(jié)的負(fù)倒特性（圖5.4.11實(shí)線）及線性環(huán)節(jié)的Nyquist圖（圖5.4.11虛線）如圖所示。根據(jù)描述函數(shù)法，從圖5.4.12可以看出系統(tǒng)可能產(chǎn)生自激振蕩，且該自激振蕩是穩(wěn)定的。從仿真的結(jié)果可以得到系統(tǒng)的自激振蕩的頻率為5.8rad/s.，自激振蕩的幅值為3.3，與描述函數(shù)得到的結(jié)果基本一致。非線性系統(tǒng)自激振蕩現(xiàn)象的分析算例34系統(tǒng)的初始擾動(dòng)輸入采用圖5.4.3所示的形式。系統(tǒng)非線性35圖5.4.11非線性系統(tǒng)自激震蕩的描述函數(shù)法分析圖5.4.12非線性系統(tǒng)自激震蕩現(xiàn)象的仿真結(jié)果非線性系統(tǒng)自激振蕩現(xiàn)象的分析算例35圖5.4.11非線性系統(tǒng)自激震蕩的描述函數(shù)法分析圖5.36計(jì)算機(jī)－零階保持器T21 2）分析算例2

如下圖,非線性計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，T=0.1。非線性環(huán)節(jié)為飽和非線性特征。非線性系統(tǒng)自激振蕩現(xiàn)象的分析算例36計(jì)算機(jī)－零階T21 2）分析算例2

如下圖,非線性計(jì)算37

非線性計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的Simulink模型37 非線性計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的Simulink模型38示波器1輸出一個(gè)脈沖響應(yīng)示波器2輸入誤差示波器3非線性模塊輸出38示波器1輸出一個(gè)脈沖響應(yīng)示波器2輸入誤差示波器3非39示波器4離散非線性系統(tǒng)自激振蕩的仿真結(jié)果

（零階保持器輸出）

示波器5離散非線性系統(tǒng)自激振蕩的仿真結(jié)果（連續(xù)環(huán)節(jié)輸出）39示波器4離散非線性系統(tǒng)自激振蕩的仿真結(jié)果

（零階保持器403）分析算例3：系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)對自激振蕩特性的影響－零階保持器T 含飽和特性的離散時(shí)間非線性系統(tǒng)

非線性系統(tǒng)的Simulink模型403）分析算例3：系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)對自激振蕩特性的影響－零41采樣時(shí)間參數(shù)的對自激振蕩的影響

在仿真過程中分別取采樣時(shí)間T=0.2,0.1,0.05,0，得到如下的仿真圖

有上面的圖可得：采樣周期減小，自激振蕩的頻率增大，振幅減小。T=0.2T=0.1T=0.05T=041采樣時(shí)間參數(shù)的對自激振蕩的影響

在仿真過程中分別取采樣時(shí)42系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對自激振蕩特性的影響112142在不同飽和特性下的仿真結(jié)果圖。由上面的圖可知：不同飽和特性，對非線性系統(tǒng)自激振蕩特性的影響不同。42系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對自激振蕩特性的影響112142在不同飽和特性43基于Simulink的非線性系統(tǒng)自激振蕩研究方法的主要優(yōu)點(diǎn)與描述函數(shù)法想比較，基于Simulink非線性系統(tǒng)自激震蕩仿真研究方法有以下一些主要優(yōu)點(diǎn)：能夠方便地觀察到，在系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的信號的變化情況，如分析算例2所示。當(dāng)系統(tǒng)中的非線性特性，難以簡化為一個(gè)非線性環(huán)節(jié)時(shí)，因而難以用描述函數(shù)法來研究系統(tǒng)的自激振蕩情況，但很方便地用本文的方法建立起模型，并進(jìn)行仿真研究。當(dāng)系統(tǒng)的自激振蕩形式并不是正弦形式時(shí)，如著名的范登堡（VanderPol）方程，存在非正弦形式的自激震蕩，難以用描述函數(shù)來分析系統(tǒng)的自激振蕩情況，但是本節(jié)所介紹的方法方便地進(jìn)行仿真研究。描述函數(shù)法不能用分析離散非線性系統(tǒng)的自激震蕩情況，但用本節(jié)的方法可很方便地進(jìn)行仿真研究。能夠方便地觀察得到系統(tǒng)的振蕩過渡過程。這種分析方法是直觀、精確、可信而方便的。43基于Simulink的非線性系統(tǒng)自激振蕩研究方法的主要優(yōu)44第五章Simulink的控制系統(tǒng)建模與仿真1第五章Simulink的控制系統(tǒng)建模與仿真455.1Simulink模塊庫圖5.1.1Simulink啟動(dòng)界面25.1Simulink模塊庫46常用模塊組（CommonlyUsedBlocks）

