了得網計算機/網絡_MATLAB/Simulink繫統仿真

產品特色

編輯推薦

(1) 資深作者編著，圖書質量更有保證：一線資深工程師執筆，繫統歸納和總結了智能算法的實戰經驗。(2) 提供配套源碼，便於讀者動手實踐：理論必須聯繫實踐，本書提供源代碼下載，方便讀者學習使用。(3) 內含豐富實例，利於讀者二次開發：書中提供了十幾個智能算法的典型實例，讀者可以據此二次開發。(4) 提供配套課件，便於教師備課使用：配套提供了完整的教學課件資料，便於廣大教師備課使用。配套學習資源下載地址為清華大學出版社網站本書頁面。繫列暢銷圖書如下：MATLAB 編程指南——計算、編程、仿真、算法及應用MATLAB/Simulink繫統仿真MATLAB GUI程序設計MATLAB智能算法MATLAB數學建模MATLAB科學計算MATLAB信號處理MATLAB圖像處理

內容簡介

本書在MATLAB 2016a的基礎上由淺入深地講解了MATLAB/Simulink軟件的知識，內容涉及面廣、涵蓋了用戶需要使用的各種功能。本書編排合理，自始至終采用實例描述；內容完整且各章相對獨立，是一本極具參考價值的MATLAB/Simulink參考書。
本書分為三大部分共16章。*部分主要介紹了MATLAB基礎知識、Simulink仿真入門、Simulink模型建立與仿真以及Simulink常用命令庫等；第二部分主要介紹SFunction的應用、控制繫統仿真和PID控制仿真等；第三部分則涉及Simulink高級應用，包括模糊邏輯控制、電力繫統仿真、通信繫統仿真、神經網絡控制仿真、滑模控制、車輛繫統仿真、群智能算法仿真和圖像處理仿真等。
本書以工程應用為目標，深入淺出，實例引導，講解翔實，適合作為理工科高等院校本科生和研究生的教學用書，也可作為廣大科研工程技術人員的參考用書。

作者簡介

李獻畢業於中國科學院研究生院，博士學位，碩士畢業於華中科技大學。畢業後留在中科院電工研究所應用超導重點實驗室工作。主要從事電磁推進、脈衝強磁場以及脈衝功率電源的相關研究工作。在國內外期刊發表論文多篇，出版多部暢銷圖書。

