附录A MatLab控制系统仿真软件简介1. MatLab仿真软件简介MatLab控制系统仿真软件是当今国际控制界公认的标准计算软件，1999年春MatLab 5.3版问世，使 MATLAB拥有更丰富的数据类型和结构、更友善的面向对象、更加快速精良的图形可视、更广博的数学和 数据分析资源、更多的应用开发工具。特别是SIMULINK这一个交互式操作的动态系统建模、仿真、分析 集成环境的出现，使人们有可能考虑许多以前不得不做简化假设的非线性因素、随机因素，从而即使学生 没有对非线性动态系统进行分析研究的数学基础，仍可通过仿真来认知非线性对系统动态的影响。2SIMULINK交互式动态系统建模与仿真2. 1进入SIMULINK系统在 WINDOWS桌面点击 MATLAB图标，即可进入 MATLAB系统：)MkTLAB Coinmand WindowJile Edit Vifew tfiiidcw Help辑Re ady路径设買变量浏览在线帮助打开文件编女件simjL元件点击工具条最后第二个图标，即可进入SIMULINK元件库:点击十字节点，或双击Simulink （元件库名），即可进入Simulink元件库，如右上图所示，其中Continuous、Math、Nonlinear、Sinks和Sources分别为连续系统元件库、数学元件库、非线性元件库、输 出元件库和输入元件库。再点击十字节点，或双击Continuous （连续系统元件库名），即可进入连续系统元件库，如下一页的左 上图所示。如果再点击十字节点，或双击Sinks （输出元件库名），即可进入输出元件库，如下一页的右上 图所示。filSi nCent inuousHSinulirtk LiLrsrrBitov car丨|K二直上11TJ1.XH妇却一 EIBI尊z.爭3-;旺；旺；旺；6F 口xlq + i ons -S. T 0MathNorJ. i rLsai-Der i vati veIHStateSp a.caTranstfir FcnSim ilud1.C c-Tits. IfDi screteFijtictig A TabLesPh thE:l gnslm 矗 Sys tensSinks” DiiplsyV St op Sinulat i onQ To FileQ To rtorkspaceQ XY Griph朮h I SniTliLA从左上图可看到连续系统元件库中包括微分器、积分器和传递函数等，一旦点击该些元件名前面的形图标时，在该窗口的右下角会显示该元件的符号图形；若在形图标上按压住鼠标左键，将其拖入用户的图形编辑窗内的适当位置后，释放鼠标左键，即可在自己的图形编辑窗内得到一个所选元件的拷贝。右上图的Sinks （输出元件库）中最有用的元件是Scope，其功能如同示波器一样，在仿真时可实时显 示动态曲线。左下图的Sources （输入元件库）中最有用的元件是Signal Generator，其功能如同信号发生器一样，可 产生正弦、方波等信号。1 Si mill inli Li br rvBrowser1-口 |x|門启MrC C: GI * EandLimi tWhi Nois O Chirp SignalQ Clock7 Constant0 Digital Clock2 Dizcre七亡 Pulse GerLerator From Workspace 钟 Frorri FilaPiol s e GeneratorFile 昴讥 View F orm atJ RairipU RAndm NumberRepa.t ing Q Si snal Generatorul Siria Waiira辭 Step7 Urti form Random Numbernt|C DmrTnjrLi c at 2 ons BlocksetConsta ntTllis is 1A.E S XFfful ixil： S/S EUT E iES* 11el冃二 bFHT： sinmlLnk3Soui Sinhs CardinuDUE Dicrai& Mdh Fundiar Nonlinaar SignjlcSimulink Block Library 3lC 叩艸ghl 电J1D90 !的B by The MdthWolis. Inc.Dents0FiarripSignalG已neratorHSing WavePulseGeneratorDiscrete FulseGeneratijrStepRsp-eatirigShjqu eriOt!aChirp SignalClockuntitled.mat Fr:m FilsH E BRanduni IJnifurm Randrim BandLiEi也d NumherNumbsr uuTiite Noise在MATLAB的早期版本中，元件库不是采用目前的树型结构，而是采用浮动窗的形式，其缺点是占 用屏幕和内存太多，优点是比较直观，因此在新版本中还保留了这中功能。