圖5.1.2常用模塊組3常用模塊組（CommonlyUsedBlocks）47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(shù)模塊Constant恒值輸出；數(shù)值可設(shè)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(shè)定的增益值。輸入端口模塊In1標(biāo)準(zhǔn)輸入端口；生成子系統(tǒng)或作為外部輸入的輸入端。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48輸出端口模塊ut1標(biāo)準(zhǔn)輸出端口；生成子系統(tǒng)或作為模型的輸出端口。示波器模塊Scope顯示實(shí)時(shí)信號。求和模塊Sum實(shí)現(xiàn)代數(shù)求和；與ADD模塊功能相同。飽和模塊Saturation實(shí)現(xiàn)飽和特性；可設(shè)置線性段寬度。積分模塊Integrator輸入輸出信號的連續(xù)時(shí)間積分；可設(shè)置輸入信號的初始值。子系統(tǒng)模塊Subsystems子系統(tǒng)模塊。單位延遲模塊UnitDelay將信號延遲一個(gè)時(shí)間單位；可設(shè)置初始條件5輸出端口模塊標(biāo)準(zhǔn)輸出端口；生成子系統(tǒng)或作為模型的輸出端口。49連續(xù)模塊組（Continuous）6連續(xù)模塊組（Continuous）50連續(xù)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(jì)算積分。微分模塊Derivative計(jì)算微分。狀態(tài)空間模塊State-Space創(chuàng)建狀態(tài)空間模型。傳遞函數(shù)模塊TransferFcn創(chuàng)建傳遞函數(shù)模型。零極點(diǎn)增益模塊Zero-Pole創(chuàng)建零極點(diǎn)增益模型。時(shí)間延遲模塊TransportDelay創(chuàng)建延遲環(huán)節(jié)模型；輸入、輸出信號在給定時(shí)間的延遲。可變時(shí)間延遲模塊VariableTimeDelay輸入、輸出信號的可變時(shí)間延遲。變量延遲模塊VariableTransportDelay與可變時(shí)間延遲模塊相似。7連續(xù)模塊組的模塊及功能介紹名稱形狀功能說明積分模塊計(jì)算積分51非連續(xù)模塊組（Discontinuities）8非連續(xù)模塊組（Discontinuities）52非連續(xù)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(shí)現(xiàn)飽和特征。死區(qū)模塊DeadZone實(shí)現(xiàn)死區(qū)非線性特征。動(dòng)態(tài)死區(qū)模塊DeadZoneDynamic實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)死區(qū)。磁滯回環(huán)模塊Backlash實(shí)現(xiàn)磁滯回環(huán)。滯環(huán)繼電模塊Relay實(shí)現(xiàn)有滯環(huán)的繼電特性。量化模塊Quantizer對輸入信號進(jìn)行數(shù)字化處理。庫侖與粘性摩擦模塊Coulomb&ViscousFriction實(shí)現(xiàn)庫侖摩擦加粘性摩擦。9非連續(xù)模塊組的模塊及功能介紹名稱形狀功能說明飽和模塊實(shí)現(xiàn)飽53離散模塊組（Discrete）10離散模塊組（Discrete）54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(shí)現(xiàn)Z域單位延遲，等同于離散時(shí)間算子z-1。離散時(shí)間積分模塊Discrete-TimeIntegrator實(shí)現(xiàn)離散時(shí)間變量積分。離散傳遞函數(shù)模塊DiscreteTransferFcn實(shí)現(xiàn)脈沖傳遞函數(shù)模型。離散濾波器模塊DiscreteFilter實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器的數(shù)學(xué)模型。離散零極點(diǎn)增益模塊DiscreteZero-Pole實(shí)現(xiàn)零極點(diǎn)增益形式脈沖傳遞函數(shù)模型。離散狀態(tài)空間模塊DiscreteState-Space實(shí)現(xiàn)離散狀態(tài)空間模型。一階保持器模塊First-OrderHold實(shí)現(xiàn)一階保持器。零階保持器模塊Zero-OlderHold實(shí)現(xiàn)零階保持器。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實(shí)55數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊組（MathOperations）12數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊組（MathOperations）56數(shù)學(xué)運(yùn)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(shí)現(xiàn)代數(shù)求和；和ADD模塊功能相同。相減模塊Subtract對輸入信號進(jìn)行減運(yùn)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(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算。點(diǎn)乘模塊DotProduct對兩個(gè)輸入矢量進(jìn)行點(diǎn)積運(yùn)算。符號函數(shù)模塊Sign實(shí)現(xiàn)符號函數(shù)運(yùn)算。數(shù)學(xué)函數(shù)模塊MathFunction實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)函數(shù)運(yùn)算。正弦波模塊SineWaveFunction正弦波輸出。實(shí)部和虛部轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)模塊Real-ImagtoComplex將實(shí)部和虛部的輸入轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)。幅相轉(zhuǎn)換成復(fù)數(shù)模塊Magnitude-AngletoComplex將幅值和相角輸入轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)。13數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊組的模塊及功能介紹名稱形狀功能介紹求和模塊實(shí)57信源模塊組（Sources）14信源模塊組（Sources）58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(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)模塊FromFile從MATLAB文件中獲取數(shù)據(jù)從工作空間輸入數(shù)據(jù)模塊FromWorkspace從MATLAB工作空間中獲取數(shù)據(jù)常數(shù)模塊Constant恒值輸出。信號發(fā)生器模塊SignalGenerator周期信號輸出。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標(biāo)59脈沖信號發(fā)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(jī)信號模塊RandomNumber隨機(jī)數(shù)輸出。時(shí)鐘模塊Clock連續(xù)仿真時(shí)鐘；在每一仿真步輸出當(dāng)前仿真時(shí)間。數(shù)字時(shí)鐘模塊DigitalClock離散仿真時(shí)鐘；在指定的采樣間隔內(nèi)輸出仿真時(shí)間。16脈沖信號發(fā)生器脈沖信號輸出。斜坡信號模塊斜坡信號輸出。正60信宿模塊組（Sinks）17信宿模塊組（Sinks）61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(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)模塊Display數(shù)值顯示。終止仿真模塊StopSimulation終止仿真。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標(biāo)625.2Simulink基本操作利用Simulink進(jìn)行建模和仿真，首先應(yīng)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(nèi)操作的。用戶可以選擇菜單“File｜new”，選擇“Model”打開模型窗口195.2Simulink基本操作利用Simulink進(jìn)行63模塊操作 最重要的是模塊參數(shù)的設(shè)置。用鼠標(biāo)雙擊模塊即可打開其參數(shù)設(shè)置對話框，然后可以通過改變對話框提供的對象進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。信號線操作

