第2章信號與系統的建模與仿真教學目標通過本章的學習，了解Simulink的基本功能，熟練掌握Simulink模塊的基本操作、Simulink仿真參數的設置；掌握連續系統和離散系統的數學模型以及建模與仿真的方法。Simulink是MATLAB的重要組成部分，提供建立系統模型、選擇仿真參數和數值算法、啟動仿真程序對該系統進行仿真、設置不同的輸出方式來觀察仿真結果等功能。Simulink既適用于線性系統，也適用于非線性系統；既適用于連續系統，也適用于離散系統和連續與離散混合系統；既適用于定常系統，也適用于時變系統。Simulink提供圖形用戶界面，用戶可以用鼠標操作，從模塊庫中調用標準模塊，將它們適當地連接起來以構成動態系統模型，并且用各模塊的參數對話框為系統中各模塊設置參數。當各模塊的參數設置完成后，即建立起該系統的模型。如果對某一模塊沒有設置參數，那就意味著使用Simulink預先為該模塊設置的默認參數值作為該模塊的參數。Simulink模塊庫內容十分豐富，除包括輸入信號源模塊庫（Sources）、輸出接收模塊庫(Sinks)、連續系統模塊庫(Continuous)、離散系統模塊庫(Discrete)數學運算模塊庫(MathOperations)等許多標準模塊外，用戶還可以自定義和創建模塊。系統的模型建立后，選擇仿真參數和數值算法，便可以啟動仿真程序對該系統進行仿真，這種操作可以用Simulink菜單，也可以用MATLAB命令實現。菜單方式對于交互式運行特別方便，而命令方式對于運行一批仿真時很有用。在仿真過程中，用戶可以設置不同的輸出方式來觀察仿真結果。例如，使用Sinks模塊庫中的Scope模塊或其他顯示模塊來觀察有關信號的變化曲線，也可以將結果存放在MATLAB工作空間中，供以后處理和使用。根據仿真結果，用戶可以調整系統參數，觀察分析仿真結果的變化，從而獲得更加理想的仿真結果。2.1Simulink模塊庫簡介2.1.1常用模塊庫常用模塊庫(CommonlyUsedBlocks)是為了加快建模速度、節省建模過程中尋找模塊的時間而將最常用的基本模塊集中放在一起形成的。在SimulinkLibraryBrowser（Simulink模塊庫瀏覽器）窗口中，單擊Libraries列表框中的CommonlyUsedBlocks選項，即可在窗口右側展開CommonlyUsedBlocks（常用模塊庫）標簽，如圖2.1所示。也可以右擊Libraries列表框中的CommonlyUsedBlocks選項，在彈出的快捷菜單中選擇OpenCommonlyUsedBlockLibrary命令，這時系統將彈出獨立的Library:Simulink/CommonlyUsedBlocks窗口，如圖2.2所示。圖2.1SimulinkLibraryBrowser窗口圖2.2Library:Simulink/CommonlyUsedBlocks窗口常用模塊庫包括以下內容。1.總線信號生成器與總線信號選擇器模塊BusCreator（總線信號生成器）模塊用于將多個信號合成一個總線信號，常用于子系統接口信號傳遞；BusSelector（總線信號選擇器）模塊用來選擇總線信號中的一個或多個。2.信號合成器與信號分離器模塊Mux(信號合成器)模塊和Demux(信號分離器)模塊的功能看似與總線信號生成模塊和總線信號選擇模塊的功能相似，但是信號合成器與信號分離器模塊是對所有信號進行合成與分離的，而總線信號選擇模塊可以任意選擇總線上的信號進行輸出。3.數據類型轉換模塊DataTypeConversion（數據類型轉換）可將輸入數據轉換為指定輸出類型，具體選擇有Inherit(與輸入數據保持一致)、Double(雙精度類型)、Single(單精度)、int8(8位整數數據)、uint8(無符號8位整數數據)等。在輸入/輸出數據上可選擇RealWorldValue（實數值相等）或者StoredInteger（存儲整數相等）。同時可以選擇取整的方向，如選擇RoundIntegerCalculationstoward為Zero時，表示向零取整；選擇Nearest時，表示向最接近的整數取整；選擇Floor時，表示向負無窮取整；選擇Ceiling時，表示向正無窮取整。4.積分模塊Integrator(積分)模塊為連續時間積分單元。5.離散時間積分模塊Discrete-TimeIntegrator（離散時間積分）模塊可完成離散系統積分作用。6.乘法與加法模塊Product（乘法器）模塊可用來求輸入信號的乘積，雙擊Product模塊可修改輸入信號的端口數。Sum（加法器）模塊可用來求輸入信號的加法、減法操作。雙擊Sum模塊打開參數設置對話框，在Listofsigns符號列表框可修改加、減法符號，改變符號列表欄"|"位置，可改變加、減法符號的位置，在Iconshape列表框中可選擇加法器模塊的外部形狀為圓形或方形。7.關系操作與邏輯操作模塊RelationalOpetator（關系操作）模塊可用來比較兩個輸入信號的大小關系，雙擊RelationalOpetator模塊，可設置輸入信號的比較關系。關系操作可選擇大于等于（>=）、小于等于（<=）、不等于（~=）、等于（==）、大于（>）、小于（<）。Logicoperator（邏輯操作）模塊可用來求取兩輸入變量的邏輯操作關系，雙擊Logicoperator模塊，打開Logicoperator模塊參數對話框，邏輯操作具體有AND（與）、OR（或）、NOT（非）、XOR（異或）、NAND（與非）、NOR（或非）操作。8.增益模塊Gain（增益）模塊可用來設置信號放大倍數，在Simulink動態仿真中使用頻繁。雙擊Gain模塊打開參數設置對話框，在Gain文本框中可設置具體信號放大倍數。9.輸入/輸出接口及子系統模塊In1（輸入）模塊在建立子系統時作為輸入信號的接口。Out1（輸出）模塊在建立子系統時作為輸出信號的接口。Subsystem（子系統）模塊可用來將復雜系統的全部或局部生成為一個子系統，這樣便于簡化Simulink模型結構。10.終端模塊Terminator（終端）模塊可用來連接沒有與其他模塊相連的輸出端口，在Simulink模型中，如果有輸出端口沒有連接，運行仿真時，在MATLAB窗口將顯示警告信息，使用終端模塊可以避免這類警告信息的出現。2.1.2連續系統模塊庫Continuous（連續系統）模塊庫提供了連續系統Simulink建模與仿真的基本模塊。在Simulink模塊庫瀏覽器中，單擊Libraries列表框中的Continuous選項選項，可打開連續系統模塊庫；也可以用右擊Continuous選項，在彈出的快捷菜單中選擇OpenContinuousLibrary選項，系統彈出獨立的Library:simulink/Continuous窗口，如圖2.3所示。圖2.3Library:simulink/Continuous窗口連續系統模塊庫包括以下內容。1.微積分模塊HitCrossing(捕