机械工业出版社机械工业出版社CHINA MACHINE PRESSCHINA MACHINE PRESS控制系统MATLAB仿真与应用机械工业出版社机械工业出版社CHINA MACHINE PRESSCHINA MACHINE PRESS讲课内容讲课内容第第 1 1 章章 概述概述第第 2 2 章章 MATLAB MATLAB 程序设计基础程序设计基础第第 3 3 章章 MATLAB MATLAB 图形设计图形设计第第 4 4 章章 控制系统数学模型及其控制系统数学模型及其MATLABMATLAB描述描述第第 5 5 章章 控制系统计算机辅助分析控制系统计算机辅助分析第第 6 6 章章 控制系统计算机辅助设计控制系统计算机辅助设计第第 7 7 章章 控制系统控制系统SimulinkSimulink仿真仿真第第 8 8 章章 控制系统控制系统MATLABMATLAB仿真实例仿真实例机械工业出版社机械工业出版社CHINA MACHINE PRESSCHINA MACHINE PRESS第第7 7章章 控制系统控制系统SimulinkSimulink仿真仿真7.1 Simulink7.1 Simulink仿真环境仿真环境7.2 Simulink7.2 Simulink功能模块功能模块7.3 Simulink S 7.3 Simulink S 函数函数7.4 7.4 控制系统控制系统SimulinkSimulink仿真应用仿真应用机械工业出版社机械工业出版社CHINA MACHINE PRESSCHINA MACHINE PRESS7.1 控制系统控制系统Simulink仿真仿真进入Simulink仿真环境的方法：在MATLAB命令窗口输入Simulink命令，即可打开如图所示的Simulink模块库浏览器窗口。单击工具条左边的“New Model”按钮 即可弹出模型创建窗口。在MATLAB工具条上按HOME New Simulink Model顺序点击，即可直接打开模型创建窗口。机械工业出版社机械工业出版社CHINA MACHINE PRESSCHINA MACHINE PRESS7.1 控制系统控制系统Simulink仿真仿真7.1.1 7.1.1 基本模块基本模块Simulink模型通常有3类基本模块：1. 1.模块的模块的基本操作基本操作单击模块库浏览器中Simulink前面的+号，可以看到Simulink模块库中所有的子模块库，单击所需要的子模块库，在右边的窗格中将看到相应的基本模块，选择所需基本模块，用鼠标将其拖到模型编辑窗口即可。机械工业出版社机械工业出版社CHINA MACHINE PRESSCHINA MACHINE PRESS7.1 控制系统控制系统Simulink仿真仿真机械工业出版社机械工业出版社CHINA MACHINE PRESSCHINA MACHINE PRESS7.1 控制系统控制系统Simulink仿真仿真7.1.2 7.1.2 基本设置基本设置1. 1.仿真参数设置仿真参数设置在系统仿真过程中，事先必须对仿真算法、输出模式等各种仿真参数进行设置。仿真参数设置对话框仿真参数设置对话框机械工业出版社机械工业出版社CHINA MACHINE PRESSCHINA MACHINE PRESS7.1 控制系统控制系统Simulink仿真仿真7.1.2 7.1.2 基本设置基本设置2.simulink2.simulink仿真举例仿真举例【例7-1】用Simulink对所示系统进行仿真，求其单位阶跃响应。仿真步骤如下：（1）在Simulink窗口，选择菜单FileNew命令，创建一个新的Untitled空白窗。（2）向窗口中放置建立结构图仿真模型所需要的模块。（3）各模块放置完成后，还需要修改某些模块的参数。机械工业出版社机械工业出版社CHINA MACHINE PRESSCHINA MACHINE PRESS7.1 控制系统控制系统Simulink仿真仿真7.1.2 7.1.2 基本设置基本设置2.simulink2.simulink仿真举例仿真举例（4）将各个模块连接起来，构成一个闭环系统。（5）进行仿真。在Simulink环境下，用数值积分进行动态系统的仿真运算，需要选择仿真方法、仿真步长、积分时间等各种参数。（6）单击运行按钮进行仿真。仿真过程中，输出量以曲线形式显示在示波器中。