【matlab教學ppt】第7講 matlab仿真simulink

1、第7講 MATLAB仿真_SIMULINK1Simulink仿真 7.1 Simulink仿真入門1.Simulink的特點Simulink是MATLAB中的一個建立系統(tǒng)方框圖和基于方框圖級的系統(tǒng)仿真環(huán)境，是一個對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真并對仿真結果進行分析的軟件包。使用Simulink可以更加方便地對系統(tǒng)進行可視化建模，并進行基于時間流的系統(tǒng)級仿真，使得仿真系統(tǒng)建模與工程中的方框圖統(tǒng)一起來。并且仿真結果可以近乎“實時”地通過可視化模塊，如示波器模塊、頻譜儀模塊以及數(shù)據(jù)輸入輸出模塊等顯示出來，使得系統(tǒng)仿真工作大為方便。2Simulink全方位地支持動態(tài)系統(tǒng)的建模仿真，它支持連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)、連

2、續(xù)離散混合系統(tǒng)、線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、時不變系統(tǒng)、時變系統(tǒng)的建模仿真，也支持具有多采樣速率的多速率系統(tǒng)?？梢哉f，在通用系統(tǒng)仿真領域，Simulink是無所不包的。 結合MATLAB編程和Simulink可視化建模仿真各自的特點，可以構建更為復雜的系統(tǒng)模型，并進行自動化程度更高的仿真和仿真結果的數(shù)據(jù)分析，這是MATLAB的高級應用方面。 32.使用Simulink建模和仿真的過程啟動MATLAB之后，在命令窗口中輸入命令“simulink”或單擊MATLAB工具欄上的Simulink圖標，打開Simulink模塊庫窗口。在Simulink模塊庫窗口中單擊菜單項“”，就可以新建一個Simulink

3、模型文件，如圖2-8所示。 4圖2-8 Simulink模塊庫界面和新建模型文件窗口5以二階系統(tǒng)為例。其輸入輸出的傳遞函數(shù)為(2-28)其中，R=3, L=1H,C=0.1F。H(s) 簡化為利用鼠標單擊Simulink基礎庫中的Continuous子庫，選取傳遞函數(shù)模塊，將它拖動到新建模型窗口中的適當位置，如圖2-9所示。 (2-29) 6圖2-9 利用模塊庫建立仿真模型7如果需要對模型模塊進行參數(shù)設置和修改，只需選中模型文件中的相應模塊，單擊鼠標右鍵，彈出快捷菜單，從中選取相應參數(shù)進行修改，如圖2-10所示。單擊模塊下方的“TransferFun”可以對其進行編輯，例如修改為“傳遞函數(shù)”字

4、樣。從快捷菜單中選取“Transfer Fun parameters.”項修改傳遞函數(shù)參數(shù)，在彈出的對話框中的傳遞函數(shù)分子系數(shù)“Numerator：”欄填入10；在傳遞函數(shù)分母系數(shù)“Denominator”欄填入1，3，10，其余參數(shù)使用默認值。 8圖2-10 修改仿真模型的參數(shù)9采用同樣的方法，在Simulink基礎庫中的Sources子庫中選取激勵信號源，例如我們選取階躍信號源，將之拖入建模窗口中。在Sinks子庫中選取示波器作為系統(tǒng)輸出波形顯示。接下來利用鼠標將這三個模塊連接起來。模塊外部的大于符號“”分別表示信號的輸入輸出節(jié)點，為了連接兩個模塊的輸入輸出，可以將鼠標置于節(jié)點處，這時鼠標

5、顯示為“十”字形狀，拖動鼠標到另一個模塊的端口，然后釋放鼠標按鈕，則形成了帶箭頭的連線，箭頭方向表示信號的流向。完成后的建模系統(tǒng)可以通過“File”菜單存盤為模型文件，擴展名為“mdl”，如“l(fā)izi1.mdl”，如圖2-11所示。 10圖2-11 完成的建模方框圖11接下來，需要對輸入信號源（階躍）的參數(shù)進行設置。將鼠標指向階躍信號模塊雙擊或通過快捷菜單打開屬性設置對話框，設置階躍信號的參數(shù)，如圖2-12所示對于階躍信號源來說，其參數(shù)含義、默認值以及我們根據(jù)仿真需要修改后的參數(shù)值如表2-1所示。12表2-1階躍信號源的參數(shù)含義、默認值及修改后的參數(shù)值13圖2-12 階躍信號源模塊的參數(shù)設置對