目錄

第1章MATLAB基礎知識

1.1MATLAB簡介

1.2MATLAB的通用命令

1.2.1MATLAB菜單說明

第1章MATLAB基礎知識

1.1MATLAB簡介

1.2MATLAB的通用命令

1.2.1MATLAB菜單說明

1.2.2MATLAB路徑設置

1.2.3MATLAB繫統常量說明

1.2.4MATLAB程序注解符說明

1.3MATLAB的計算基礎

1.3.1MATLAB的預定義變量

1.3.2常用運算和基本數學函數

1.3.3數值的輸出格式

1.4MATLAB程序設計基礎

1.4.1MATLAB基本程序設計

1.4.2MATLAB程序控制語句的運用

1.5MATLAB的繪圖功能

1.5.1離散數據圖形繪制

1.5.2函數圖形繪制

1.5.3網格圖繪制

1.5.4曲面圖的繪制

1.5.5特殊圖形繪制

1.6微積分問題的MATLAB求解

1.6.1符號微積分

1.6.2微分方程的數值解

1.6.3龍貝格積分法微積分運算

1.6.4有限差分方法求邊值問題

1.6.5樣條函數求積分

1.6.6常微分方程符號解

1.7非線性方程與線性規劃問題求解

1.7.1非線性方程組求解

1.7.2無約束化問題求解

1.7.3線性規劃問題

1.7.4二次型規劃問題

1.8本章小結

第2章Simulink仿真入門

2.1Simulink基本操作

2.1.1運行Simulink

2.1.2Simulink模塊庫

2.1.3Simulink模塊的操作

2.2運行仿真及參數設置簡介

2.2.1模型的創建

2.2.2模塊的連接與簡單處理

2.2.3仿真參數設置簡介

2.3子繫統及其封裝

2.3.1創建子繫統

2.3.2使能子繫統

2.3.3觸發子繫統

2.3.4使能觸發子繫統

2.3.5封裝子繫統

2.4用MATLAB命令創建和運行Simulink模型

2.4.1創建Simulink模型與文件

2.4.2添加模塊和信號線

2.4.3設置模型和模塊屬性

2.4.4仿真

2.5本章小結

第3章Simulink模型的建立與仿真

3.1Simulink模塊庫簡介

3.2信號源模塊組

3.2.1Clock模塊

3.2.2Digital Clock模塊

3.2.3Constant模塊

3.2.4BandLimited White Noise模塊

3.2.5Chirp Signal模塊

3.2.6Sine Wave模塊

3.2.7Pulse Generator模塊

3.2.8Random Number模塊

3.2.9Step模塊

3.2.10Uniform Random Number模塊

3.3連續模塊組

3.3.1Derivative模塊

3.3.2Integrator模塊

3.3.3Transfer Fcn模塊

3.3.4Transport Delay模塊

3.3.5ZeroPole模塊

3.3.6StateSpace模塊

3.4離散模塊組

3.4.1Discrete Transfer Fcn模塊

3.4.2Discrete Filter模塊

3.4.3Unit Delay模塊

3.4.4Memory模塊

3.4.5Discrete ZeroPole模塊

3.4.6Discrete StateSpace模塊

3.4.7ZeroOrder Hold模塊

3.5查表模塊組

3.5.11D Lookup Table模塊

3.5.22D Lookup Table模塊

3.6用戶自定義函數模塊組

3.6.1Fcn模塊

3.6.2MATLAB Fcn模塊

3.6.3SFunction模塊

3.7數學運算模塊組

3.7.1Abs模塊

3.7.2Add模塊

3.7.3Divide模塊

3.7.4Dot Product模塊

3.7.5Gain模塊

3.7.6Complex to MagnitudeAngle模塊

3.7.7MagnitudeAngle to Complex模塊

3.8非線性模塊組

3.8.1Backlash模塊

3.8.2Coulomb & Viscous Friction模塊

3.8.3Dead Zone模塊

3.8.4Quantizer模塊

3.8.5Rate Limiter模塊

3.8.6Saturation模塊

3.9信號與繫統模塊組

3.9.1Bus Selector模塊

3.9.2Bus Creator模塊

3.9.3Mux模塊

3.9.4Demux模塊

3.9.5Data Store Memory模塊

3.9.6Data Store Read模塊

3.9.7Data Store Write模塊

3.9.8Enable模塊

3.9.9Ground模塊

3.10本章小結

第4章Simulink常用命令庫分析

4.1Simulink中常用的模塊庫

4.2Simulink命令代碼

4.2.1Simulink繫統路徑

4.2.2獲取Simulink模型參數值

4.3Simulink繫統創建命令

4.3.1simulink命令

4.3.2simulink3命令

4.3.3find_system命令

4.3.4new_system命令

4.3.5open_system命令

4.3.6save_system命令

4.3.7bdclose命令

4.4Simulink模型模塊操作命令

4.4.1add_block命令

4.4.2delete_block命令

4.4.3add_line命令

4.4.4delete_line命令

4.4.5replace_block命令

4.5獲取Simulink文件路徑

4.5.1gcb命令

4.5.2gcbh命令

4.5.3gcs命令

4.5.4bdroot命令

4.6獲取Simulink模型參數命令

4.6.1get_param命令

4.6.2set_param命令

