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第七章
第七章
Simulink
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建模和仿真
建模和仿真
在计算机技术飞速发展的今天,许多科学研究、工程设计由
在计算机技术飞速发展的今天,许多科学研究、工程设计由
于其复杂性越来越高,因此与计算机的接合日趋紧密。也正
于其复杂性越来越高,因此与计算机的接合日趋紧密。也正
是计算机技术的介入,改变了许多学科的结构、研究内容和
是计算机技术的介入,改变了许多学科的结构、研究内容和
研究方向。例如,计算流体力学、计算物理学、计算声学等
研究方向。例如,计算流体力学、计算物理学、计算声学等
新兴学科的兴起,均与计算机技术的发展分不开。控制理论、
新兴学科的兴起,均与计算机技术的发展分不开。控制理论、
仿真技术本身与计算机的接合就十分紧密,而随着专业领域
仿真技术本身与计算机的接合就十分紧密,而随着专业领域
的研究深入和计算机软硬件技术的发展,这种联系呈现更加
的研究深入和计算机软硬件技术的发展,这种联系呈现更加
紧密。计算控制论的建立,足以说明这个问题。而这种发展,
紧密。计算控制论的建立,足以说明这个问题。而这种发展,
又以系统仿真技术的发展分不开的。
又以系统仿真技术的发展分不开的。
为了满足用户对工程计算的要求,一些软件公司相继推出一
为了满足用户对工程计算的要求,一些软件公司相继推出一
批数学类科技应用软件,如
批数学类科技应用软件,如
Matlab
Matlab
、
、
Xmath
Xmath
、
、
Mathematica
Mathematica
、
、
Maple
Maple
等。其中
等。其中
MathWorks
MathWorks
公司推出的
公司推出的
Matlab
Matlab
由于有强大的
由于有强大的
功能和友好的用户界面受到越来越多的科技工作者的青睐,
功能和友好的用户界面受到越来越多的科技工作者的青睐,
尤其是控制领域的专家和学者
尤其是控制领域的专家和学者
.
.
第七章
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Simulink
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建模和仿真
建模和仿真
Matlab
Matlab
具有友好的工作平台和编程环境、简单易学的编程语言、
具有友好的工作平台和编程环境、简单易学的编程语言、
强大的科学计算和数据处理能力、出色的图形和图像处理功能、
强大的科学计算和数据处理能力、出色的图形和图像处理功能、
能适应多领域应用的工具葙、适应多种语言的程序接口、模块化
能适应多领域应用的工具葙、适应多种语言的程序接口、模块化
的设计和系统级的仿真功能等,诸多的优点和特点。
的设计和系统级的仿真功能等,诸多的优点和特点。
支持
支持
Matlab
Matlab
仿真是
仿真是
Simulink
Simulink
工具箱,
工具箱,
Simulink
Simulink
一般可以附在
一般可以附在
M
M
atlab
atlab
上同时安装,也有独立版本来单独使用。但大多数用户都
上同时安装,也有独立版本来单独使用。但大多数用户都
是附在
是附在
Matlab
Matlab
上,以便能更好地发挥
上,以便能更好地发挥
Matlab
Matlab
在科学计算上的优
在科学计算上的优
势,进一步扩展
势,进一步扩展
Simulink
Simulink
的使用领域和功能。
的使用领域和功能。
本章详细地向用户介绍
本章详细地向用户介绍
Simulink
Simulink
地建模方法、使用操作、以及
地建模方法、使用操作、以及
使用
使用
Simulink
Simulink
进行系统级的仿真和设计原理。
进行系统级的仿真和设计原理。
使读者通过本章
使读者通过本章
地学习,不但可以进一步掌握计算机仿真的基本概念和理论,也
地学习,不但可以进一步掌握计算机仿真的基本概念和理论,也
可以初步学会使用
可以初步学会使用
Simulink
Simulink
去真正地运用仿真技术解决科研和
去真正地运用仿真技术解决科研和
工程中地实际问题。
工程中地实际问题。
第七章
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Simulink
Simulink
建模和仿真
建模和仿真
7.1 Simulink
7.1 Simulink
的概述和基本操
的概述和基本操
作
作
近几年来,在学术界和工业领域,
近几年来,在学术界和工业领域,
Simulink
Simulink
已经成为动态系
已经成为动态系
统建模和仿真领域中应用最为广泛的软件之一。
统建模和仿真领域中应用最为广泛的软件之一。
Simulink
Simulink
可
可
以很方便地创建和维护一个完整地模块,评估不同地算法和结
以很方便地创建和维护一个完整地模块,评估不同地算法和结