6、話框及其幫助文檔14根據(jù)仿真要求，我們將仿真-210s時間區(qū)間內(nèi)的系統(tǒng)階躍響應的輸出波形，在時間為0s時的躍變。然后設置仿真參數(shù)，主要是仿真求解器的選擇和仿真步長等參數(shù)的選取。通過前面的分析可知，動態(tài)系統(tǒng)仿真的本質就是求解其狀態(tài)方程，而對狀態(tài)方程的數(shù)值求解算法有多種，求解算法的步長也可以不同。不同的算法適用的范圍有所不同，而算法的步長也直接影響求解的精度。因此，對求解器的選擇以及其仿真步長等參數(shù)的設定對系統(tǒng)仿真來說就成為相當重要的事情。從系統(tǒng)建模窗口的狀態(tài)欄可以看到當前使用的求解器，如圖2-11中顯示的仿真求解器是“ode45”算法。從建模窗口菜單項“Simulation|Simulation

7、Parameters.”打開仿真參數(shù)設置對話框（快捷鍵為Ctrl+E），我們現(xiàn)在設置求解器標簽下的參數(shù)部分，如圖2-13所示。 15設置仿真起始時間為-2秒，仿真結束時間為10秒，其余參數(shù)為默認值：求解器采用“ode45”算法，步長設定為自適應變步長的，最大步長、最小步長以及初始步長均設為自動選取，相對求解精度為1e-3，絕對求解精度自動選取。 16圖2-13 仿真參數(shù)設置對話框17最后，雙擊示波器模型圖標，打開示波器顯示窗口。在顯示窗口中單擊鼠標右鍵，通過快捷菜單設置顯示坐標范圍等屬性，這里我們設置為自動刻度，如圖2-14所示。 18圖2-14 示波器顯示窗口以及參數(shù)設置19所有這些工作完成

8、之后，就可以進行仿真了?？赏ㄟ^建模窗口菜單項“Simulation|Start”啟動仿真，也可以單擊工具欄上的小三角按鈕或使用快捷鍵Ctrl+T啟動仿真。仿真結果如圖2-15所示。讀者可以將結果與圖2-3所示的結果進行比較。 20圖2-15 仿真結果21更換信號源為Sources子模塊庫中的SignalGenerator，并設置信號源為0.2Hz的方波，幅度為1，如圖2-16左邊對話框所示。設置示波器顯示窗口的屬性（Parameters），使之成為雙蹤顯示，然后將示波器第二輸入節(jié)點與信號源輸出相連，這樣我們就可以同時觀察系統(tǒng)的輸入輸出波形了。系統(tǒng)建模如圖2-16中間窗口所示。將仿真時間設定為0

9、秒到20秒，其余參數(shù)使用默認參數(shù)。運行仿真后的結果如圖2-16右邊窗口顯示。還可以進一步修改信號源參數(shù)，使用三角波、正弦波等作為激勵信號，觀察輸出信號的情況。22圖2-16 更換信號源并使用雙蹤示波器之后的仿真結果233. MATLAB命令窗口與Simulink之間的交互 我們還可以通過MATLAB命令來打開Simulink模型并進行仿真。在MATLAB命令窗口中，使用“open lizi1.mdl”，然后使用“sim(lizi1.mdl)”就可以啟動對模型lizi1.mdl的仿真計算。而Simulink仿真的數(shù)據(jù)結果也可以送回MATLAB工作空間中作進一步數(shù)值分析。24仍以上例加以說明。首先

10、設置示波器，使得顯示波形數(shù)據(jù)能夠送回MATLAB工作空間。在示波器波形顯示窗口單擊“參數(shù)Parameters”工具圖標，打開顯示參數(shù)設置對話框。選中Data history標簽下的Savedatatoworkspace，并設傳遞變量名稱，例如設為ScopeData，格式選擇為Structurewithtime（帶時間的結構型變量）。參數(shù)設置的情況如圖2-17所示。 25圖2-17 示波器顯示窗口的參數(shù)設置26將建模存盤為lizi1.mdl，然后在MATLAB下運行如下命令（參見圖2-18）：clear;%工作空間初始化open lizi1.mdl;%這時將看到建模模型文件被打開sim(lizi

11、1.mdl);%啟動模型仿真，顯示出仿真波形whosNameSizeBytesClassScopeData1x13578structarrayGrandtotalis307elementsusing3578bytes27圖2-18 通過命令啟動Simulink仿真28可見，仿真完成之后，工作空間中出現(xiàn)了“ScopeData”結構變量，其中包含了示波器顯示的全部波形數(shù)據(jù)。通過“plot”命令可以作出這些數(shù)據(jù)對應的波形，即t=ScopeData.time;%仿真的時間變量signal=ScopeData.signals;wave1=signal(1,1).values;wave2=signal(1