4.7Simulink代碼建模

4.8本章小結

第5章基於Simulink的S函數建模

5.1Simulink S函數仿真應用

5.1.1Simulink S函數仿真過程

5.1.2S函數的回調方法

5.2Mfile S函數應用

5.3Mfile S函數模板

5.3.1S函數工作方式

5.3.2S函數仿真過程

5.3.3S函數的編寫

5.3.4M文件S函數的模塊化

5.4Mfile S函數實現

5.5本章小結

第6章控制繫統Simulink仿真

6.1控制繫統頻域分析

6.1.1頻率特性的定義

6.1.2頻率特性和傳遞函數的關繫

6.1.3頻率特性的圖形表示方法

6.2幅相頻率特性

6.2.1比例環節

6.2.2微分環節

6.2.3積分環節

6.2.4慣性環節

6.2.5一階復合微分環節

6.2.6二階振蕩環節

6.2.7二階復合微分環節

6.2.8延遲環節

6.2.9開環繫統的幅相特性曲線

6.3對數頻率特性

6.3.1比例環節

6.3.2微分環節

6.3.3積分環節

6.3.4慣性環節

6.3.5一階復合微分環節

6.3.6二階振蕩環節

6.3.7二階復合微分環節

6.3.8延遲環節

6.4開環繫統的Bode圖

6.5小相角繫統和非小相角繫統

6.6奈奎斯特頻域穩定判據

6.7頻域對數穩定判據

6.8穩定裕度

6.8.1穩定裕度的定義

6.8.2穩定裕度的計算

6.9本章小結

第7章基於PID的Simulink控制繫統仿真

7.1PID控制原理

7.2基於PID的控制仿真

7.3基於S函數的PID控制繫統仿真

7.4基於PID的倒立擺小車控制仿真

7.5本章小結

第8章模糊邏輯控制仿真

8.1模糊邏輯概述

8.1.1高斯型隸屬函數

8.1.2三角形隸屬函數

8.2模糊邏輯控制箱圖形界面

8.2.1基本FIS編輯器

8.2.2隸屬函數編輯器

8.2.3繪制FIS

8.2.4設置模糊繫統屬性

8.2.5規則編輯器和語法編輯器

8.2.6規則觀察器和模糊推理框圖

8.3模糊聚類分析

8.3.1FIS曲面

8.3.2FIS結構

8.3.3模糊均值聚類

8.3.4模糊聚類工具箱

8.4模糊與PID控制器仿真設計

8.4.1模糊邏輯工具箱

8.4.2PID控制

8.4.3模糊控制器設計

8.4.4模糊與PID控制仿真

8.5本章小結

第9章Simulink在電力繫統中的應用

9.1同步發電機原理分析

9.2簡化同步電機模塊使用

9.3同步電機模塊使用

9.4負荷模型

9.4.1靜態負荷模塊

9.4.2三相動態負荷模塊

9.5異步電動機模塊

9.6直流電機模塊

9.7本章小結

第10章電力繫統穩定性分析

10.1Powergui模塊

10.1.1仿真類型

10.1.2分析工具

10.2二極管模塊

10.3晶閘管模塊

10.4電力繫統穩態仿真

10.4.1連續繫統仿真

10.4.2離散繫統仿真

10.5電力繫統電磁暫態仿真

10.5.1斷路器模塊

10.5.2三相斷路器模塊

10.5.3三相故障模塊

10.5.4暫態仿真分析

10.6本章小結

第11章通信繫統仿真設計

11.1通信繫統仿真概述

11.2信源與信道模型

11.2.1隨機數產生器

11.2.2泊松分布產生器

11.2.3伯努利二進制信號產生器

11.2.4加性噪聲產生器

11.3濾波器分析

11.4調制與解調

11.4.1基帶模型與調制通帶分析

11.4.2解調與模擬調制模型分析

11.4.3數字調制解調器模型分析

11.5本章小結

第12章神經網絡控制

12.1神經網絡簡介

12.2人模型

12.3神經網絡的學習規則

12.4MATLAB神經網絡工具箱

12.5基於BP神經網絡的PID自適應控制

12.6基於Simulink的神經網絡模塊仿真

12.6.1模塊的設置

12.6.2模塊的生成

12.7基於Simulink的神經網絡控制繫統

12.8反饋線性化控制

12.9本章小結

第13章滑模控制

13.1基於名義模型的滑模控制

13.1.1名義控制繫統結構

13.1.2基於名義模型的控制

13.1.3基於名義模型的滑模控制器的設計

13.1.4基於名義模型的滑模控制仿真

13.2全局滑模控制

13.2.1全局滑模控制繫統

13.2.2全局滑模控制器的設計

13.2.3基於全局滑模控制的仿真

13.3基於線性化反饋的滑模控制

13.3.1二階非線性確定繫統的倒立擺仿真

13.3.2二階非線性不確定繫統的倒立擺仿真

13.3.3輸入輸出的反饋線性化控制

13.3.4輸入輸出的反饋線性化滑模控制

13.4基於模型參考的滑模控制

13.5本章小結

第14章車輛繫統仿真

14.1汽車制動繫統仿真

14.2汽車懸架繫統仿真

14.2.1汽車懸架繫統運動方程建立

14.2.2汽車懸架繫統仿真

14.2.3白噪聲路面模擬輸入仿真

14.3汽車四輪轉向控制繫統仿真

14.3.1低速四輪轉向繫統仿真

14.3.2高速四輪轉向繫統仿真

14.4本章小結

第15章群智能算法控制繫統仿真

15.1PID控制

15.2粒子群算法控制仿真

15.2.1基本粒子群算法

15.2.2粒子群算法流程

15.2.3被控對像PID整定

15.2.4階躍響應性能檢測

15.3遺傳算法控制仿真

15.3.1選擇算子

15.3.2交叉算子

15.3.3變異算子

15.3.4適應度值評估

15.3.5遺傳算法流程

15.3.6被控對像PID整定

15.3.7階躍響應性能檢測

15.4人群搜索算法控制仿真

15.4.1搜索步長的確定

15.4.2搜索方向的確定

15.4.3搜尋者個體位置的更新

15.4.4人群搜索算法流程

15.4.5被控對像PID整定

15.4.6階躍響應性能檢測

15.5本章小結

