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第七章 Simulink建模和仿真 7.1 Simulink的概述和基本操作

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
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
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
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，
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
批数学类科技应用软件，如Matlab、Xmath、Mathematica、
Maple等。其中MathWorks公司推出的Matlab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，尤
其是控制领域的专家和学者 .
第七章 Simulink建模和仿真
• Matlab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、
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。
• 支持Matlab仿真是Simulink工具箱，Simulink一般可以附在
Matlab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Matlab上，以便能更好地发挥Matlab在科学计算上的优势，
进一步扩展Simulink的使用领域和功能。
• 本章详细地向用户介绍Simulink地建模方法、使用操作、以及使
用Simulink进行系统级的仿真和设计原理。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，也可以
初步学会使用Simulink去真正地运用仿真技术解决科研和工程中
地实际问题。
第七章 Simulink建模和仿真 7.1 Simulink的概述和基本操作
• 近几年来，在学术界和工业领域，Simulink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。Simulink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
结构，并验证系统的性能。由于Simulink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。
• Simulink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，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Simulink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。
• Simulink没有单独的语言，但是它提供了S函数规则。所谓
的S函数可以是一个M函数文件、FORTRAN程序、C或C  语言
程序等,通过特殊的语法规则使之能够被Simulink模型或模
块调用。S函数使Simulink更加充实、完备，具有更强的处
理能力。
第七章 Simulink建模和仿真 7.1 Simulink的概述和基本操作
• 同Matlab一样，Simulink也不是封闭的,他允许用户可
以很方便的定制自己的模块和模块库。同时Simulink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。
• 综上所述，Simulink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
长足的进步，使用Simulink可以很方便地进行实时的信
号控制和处理、信息通信以及DSP的处理。世界上许多
知名的大公司已经使用Simulink作为他们产品设计和开
发的强有力工具。
第七章 Simulink建模和仿真 7.1 Simulink的概述和基本操作
源模块 系统模块 显示模块 图7.1.1 Simulink模型元素关联图
7.1.2 基本操作
一、模型基本结构
一个典型的Simulink模型包括如下三种类型的元素：
① 信号源模块
② 被模拟的系统模块
③ 输出显示模块
如图7.1.1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Simulink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器
（如正弦和阶跃函数波等）和用户自己在Matlab中创建的自
定义信号或Matlab工作间中三种。输出模块主要在Sinks库
中。
第七章Simulink建模和仿真 7.1 Simulink的概述和基本操作
• Simulink模型并不一定要包含全部的三种元素，在实际应用
中通常可以缺少其中的一个或两个。例如，若要模拟一个系
统偏离平衡位置后的恢复行为，就可以建立一个没有输入而
只有系统模块加一个显示模块的模型。在某种情况下，也可
以建立一个只有源模块和显示模块的系统。若需要一个由几
个函数复合的特殊信号，则可以使用源模块生成信号并将其
送入Matlab工作间或文件中。
二、仿真运行原理
Simulink仿真包括两个阶段；初始化阶段和模型执行阶段
(1) 模块初始化
在初始化阶段主要完成以下工作：
① 模型参数传给Matlab进行估值，得到的数值结果将作为模
型的实际参数；
② 展开模型的各个层次，每一个非条件执行的子系统被它所
包含的模块所代替；