操作步骤如下：1）在元件库浏览窗的Simulink处点击鼠标右键，即弹出一标签Open the Simulink Library, 再在该标签上点击鼠标左键，即浮现出上页左下图所示的元件库，不难看出这些图标是和树型结构 的元件库浏览窗的右下角的图标完全相同。2）再用鼠标左键点击任一图标，即进入了元件库的底层，如上页右下图为输入元件库，若在图标上按 压住鼠标左键，将其拖入用户的图形编辑窗内的适当位置后，释放鼠标左键，即可在自己的图形编 辑窗内得到一个所选元件的拷贝。左下图为输出元件库，其中最常用的是示波器（Scope）模块；右下图为线性系统元件库，其中最常用CLibrary： s i nuli rLkj./ilorl i 皿：irFile Edit View Fornat田Rate Um iterSatuiatiDn uantizerfflDead ZoneRelayESwitch:T；：；：41MultipartBUipjhamb 呂ViscE us F rictionZJ.i.IILTI的是传递函数（Transfer Fen）模块；左上图是数学元件库，其中最常用的是加法器（Sum）模块；右上图为非线性系统元件库。22编辑SIMULINK仿真图2. 2. 1打开用户图形编辑窗在MATLAB的命令窗（即系统主窗）的File下拉菜单的New Model处点击鼠标左键，即在屏 幕上弹出元件库浏览窗和一个空白用户图形编辑窗。2. 2. 2布置元件按2.1节所述的方法将所需元件拖入用户的图形编辑窗内的适当位置，如下页图所示:图中放置了一个信号发生器和一个示波器。2. 2. 3连线在信号发生器的 处按压住鼠标左键，朝示波器的 方向拖动，直到 处后释放鼠标键，即完成了 二个模块之间的连接，如右上图所示。如果在连线的某一中间位置按压鼠标右键，朝该连线垂直方向拖动，即可产生分叉线：2. 2. 4转动模块除了输入和输出模块之外，其他模块的左右两侧分别有 表示的输入、输出端口。该类模块用于 前向通道时无须调整方向，但当用于反馈通道时必须调整方向，为此要从下拉菜单 Format - -Flip Block或Rotate Block，前者可顺时针转动180，后者可顺时针转动90。在下拉菜单Format内还有 对模块的字体、颜色等进行编辑的功能。2. 2. 5修改或删除模块在模块或连线上单击鼠标左键，即将该模块或连线选中，如果按Del键就可将其删除。也可用橡皮框 将有关元件选中，再对其进行移动、修改或删除等操作。也可利用下拉菜单Edit中的相关命令进行复制、 粘贴等操作。对选中的模块，用按压鼠标左键（当光标为-9时）方式可将其拉大或缩小。2. 3参数设置2. 3. 1模块参数设置在工作图的信号发生器上双击鼠标左键，弹出参数设置对话框如左下图所示：在波形编辑栏可选定正弦、方波等信号，在下方的三个文本编辑框内，可设定信号的幅值、频率和单 位等参数，点击OK钮就完成了信号发生器的参数设置，对话框自动关闭。在工作图的示波器上双击鼠标左键，弹出右上图所示的一个示波器。其中的工具条的功能与WINDOWDS 的相关功能雷同，进一步的了解可通过在线Help。下面通过一个闭环仿真图（如下页所示）来看其他一些典型模块的参数设置方法。双击加法器模块，弹出加法器模块编辑框如左下图所示，其关键是将文本编辑栏的十十号改成十一号, 以构成负反馈系统。双击传递函数模块，弹出编对话辑框如下，其中第一条文本编辑栏为传递函数分子系数行向量，第二条文本编辑栏为传递函数分母系数行向量。其编写规则是按S的降幕次序排列的各项系数，上图中分子是 增益为1的比例环节，分母为S+1的环节。点击0K钮就完成了传递函数的参数设置，对话框自动关闭。2. 3. 2仿真参数设置执行下拉菜单Simulation- Parameter命令，就可弹出仿真参数设置的对话框，设置方法如下：1）在第1、2两个文本编辑栏内可分别设置仿真的起始时间和终止时间。2）第3、4两个文本编辑栏内一般不必改动，这儿指定微分方程数值解法为ode45 （自适应变步长四 阶五阶龙格库塔法）。3）第6个文本编辑栏内可以设置仿真的相对精度。4）余下几个文本编辑栏内一般不必改动。5）按0K键就完成了仿真参数设置，对话框自动关闭。24简单系统仿真上图是一个一阶单位负反馈系统，执行下拉菜单Simulation- Start命令即可开始进行自动仿真, 其单位阶跃响应如下图所示：只要双击工作图形编辑窗内的传递函数模块，通过对话框编辑，就可将前向通道的传递函数改为二阶 环节:其单位阶跃响应如右上图所示，这是一个振荡系统的响应。再来看一个带有死区非线性环节的系统:i-1Tl+i*File Eli t Vi ew SinnJ_aticm Format. TolznnCO/1051.25+11Si3nal Dead Zorie Transfer Fen OenertiirTni ti ali1=0.000该系统的正弦响应带有明显的非线性畸变，这是意料之中的。下面将其改造成一个等效的闭环系统:-ln|x|l/j uiLti tied *File E1l + Vi ew