第16章圖像處理仿真

16.1圖像處理模塊庫

16.1.1分析和增強模塊

16.1.2轉換模塊庫

16.1.3濾波模塊庫

16.1.4幾何變換模塊庫

16.1.5形態學操作模塊庫

16.1.6接收器模塊庫

16.1.7輸入源模塊庫

16.1.8統計模塊庫

16.1.9文本和圖形模塊庫

16.1.10變換模塊庫

16.1.11工具模塊庫

16.2基於Simulink的圖像增強

16.2.1圖像灰度變換增強

16.2.2圖像的平滑增強

16.2.3圖像銳化增強

16.3基於Simulink的圖像轉換處理

16.3.1圖像類型轉換

16.3.2顏色模型轉換

16.4基於Simulink的圖像幾何變換

16.4.1圖像的旋轉

16.4.2圖像的縮放

16.5基於Simulink的圖像數學形態學操作

16.5.1圖像膨脹和腐蝕

16.5.2圖像的開運算與閉運算

16.6基於Simulink的圖像增強綜合實例

16.6.1圖像進行旋轉和增強

16.6.2圖像縮小旋轉及邊緣檢測處理

16.7本章小結

附錄Simulink常用命令庫

參考文獻

前言

前言

前言

MATLAB/Simulink可用於動態繫統和嵌入式繫統的多領域仿真，是基於模型的設計工具。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，它基於MATLAB的框圖設計環境，是實現動態繫統建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用於線性繫統、非線性繫統、數字控制及數字信號處理的建模和仿真中。對於各種時變繫統，包括通信、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理繫統，Simulink提供了交互式圖形化環境和可定制的模塊庫來對其進行設計、仿真、執行和測試。Simulink可以用連續采樣時間、離散采樣時間或混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率繫統，即繫統中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創建動態繫統模型，Simulink提供了一個建立模型方框圖的圖形用戶接口(GUI)，創建過程隻需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種快捷、直接明了的方式，使得用戶可以立即看到繫統的仿真結果。1. 本書特點（1）由淺入深、循序漸進：本書以MATLAB愛好者為對像，首先從MATLAB使用基礎講起，再輔以MATLAB/Simulink在工程中的應用案例幫助讀者盡快掌握MATLAB/Simulink進行工程應用分析的技能。（2）步驟詳盡、內容新穎：本書結合作者多年MATLAB/Simulink使用經驗與實際工程應用案例，將MATLAB/Simulink軟件的使用方法與技巧詳細地講解給讀者。本書在講解過程中步驟詳盡、內容新穎，並輔以相應的圖片，使讀者在閱讀時一目了然，從而快速掌握書中的內容。（3）實例典型、輕松易學：通過實際工程應用案例的具體操作，讀者可以更好地掌握MATLAB/Simulink的使用方法。本書通過綜合應用案例，透徹詳盡地講解了MATLAB/Simulink在各方面的應用。2. 本書內容本書基於MATLAB 2016a版本，講解了MATLAB/Simulink的基礎知識和核心內容。本書主要圍繞MATLAB/Simulink在工程問題中的應用進行仿真運算，內容分為三部分共16章。部分主要介紹了MATLAB及Simulink的基本操作知識；第二部分介紹了Simulink的控制繫統仿真應用；第三部分則講解Simulink的高級應用。部分為MATLAB及Simulink的基本應用，包括第1章到第4章，內容涵蓋矩陣的應用、MATLAB計算基礎、程序設計基礎、繪圖功能、微積分應用、非線性方程求解、Simulink基本操作、Simulink運行仿真參數設置、Simulink子繫統封裝展開以及Simulink模塊庫分析等。第二部分為Simulink控制繫統的仿真部分，包括第5章到第7章，主要介紹采用SFunction進行控制繫統設計，采用S函數進行Simulink模塊設計，控制繫統計算機仿真的算法分析、控制繫統數字仿真的實現和控制繫統計算機仿真等。第三部分為Simulink高級繫統仿真應用，包括第8章到第16章，主要分析了模糊邏輯控制器的設計、電力繫統仿真設計、通信繫統仿真設計、Simulink神經網絡應用、滑模控制、車輛繫統仿真和群智能算法控制繫統仿真等。本書附錄部分介紹Simulink常用命令庫，基本涵蓋所有常用的Simulink命令函數。3. 讀者對像本書適合於MATLAB/Simulink初學者，也適合想要研究算法和提高工程應用能力的讀者，本書面向的讀者群體包括： ★ 廣大科研工作人員★ 初學MATLAB/Simulink的技術人員★ 大中專院校的教師和在校生★ 相關培訓機構的教師和學員★ 參加工作實習的“菜鳥”★ MATLAB/Simulink愛好者★ 初中級MATLAB/Simulink從業人員4. 讀者服務為了方便解決本書的疑難問題，讀者朋友在學習過程中遇到任何與本書有關的技術問題，都可以發郵件到郵箱caxart@126.com，或者訪問博客http://blog.sina.com.cn/caxart，編者會盡快給予解答。另外本書所涉及的資料（程序代碼）已經上傳到上面提到的博客及清華大學出版社本書頁面中，讀者可以下載。5. 本書作者本書主要由李獻、駱志偉和於晉臣編著。此外，付文利、王廣、張岩、溫正、林曉陽、任艷芳、唐家鵬、孫國強和高飛等也參與了本書部分內容的編寫工作。雖然作者在本書的編寫過程中力求敘述準確、完善，但由於水平有限，書中欠妥之處在所難免，希望讀者能夠及時指出，以促進本書質量的提高。後希望本書能夠為讀者的學習和工作提供幫助！
編者