和模塊操作類似，信號線的移動(dòng)可以用鼠標(biāo)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(jìn)行仿真運(yùn)行。用鼠標(biāo)單擊Simulink模型窗口工具欄內(nèi)“仿真啟動(dòng)或繼續(xù)”圖標(biāo)，即可啟動(dòng)仿真；當(dāng)仿真開始時(shí)圖標(biāo)就變成“暫停仿真”圖標(biāo)。仿真過程結(jié)束后，圖標(biāo)又變回。20模塊操作645.3Simulink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(dòng)鼠標(biāo)的動(dòng)作即可完成系統(tǒng)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(tǒng)、連續(xù)和離散時(shí)間系統(tǒng)以及混合系統(tǒng)的建模與仿真。215.3Simulink建模與仿真65線性連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的建模與仿真【例5.3.1】控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jié)果。22線性連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的建模與仿真【例5.3.1】控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)66【例5.3.2】考慮下圖所示的阻尼二階系統(tǒng)。圖中，小車所受外力為，小車的位移為。設(shè)小車質(zhì)量，彈簧的彈性系數(shù)，阻尼系數(shù)。并設(shè)系統(tǒng)的初始狀態(tài)為靜止在平衡點(diǎn)處，即，，外力函數(shù)為幅值恒等于1的階躍量。試仿真其運(yùn)動(dòng)。23【例5.3.2】考慮下圖所示的阻尼二階系統(tǒng)。圖中，小車所67試求系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)。【例5.3.3】已知控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程為24試求系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)。【例5.3.3】已知控制系統(tǒng)的狀態(tài)68非線性連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的建模與仿真 在工程實(shí)際中，嚴(yán)格意義上的線性系統(tǒng)很少存在，大量的系統(tǒng)或器件都是非線性的。非線性系統(tǒng)的Simulink建模方法很靈活。應(yīng)用Simulink構(gòu)建非線性連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的仿真模型時(shí)，根據(jù)非線性元件參數(shù)的取值，既可以使用典型非線性模塊直接實(shí)現(xiàn)，也可通過對典型非線性模塊進(jìn)行適當(dāng)組合實(shí)現(xiàn)。25非線性連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的建模與仿真 在工程實(shí)際中，嚴(yán)格意義上69【例5.3.4】設(shè)具有飽和非線性特性的控制系統(tǒng)如圖5.3.14所示，通過仿真研究系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。26【例5.3.4】設(shè)具有飽和非線性特性的控制系統(tǒng)如圖5.370線性離散時(shí)間系統(tǒng)的建模與仿真 離散系統(tǒng)包括離散時(shí)間系統(tǒng)和連續(xù)-離散系統(tǒng)混合系統(tǒng)。離散時(shí)間系統(tǒng)既可以用差分方程描述，也可以用脈沖傳遞函數(shù)描述。而連續(xù)-離散系統(tǒng)混合系統(tǒng)則可用微分-差分方程，或傳遞函數(shù)-脈沖傳遞函數(shù)描述。27線性離散時(shí)間系統(tǒng)的建模與仿真 離散系統(tǒng)包括離散時(shí)間系統(tǒng)和71【例5.3.5】如圖5.3.18所示的離散系統(tǒng)，采樣周期=1s，為零階保持器，而，求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。28【例5.3.5】如圖5.3.18所示的離散系統(tǒng)，采樣周期725.4基于MATLAB/Simulink的非線性系統(tǒng)自激振蕩的分析非線性系統(tǒng)模型的建立 考慮非線性系統(tǒng)中存在的，帶有滯環(huán)和死區(qū)的繼電器特性，如圖5.4.1所示。該非線性環(huán)節(jié)具有多值屬性。把該非線性環(huán)節(jié)分解為兩個(gè)單值函數(shù)，分別針對輸入信號上升還是下降兩種情況，如圖5.4.2，圖5.4.3所示。

