白骑士的Matlab教学进阶篇 2.5 Simulink

        Simulink是MATLAB的扩展工具，提供了一个图形化的建模和仿真环境。它广泛应用于系统设计、仿真、自动控制、信号处理等领域。本文将详细介绍Simulink的简介与基本使用、建立与仿真模型、控制系统设计与仿真、与MATLAB的集成。

Simulink简介与基本使用

什么是Simulink？

        Simulink是MATLAB的一个图形化工具，用于动态系统建模和仿真。用户可以通过拖放模块、连接线等方式，方便地建立系统模型，并进行仿真和分析。

基本使用

启动Simulink

        打开MATLAB，点击工具栏上的Simulink图标，或者在命令窗口输入 ‘simulink‘ 命令启动Simulink。

创建新模型

        在Simulink的开始页面，选择“Blank Model”创建一个空白模型。

添加模块

        从Simulink库中拖放模块到模型窗口中。常用的模块包括信号源、运算块、显示器等。

连接模块

        使用鼠标拖动模块之间的连接点，建立模块之间的连接。

运行仿真

        点击工具栏上的 “Run” 按钮，运行仿真并观察结果。

建立与仿真模型

建立模型

信号源与显示器

        在模型中添加信号源（如正弦波发生器）和显示器（如示波器），并连接它们。

% 示例代码
t = 0:0.01:10;
y = sin(2*pi*0.5*t);
plot(t, y);

运算块

        添加运算块（如加法器、乘法器）来进行信号的运算和处理。

反馈系统

        建立一个简单的反馈系统，例如加法器和增益块的组合，来模拟反馈控制系统。

仿真模型

设置仿真参数

        点击工具栏上的 “Model Configuration Parameters” 按钮，设置仿真参数，如仿真时间、步长等。

运行仿真

        点击 “Run” 按钮，运行仿真，观察信号在显示器上的变化。

控制系统设计与仿真

PID控制器设计

添加PID控制器

        从Simulink库中添加PID控制器模块，连接到反馈系统中。

设置PID参数

        双击PID控制器模块，设置PID参数（比例、积分、微分）。

仿真并观察结果

        运行仿真，观察控制系统的输出和响应。

状态空间模型

建立状态空间模型

        添加状态空间模块，设置状态矩阵、输入矩阵、输出矩阵和传递矩阵。

连接系统

        将状态空间模型与信号源、控制器和显示器连接，形成完整的控制系统。

运行仿真

        运行仿真，观察状态变量和系统输出的变化。

与MATLAB的集成

MATLAB函数

调用MATLAB函数

        在Simulink模型中，可以通过MATLAB Function模块调用MATLAB脚本和函数，增强模型的功能。

function y = myFunction(u)y = u^2 + sin(u);
end

传递数据

        使用From Workspace和To Workspace模块，可以在Simulink与MATLAB工作空间之间传递数据。

数据导入与导出

导入数据

        使用From File模块，可以从外部文件中导入数据，作为模型的输入信号。

导出数据

        使用To File模块，可以将仿真结果导出到外部文件中，便于后续处理和分析。

实时仿真

实时数据处理

        通过实时仿真模块，可以处理实时数据，实现实时控制和监测。

硬件接口

        Simulink支持多种硬件接口，可以与外部硬件设备（如传感器、控制器）进行通信，实现硬件在环仿真。

总结

        Simulink提供了强大的图形化建模和仿真环境，使得系统设计和仿真变得直观和高效。通过掌握Simulink的基本使用、模型建立与仿真、控制系统设计与仿真、与MATLAB的集成等技能，可以在各种工程应用中灵活运用Simulink，提升系统设计和分析的效率。