媒體評論

專家評論★“科學與工程計算技術叢書”繫列主題反映了MATLAB和Simulink彙集的領域——大規模編程、機器學習、科學計算、機器人等。我們高興地看到“科學與工程計算技術叢書”支持MathWorks一直以來追求的目標：助您加速工程技術和科學研究。——Jim Tung (MathWorks Fellow)★ 《MATLAB/Simulink繫統仿真》本書通過綜合應用案例，透徹詳盡的講解了MATLAB/Simulink在各方面的應用。通過學習實際工程應用案例的具體操作，可以使讀者快速的掌握MATLAB/Simulink繫統仿真方法。——劉成龍（中國科學院） ★ 《MATLAB/Simulink繫統仿真》一書涉及面廣，涵蓋了一般用戶需要使用的各種功能，並詳細介紹了MATLAB/Simulink的使用。本書按邏輯編排，自始至終采用實例描述；內容完整且每章相對獨立，是一本詳細的MATLAB/Simulink參考書。——王廣（北京化工大學） ★ 《MATLAB/Simulink繫統仿真》全書結合作者多年MATLAB/Simulink使用經驗與實際工程應用案例，將MATLAB/Simulink軟件的使用方法與技巧到詳細地講解給讀者。本書在講解過程中步驟詳盡、內容新穎，講解過程輔以相應的圖片，使讀者在閱讀時一目了然，從而快速掌握書中所講內容。——溫正（航天科技集團某研究所） ★ 過學習實際工程應用案例的具體操作是掌握MATLAB/Simulink*好的方式。本書通過綜合應用案例，透徹詳盡的講解了MATLAB/Simulink在各方面的應用。《MATLAB Simulink繫統仿真》詳細講解了MATLAB/Simulink的基礎知識和核心內容，圍繞MATLAB/Simulink在工程問題中的應用進行仿真運算。對於從事Simulink開發的技術人員，該書具有較高的參考價值。——張岩（北京航空航天大學） ★ MATLAB/Simulink是用於動態繫統和嵌入式繫統的多領域仿真和基於模型的設計工具。《MATLAB/Simulink繫統仿真》從MATLAB使用基礎講起，再輔以MATLAB/Simulink在工程中的應用案例，可以幫助讀者盡快掌握MATLAB/Simulink進行工程應用分析的技能。——李昕（天津光電集團） ★ 《MATLAB/Simulink繫統仿真》以MATLAB 2016a版為基礎，由淺入深地全面講解了MATLAB／Simulink軟件的知識，內容涉及面廣，涵蓋了一般用戶需要使用的各種功能。本書按邏輯編排，自始至終采用實例描述；內容完整且每章相對獨立，是一本較為有參考價值的MATLAB／Simulink參考書。——付文利（烽火通信集團）專家評論★“科學與工程計算技術叢書”繫列主題反映了MATLAB和Simulink彙集的領域——大規模編程、機器學習、科學計算、機器人等。我們高興地看到“科學與工程計算技術叢書”支持MathWorks一直以來追求的目標：助您加速工程技術和科學研究。——Jim Tung (MathWorks Fellow)★ 《MATLAB/Simulink繫統仿真》本書通過綜合應用案例，透徹詳盡的講解了MATLAB/Simulink在各方面的應用。通過學習實際工程應用案例的具體操作，可以使讀者快速的掌握MATLAB/Simulink繫統仿真方法。——劉成龍（中國科學院） ★ 《MATLAB/Simulink繫統仿真》一書涉及面廣，涵蓋了一般用戶需要使用的各種功能，並詳細介紹了MATLAB/Simulink的使用。本書按邏輯編排，自始至終采用實例描述；內容完整且每章相對獨立，是一本詳細的MATLAB/Simulink參考書。——王廣（北京化工大學） ★ 《MATLAB/Simulink繫統仿真》全書結合作者多年MATLAB/Simulink使用經驗與實際工程應用案例，將MATLAB/Simulink軟件的使用方法與技巧到詳細地講解給讀者。本書在講解過程中步驟詳盡、內容新穎，講解過程輔以相應的圖片，使讀者在閱讀時一目了然，從而快速掌握書中所講內容。——溫正（航天科技集團某研究所） ★ 過學習實際工程應用案例的具體操作是掌握MATLAB/Simulink*好的方式。本書通過綜合應用案例，透徹詳盡的講解了MATLAB/Simulink在各方面的應用。《MATLAB Simulink繫統仿真》詳細講解了MATLAB/Simulink的基礎知識和核心內容，圍繞MATLAB/Simulink在工程問題中的應用進行仿真運算。對於從事Simulink開發的技術人員，該書具有較高的參考價值。——張岩（北京航空航天大學） ★ MATLAB/Simulink是用於動態繫統和嵌入式繫統的多領域仿真和基於模型的設計工具。《MATLAB/Simulink繫統仿真》從MATLAB使用基礎講起，再輔以MATLAB/Simulink在工程中的應用案例，可以幫助讀者盡快掌握MATLAB/Simulink進行工程應用分析的技能。——李昕（天津光電集團） ★ 《MATLAB/Simulink繫統仿真》以MATLAB 2016a版為基礎，由淺入深地全面講解了MATLAB／Simulink軟件的知識，內容涉及面廣，涵蓋了一般用戶需要使用的各種功能。本書按邏輯編排，自始至終采用實例描述；內容完整且每章相對獨立，是一本較為有參考價值的MATLAB／Simulink參考書。——付文利（烽火通信集團）