12121圖5.4.1圖5.4.2圖5.4.3295.4基于MATLAB/Simulink的非線性系統(tǒng)自73非線性環(huán)節(jié)的Simulink模型30非線性環(huán)節(jié)的Simulink模型74建立對應(yīng)上圖所示的非線性環(huán)節(jié)的Simulink模型31建立對應(yīng)上圖所示的非線性環(huán)節(jié)的Simulink模型75外部初始擾動(dòng)的模擬產(chǎn)生方法（1）：給定非線性系統(tǒng)的初始狀態(tài)值，使得該初始值偏離系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡態(tài)。采用這種方法產(chǎn)生初始擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的Simulink模型必須要用狀態(tài)方程來描述，通過對系統(tǒng)Simulink模型的積分（Intrgrator）模塊設(shè)定初始值來實(shí)現(xiàn)。方法（2）：給系統(tǒng)設(shè)定一個(gè)短暫的（而不是持續(xù)的）初始擾動(dòng)輸入。利用信號源模塊組提供的典型控制輸入信號，通過簡單的綜合，我們可以產(chǎn)生類似如圖(5.4.6，5.4.7，5.4.8)所示的沖擊輸入信號。圖5.4.6圖5.4.7圖5.4.832外部初始擾動(dòng)的模擬產(chǎn)生方法（1）：給定非線性系統(tǒng)的初始狀76非線性系統(tǒng)自激振蕩現(xiàn)象的分析算例

1）分析算例1 考慮圖5.4.9所示的非線性系統(tǒng)。非線性環(huán)節(jié)為帶有滯環(huán)和死區(qū)的繼電器特性，其參數(shù)值如圖5.4.1所標(biāo)示。系統(tǒng)的Simulink模型如圖5.4.10所示。圖5.4.9圖5.4.1033非線性系統(tǒng)自激振蕩現(xiàn)象的分析算例 1）分析算例177系統(tǒng)的初始擾動(dòng)輸入采用圖5.4.3所示的形式。系統(tǒng)非線性環(huán)節(jié)的負(fù)倒特性（圖5.4.11實(shí)線）及線性環(huán)節(jié)的Nyquist圖（圖5.4.11虛線）如圖所示。根據(jù)描述函數(shù)法，從圖5.4.12可以看出系統(tǒng)可能產(chǎn)生自激振蕩，且該自激振蕩是穩(wěn)定的