构,并验证系统的性能。由于
构,并验证系统的性能。由于
Simulink
Simulink
是采用模块组合方式
是采用模块组合方式
来建模,从而可以使得用户能够快速、准确地创建动态系统的
来建模,从而可以使得用户能够快速、准确地创建动态系统的
计算机仿真模型,特别是对复杂的不确定非线性系统,更为方
计算机仿真模型,特别是对复杂的不确定非线性系统,更为方
便。
便。
Simulink
Simulink
模型可以用来模拟线性和非线性、连续和离散或者
模型可以用来模拟线性和非线性、连续和离散或者
两者的混合系统
两者的混合系统
,也就是说它可以用来模拟几乎所有可能遇到
,也就是说它可以用来模拟几乎所有可能遇到
动态系统。另外
动态系统。另外
Simulink
Simulink
还提供一套图形动画的处理方法,
还提供一套图形动画的处理方法,
使用户可以方便的观察到仿真的整个过程。
使用户可以方便的观察到仿真的整个过程。
Simulink
Simulink
没有单独的语言,但是它提供了
没有单独的语言,但是它提供了
S
S
函数规则。
函数规则。
所谓
所谓
的
的
S
S
函数可以是一个
函数可以是一个
M
M
函数文件、
函数文件、
FORTRAN
FORTRAN
程序、
程序、
C
C
或
或
C++
C++
语
语
言程序等
言程序等
,
,
通过特殊的语法规则使之能够被
通过特殊的语法规则使之能够被
Simulink
Simulink
模型或
模型或
模块调用。
模块调用。
S
S
函数使
函数使
Simulink
Simulink
更加充实、完备,具有更强的
更加充实、完备,具有更强的
处理能力。
处理能力。
第七章
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Simulink
Simulink
建模和仿真
建模和仿真
7.1 Simulink
7.1 Simulink
的概述和基本操
的概述和基本操
作
作
同
同
Matlab
Matlab
一样,
一样,
Simulink
Simulink
也不是封闭的
也不是封闭的
,
,
他允许用户
他允许用户
可以很方便的定制自己的模块和模块库。
可以很方便的定制自己的模块和模块库。
同时
同时
Simulink
Simulink
也同样有比较完整的帮助系统,使用户可以随时找到对
也同样有比较完整的帮助系统,使用户可以随时找到对
应模块的说明,便于应用。
应模块的说明,便于应用。
综上所述,
综上所述,
Simulink
Simulink
就是一种开放性的,用来模拟线
就是一种开放性的,用来模拟线
性或非线性的以及连续或离散的或者两者混合的动态系
性或非线性的以及连续或离散的或者两者混合的动态系
统的强有力的系统级仿真工具。
统的强有力的系统级仿真工具。
目前,随着软件的升级换代,在软硬件的接口方面有了
目前,随着软件的升级换代,在软硬件的接口方面有了
长足的进步,使用
长足的进步,使用
Simulink
Simulink
可以很方便地进行实时的
可以很方便地进行实时的
信号控制和处理、信息通信以及
信号控制和处理、信息通信以及
DSP
DSP
的处理。世界上许
的处理。世界上许
多知名的大公司已经使用
多知名的大公司已经使用
Simulink
Simulink
作为他们产品设计
作为他们产品设计
和开发的强有力工具。
和开发的强有力工具。
第七章
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Simulink
Simulink
建模和仿真
建模和仿真
7.1 Simulink
7.1 Simulink
的概述和基本操作
的概述和基本操作
图 7.1.1 Simulink 模型元素关联图
源模块 显示模块系统模块
7.1.2
7.1.2
基本操作
基本操作
一、模型基本结构
一、模型基本结构
一个典型的
一个典型的
Simulink
Simulink
模型包括如下三种类型的元素:
模型包括如下三种类型的元素:
①
①
信号源模块
信号源模块
②
②
被模拟的系统模块
被模拟的系统模块
③
③
输出显示模块
输出显示模块
如图
如图
7.1.1
7.1.1
所示说明了这三种元素之间的典型关系。系
所示说明了这三种元素之间的典型关系。系
统模块作为中心模块是
统模块作为中心模块是
Simulink
Simulink
仿真建模所要解决的主要部
仿真建模所要解决的主要部
分;信号源为系统的输入,它包括常数信号源函数信号发生
分;信号源为系统的输入,它包括常数信号源函数信号发生
器(如正弦和阶跃函数波等)和用户自己在
器(如正弦和阶跃函数波等)和用户自己在
Matlab
Matlab
中创建的
中创建的
自定义信号或
自定义信号或
Matlab
Matlab
工作间中三种。输出模块主要在
工作间中三种。输出模块主要在
Sinks
Sinks
库中。
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