在線試讀

第3章Simulink模型的建立與仿真

Simulink是MATLAB的仿真工具箱，它是面向框圖的仿真軟件。Simulink能用繪制方框圖代替程序，結構和流程清晰；利用Simulink可智能化地建立和運行仿真，仿真精細、貼近實際。Simulink適應面廣。可應用於線性、非線性繫統，連續、離散及混合繫統，以及單任務、多任務離散事件繫統。采用Simulink模塊庫能夠方便地進行模型的編輯和仿真構建。學習目標： (1) 學習Simulink基本庫原件； (2) 學習Simulink各模塊的使用； (3) 學習Simulink各模塊的參數配置； (4) 學習使用Simulink各模塊搭建仿真框圖。3.1Simulink模塊庫簡介在MATLAB命令行窗口輸入simulink，打開Simulink工具箱，進行Simulink工具箱模塊庫的學習。Simulink模塊庫很龐大，以下將主要介紹常規的Simulink應用模塊，包括信號源模塊組、連續模塊組、離散模塊組、查表模塊組、用戶自定義函數模塊組、數學運算模塊組、非線性模塊組、輸出池模塊組、信號與繫統模塊組、子繫統模塊組、常用模塊組、其他工具箱與模塊集等。3.2信號源模塊組Simulink模塊庫中提供了豐富的信號源模塊組，下面逐一介紹。3.2.1Clock模塊時鐘模塊以及時鐘模塊的屬性如圖31所示。

圖31時鐘模塊

時鐘模塊如圖31所示，在Simulink仿真中，時鐘模塊主要用於計時，效果很直觀。在時鐘模塊的屬性窗口中：（1） Display time：如果該復選框被選中，則該時鐘模塊在仿真過程中，界面將顯示時間，如果不顯示，則可將其輸入到工作區中。（2） Decimation：默認為10，Decimation的數值可以為任意整數，在仿真過程中，隨著時鐘不斷地更新，其數值不斷增加，例如對於10s的仿真，繫統Decimation默認為10，則表示繫統將以1s、2s、3s、…、10s依次遞增。搭建時鐘模塊如圖32所示。運行仿真文件，輸出結果如圖33所示。第3章Simulink模型的建立與仿真

Simulink是MATLAB的仿真工具箱，它是面向框圖的仿真軟件。Simulink能用繪制方框圖代替程序，結構和流程清晰；利用Simulink可智能化地建立和運行仿真，仿真精細、貼近實際。Simulink適應面廣。可應用於線性、非線性繫統，連續、離散及混合繫統，以及單任務、多任務離散事件繫統。采用Simulink模塊庫能夠方便地進行模型的編輯和仿真構建。學習目標： (1) 學習Simulink基本庫原件； (2) 學習Simulink各模塊的使用； (3) 學習Simulink各模塊的參數配置； (4) 學習使用Simulink各模塊搭建仿真框圖。3.1Simulink模塊庫簡介在MATLAB命令行窗口輸入simulink，打開Simulink工具箱，進行Simulink工具箱模塊庫的學習。Simulink模塊庫很龐大，以下將主要介紹常規的Simulink應用模塊，包括信號源模塊組、連續模塊組、離散模塊組、查表模塊組、用戶自定義函數模塊組、數學運算模塊組、非線性模塊組、輸出池模塊組、信號與繫統模塊組、子繫統模塊組、常用模塊組、其他工具箱與模塊集等。3.2信號源模塊組Simulink模塊庫中提供了豐富的信號源模塊組，下面逐一介紹。3.2.1Clock模塊時鐘模塊以及時鐘模塊的屬性如圖31所示。

圖31時鐘模塊

時鐘模塊如圖31所示，在Simulink仿真中，時鐘模塊主要用於計時，效果很直觀。在時鐘模塊的屬性窗口中：（1） Display time：如果該復選框被選中，則該時鐘模塊在仿真過程中，界面將顯示時間，如果不顯示，則可將其輸入到工作區中。（2） Decimation：默認為10，Decimation的數值可以為任意整數，在仿真過程中，隨著時鐘不斷地更新，其數值不斷增加，例如對於10s的仿真，繫統Decimation默認為10，則表示繫統將以1s、2s、3s、…、10s依次遞增。搭建時鐘模塊如圖32所示。運行仿真文件，輸出結果如圖33所示。

圖32時鐘使用

圖33時鐘模塊示波器時鐘變化圖

3.2.2Digital Clock模塊數字時鐘模塊以及數字時鐘模塊的屬性如圖34所示。

圖34數字時鐘模塊

圖35Digital Clock模塊使用
在Simulink仿真中，數字時鐘模塊主要用於離散繫統的計時，該模塊能夠輸出保持前一次的值不變。對於其屬性窗口： Sample time表示采樣時間，默認值為1s。搭建Digital Clock模塊如圖35所示。運行仿真文件，輸出結果如圖36所示。