机械工业出版社机械工业出版社CHINA MACHINE PRESSCHINA MACHINE PRESS7.2 Simulink功能模块功能模块7.2.1 7.2.1 基本功能模块基本功能模块使用Simulink建模的过程，可以简单地理解为从模块库中选择合适的模块，然后将它们连接在一起，最后进行调试仿真。7.2.2 7.2.2 自定义功能模块自定义功能模块子程序子程序的创建子程序的封装创建自定义模块机械工业出版社机械工业出版社CHINA MACHINE PRESSCHINA MACHINE PRESS7.3 Simulink S 函数函数7.3.1 S7.3.1 S函数描述函数描述S函数（S-Founction），或称系统函数（System Founction），是用户用来自建Simulink模块所必须的、具有特殊调用格式的函数文件。S函数调用格式为：functionsys, x0=sfuncname(t, x, u, flag, parameter)机械工业出版社机械工业出版社CHINA MACHINE PRESSCHINA MACHINE PRESS7.3 Simulink S 函数函数7.3.2 S7.3.2 S函数设计函数设计MATLAB提供了S函数模板文件，方便了S-Function的编写。M文件S-Function可用的子函数及功能说明如下：mdlInitializeSizes：定义S-Function模块的基本特性，包括采样时间、连续或者离散状态的初始条件和Sizes数组。mdlDerivatives：计算连续状态变量的微分方程。mdlUpdate：更新离散状态、采样时间和主时间步的要求。mdlOutputs：计算S-Function的输出。mdlGetTimeOfNextVarHit：计算下一个采样点的绝对时间，即在mdlInitializeSizes中说明了一个可变的离散采样时间。mdlTerminate：结束仿真任务。机械工业出版社机械工业出版社CHINA MACHINE PRESSCHINA MACHINE PRESS7.4 控制系统控制系统Simulink仿真应用仿真应用机械工业出版社机械工业出版社CHINA MACHINE PRESSCHINA MACHINE PRESS7.4 控制系统控制系统Simulink仿真应用仿真应用7.4.1 7.4.1 离散控制系统仿真离散控制系统仿真 此题可利用Simulink中的模型离散化工具Model Discretizer来实现连续系统转换成离散时间系统的建模，其操作步骤如下：（1）打开Simulink，建立系统模型。 机械工业出版社机械工业出版社CHINA MACHINE PRESSCHINA MACHINE PRESS7.4 控制系统控制系统Simulink仿真应用仿真应用7.4.1 7.4.1 离散控制系统仿真离散控制系统仿真（2）选择并打开Model Discretizer工具，如图a，其路径是：Analysis Control Model Discretizer。(a). (b).机械工业出版社机械工业出版社CHINA MACHINE PRESSCHINA MACHINE PRESS7.4 控制系统控制系统Simulink仿真应用仿真应用7.4.1 7.4.1 离散控制系统仿真离散控制系统仿真（3）如图a所示，在Transform method的下拉选项中选定z变换方法；在Replace current selection with的下拉选项中选定变换后的模型参数显示；最后单击图标 实现模型转换，变换后的模型如图b所示。机械工业出版社机械工业出版社CHINA MACHINE PRESSCHINA MACHINE PRESS7.4 控制系统控制系统Simulink仿真应用仿真应用机械工业出版社机械工业出版社CHINA MACHINE PRESSCHINA MACHINE PRESS7.4 控制系统控制系统Simulink仿真应用仿真应用7.4.2 7.4.2 连续控制系统仿真连续控制系统仿真采用微分方程描述的系统称为连续时间系统连续时间系统。连续时间系统分为线性线性和非线性系统非线性系统，线性系统又分为线性定线性定常连续系统常连续系统和线性时变连续系统线性时变连续系统。Simulink模块库中用于连续时间系统建模的主要是Continuous模块组、Discontinuities模块组和Math Operations模块组。