圖36Digital Clock模塊示波器時鐘變化圖
3.2.3Constant模塊Constant模塊，表示常數輸入，其模塊屬性如圖37所示。

圖37Constant模塊

在Simulink仿真中，常數模塊主要用在輸入的量為定值的情況。對於其屬性窗口：（1） Constant value：表示常數值，由用戶指定。（2） Sample time：表示采樣時間，默認值為inf，也可以設置為與繫統的采樣時間相一致。搭建Constant模塊如圖38所示。

圖38Constant模塊使用

運行仿真文件，輸出結果如圖39所示。

圖39Constant模塊示波器時鐘變化圖

3.2.4BandLimited White Noise模塊BandLimited White Noise模塊產生服從正態分布的隨機數，用於混合繫統或者連續繫統，用戶可以采樣該模塊產生比繫統小時間常數更小的相關時間的隨機序列來模擬白噪聲的效果，通常噪聲的相關時間t可計算如下：

t=2π100fmax

其中，fmax（rad/s）表示繫統的帶寬。采用時間t作為換算因子，保證了一個連續繫統對我們需要近似模擬的白噪聲應具有的繫統方差(繫統噪聲)，BandLimited White Noise模塊屬性如圖310所示。

圖310BandLimited White Noise模塊

對於其屬性窗口：（1） Noise power：表示白噪聲PSD的幅度，默認值為0.1。（2） Sample time：表示采樣時間，默認值為0.1。（3） Seed：表示隨機數信號發生器的初始種子，默認值為［23341］。搭建BandLimited White Noise模塊如圖311所示。

圖311BandLimited White Noise模塊使用

運行仿真文件，輸出結果如圖312所示。

圖312BandLimited White Noise模塊示波器時鐘變化圖
3.2.5Chirp Signal模塊Chirp Signal模塊產生頻率隨時間線性增加的正弦信號，即調頻信號，該模塊可用於非線性繫統的譜分析，且以矢量或標量輸出。Chirp Signal模塊的模塊屬性如圖313所示。

圖313Chirp Signal模塊

對於其屬性窗口：（1） Initial frequency（Hz）：表示信號的初始化頻率，指定為標量或矢量，默認值為0.1。（2） Target time（secs）：表示頻率變化的時間，默認值為100。（3） Frequency at target time（Hz）：表示對應目標時間的信號頻率，輸入為矢量或標量，默認值為1。搭建Chirp Signal模塊如圖314所示。

圖314Chirp Signal模塊使用

運行仿真文件，輸出結果如圖315所示。

圖315Chirp Signal模塊示波器時鐘變化圖

3.2.6Sine Wave模塊Sine Wave正弦波模塊，產生如下形式的正弦波：

f（t）=Amp·sin（Freq·t Phase） Bias

其中，Amp為正弦波振幅，Freq為正弦波的頻率，Phase為初始相位，Bias為正弦波上下移動的常量。Sine Wave正弦波的模塊屬性如圖316所示。

圖316Sine Wave正弦波模塊

對於其屬性窗口：（1） Amplitude：表示正弦信號的振幅，指定為標量或矢量，默認值為1。（2） Bias：表示正弦信號離0均值線的偏移量，默認值為0。（3） Frequency(rad/sec)：表示對應目標信號頻率，輸入為矢量或標量，默認值為1。（4） Phase（rad）：表示信號的初始相位，默認值為0。（5） Sample time：表示繫統采樣時間。（6） Inter vector parameters as 1D：該復選框可以選中，也可以不選，選中表示信號按照一行的數據矢量進行輸出；不勾選，則信號以列向量存儲。搭建Sine Wave模塊如圖317所示。

圖317Sine Wave模塊使用

運行仿真文件，輸出結果如圖318所示。

圖318Sine Wave模塊示波器時鐘變化圖
3.2.7Pulse Generator模塊Pulse Generator模塊產生等間隔的脈衝波形，脈衝寬度就是脈衝持續高電平期間的數字采樣周期數，脈衝周期等於脈衝持續高電平、低電平的數字采樣周期之和，相位延遲則是起始脈衝所對應的數字采樣周期數。Pulse Generator的模塊屬性如圖319所示。

圖319Pulse Generator模塊

對於其屬性窗口：（1） Amplitude：表示脈衝信號的振幅，指定為標量或矢量，默認值為1。（2） Period(secs)：表示脈衝數字采樣周期，默認值為10。（3） Pulse width（%of period）：表示脈衝寬度，輸入為矢量或標量，默認值為5。（4） Phase delay（secs）：表示信號的相位延遲，默認值為0。（5） Inter vector parameters as 1D：該復選框可以選中，也可以不選，選中表示信號按照一行的數據矢量進行輸出；不勾選，則信號以列向量存儲。搭建Pulse Generator模塊如圖320所示。

圖320Pulse Generator模塊使用

運行仿真文件，輸出結果如圖321所示。

圖321Pulse Generator模塊示波器時鐘變化圖
3.2.8Random Number模塊Random Number模塊產生服從正態分布的隨機信號，在每次仿真開始時，種子都設置為指定的值，默認的情況下，產生方差為1、均值為0的隨機信號。如果想獲得均勻分布的隨機信號，則可以使用Uniform Random Number模塊；如果仿真器對於比較平滑的信號能夠積分，那麼對於隨機波動的信號進行積分運算，則需要采用BandLimited White Noise信號。Random Number的模塊屬性如圖322所示。對於其屬性窗口：（1） Mean：表示隨機信號的均值，指定為標量或矢量，默認值為0。（2） Variance：表示隨機信號的方差，默認值為1。（3） Seed：表示隨機種子，輸入為矢量或標量，默認值為0。（4） Sample time：表示信號的采樣時間，默認值為0.1。搭建Random Number模塊如圖323所示。運行仿真文件，輸出結果如圖324所示。

圖322Random Number模塊

圖323Random Number模塊使用

圖324Random Number模塊示波器時鐘變化圖
3.2.9Step模塊Step模塊產生階躍信號，Step常用於控制繫統仿真中，用於測試繫統的穩定性和斂散性。Step模塊在指定時間產生一個可定義上、下電平的階躍信號，Step產生一個矢量或標量進行輸出。Step的模塊屬性如圖325所示。

圖325Step模塊

對於其屬性窗口：（1） Step time：表示初始階躍的時間，指定為標量或矢量，繫統默認值為1。（2） Initial value：表示仿真的初始時間，繫統默認值為0。（3） Final time：表示仿真的結束時間，輸入為矢量或標量，繫統默認值為1。（4） Sample time：表示信號的采樣時間，繫統默認值為0。搭建Step模塊如圖326所示。運行仿真文件，輸出結果如圖327所示。

圖326Step模塊使用

圖327Step模塊示波器時鐘變化圖

3.2.10Uniform Random Number模塊Uniform Random Number模塊產生在整個指定時間周期內均勻分布的隨機信號，信號的起始種子可由用戶指定。將Seed種子指定為矢量，可以產生矢量隨機數序列。Uniform Random Number的模塊屬性如圖328所示。

圖328Uniform Random Number模塊

對於其屬性窗口：（1） Minimum：表示時間間隔的小值，指定為標量或矢量，繫統默認值為-1。（2） Maximum：表示時間間隔的值，指定為標量或矢量，繫統默認值為1。（3） Seed：表示隨機序列發生器的初始種子，輸入為矢量或標量，繫統默認值為0。（4） Sample time：表示信號的采樣時間，繫統默認值為0.1。搭建Uniform Random Number模塊如圖329所示。運行仿真文件，輸出結果如圖330所示。

圖329Uniform Random Number
模塊使用

圖330Uniform Random Number模塊示波器
時鐘變化圖

3.3連續模塊組連續模塊仿真主要用於繫統的積分分析。對於一個繫統而言，傳遞函數的構建顯得尤為重要。3.3.1Derivative模塊Derivative模塊表示微分環節，為時間的一階導數ΔuΔt，其中，Δu為輸入的變化量，Δt為前兩次仿真時間點之差。Derivative模塊的仿真精度取決於時間步長Δt，步長越小，結果越平滑，相應的結果越精確。如果輸入為離散信號，當輸入變化時，輸入的連續導數是衝擊信號，否則為0。為得到離散型繫統的離散導數，可采用

y（k）=1Δt［u（k）-u（k-1）］

相應的Z變換為

Y（z）u（z）=1-z-1Δt=z-1Δt·z

Derivative的模塊屬性如圖331所示。

圖331Derivative模塊

對於其屬性窗口： Coefficient c in the transfer function approximation s/（c*s 1） used for linearization表示步長的設置，指定為標量或矢量，默認值為inf(無窮大)。搭建Derivative模塊如圖332所示。運行仿真文件，輸出結果如圖333所示。

圖332Derivative模塊使用

圖333Derivative模塊示波器時鐘變化圖
3.3.2Integrator模塊Integrator模塊表示積分環節，為時間的一階導數∫udt，其中，u為輸入的變化量，dt為前兩次仿真時間點之差。Integrator的模塊屬性如圖334所示。

圖334Integrator模塊

對於其屬性窗口：（1） External reset：設置信號的觸發事件(rising、falling、either、level、level hold和none)，默認設置為none，即保持繫統原態。（2） Initial condition source：表示參數輸入的狀態，分為外部輸入external和內部輸入internal，通常默認設置為internal。（3） Initial condition：表示狀態的初始條件，用於設置Initial condition source的參數。（4） Limit output：若選中，則可以設置積分的上界(Upper saturation limit)和下界(Lower saturation limit)。（5） Upper saturation limit：表示積分上界，默認值為inf。（6） Lower saturation limit：表示積分下界，默認值為inf。（7） Show saturation port：若選中，則表示模塊增加一個飽和輸出端口。（8） Show state port：若選中，則表示模塊增加一個輸出端口。（9） Absolute tolerance：表示模塊狀態的容限，默認值為auto。（10） Ignore limit and reset when linearizing：若勾選此選項，則表示當繫統為線性化繫統時，前面的積分上下限制和觸發事件無效，默認為不勾選。（11） Enable zer

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