12、,2).values;subplot(2,1,1);plot(t,wave1);subplot(2,1,2);plot(t,wave2);axis(0,20,-2,2);作出的波形如圖2-19所示。讀者可以對比示波器上得到的波形（參見圖2-18）。我們在此說明了Simulink與MATLAB工作空間進行數(shù)據(jù)交換的一種方法。 29圖2-19 示波器數(shù)據(jù)傳入工作空間后進行波形作圖顯示30事實上，MATLAB提供了許多途徑用于與Simulink的數(shù)據(jù)交互。通過Sources子模型庫中的FromWorkspace模塊可以從工作空間中讀入仿真所需要的輸入數(shù)據(jù)通過Sinks子模型庫中的ToWorkspac

13、e模塊可以將Simulink中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)回送到工作空間，從而可以實現(xiàn)MATLAB編程與Simulink模型相結合的混合仿真。下面的例子中，我們將從工作空間中讀入輸入波形數(shù)據(jù)，通過Simulink建模仿真之后，將仿真結果再送回工作空間中進行處理。通過這種方式，我們可以通過MATLAB程序產(chǎn)生任意的數(shù)據(jù)送入Simulink中加以處理，然后再利用MATLAB強大的統(tǒng)計分析功能來處理數(shù)據(jù)。31首先建立Simulink模型，如圖2-20所示。圖中使用了Sources子模型庫中的FromWorkspace模塊，以便從工作空間中讀入數(shù)據(jù)。使用Sinks子模型庫中的ToWorkspace模塊，將輸出數(shù)據(jù)回送到

14、工作空間。設計輸入為階躍信號，仿真建模中使用Continuous子庫中的微分器來獲得系統(tǒng)的階躍響應的微分沖激響應。 32圖2-20 用于測試與MATLAB工作空間進行數(shù)據(jù)交互的Simulink模型33圖2-20中，F(xiàn)romWorkspace模塊的參數(shù)設置如圖2-21所示。 其中，Data項使用了兩個矢量T，U參數(shù)組合。T表示離散時間序列，U表示對應于離散時間序列T的波形取值。Sampletime項設置為0，表示采用仿真求解器的默認采樣時間間隔。Interpolatedata選中表示允許數(shù)據(jù)插值，并且通過數(shù)據(jù)外插（Extrapolation）方式在最終數(shù)值后形成輸出。34圖2-21 FromWo

15、rkspace模塊的參數(shù)設置35模型中我們使用了兩個ToWorkspace模塊，分別接不同的輸出信號，這兩個ToWorkspace模塊的輸出變量分別為simout1和simout2。數(shù)據(jù)格式可設置為帶時間的結構變量，如圖2-22所示。仿真求解器采用ode45算法。但是為了獲得更為精細的波形，可以設定求解的初始步長和最大步長為0.01，最小步長為auto，仿真時間段為020s。其余參數(shù)采用默認值。建模完成之后，將模型文件存盤為lizi2.mdl文件。然后編寫如下的MATLAB仿真程序pro4lizi2.m,對模型進行仿真和分析。36圖2-22 ToWorkspace模塊的參數(shù)設置37程序2-14

16、%pro4 lizi2.mclear;T=(0:0.1:20);%仿真時間段和步進，為列向量U=(T5);%在時間為5秒躍變的階躍信號sim(lizi2.mdl);%運行仿真lizi2.mdlfigure(1);plot(simout1.time,simout1.signals.values);xlabel(timesec)%階躍響應figure(2);plot(simout2.time,simout2.signals.values);xlabel(timesec)%沖激響應程序運行結果如圖2-23所示。 38圖2-23 MATLAB編程調(diào)用Simulink模型的仿真結果（階躍響應和沖激響應）

17、394.Simulink子系統(tǒng)的構造實際建模過程中，常常會遇到一些較為復雜的系統(tǒng)，難以在一張模型方框圖中畫出來。這時候，就需要以層次結構來繪制框圖。也就是首先將大系統(tǒng)中的一些具有獨立功能的部分封裝起來，形成一些子系統(tǒng)，然后再利用這些子系統(tǒng)來構成整個系統(tǒng)。Simulink允許構造多層子系統(tǒng)，即在子系統(tǒng)中仍然允許包含若干下層子系統(tǒng)。40Simulink中子系統(tǒng)的構造方法舉例說明如下：首先將Simulink模塊庫中Ports&Subsystems子模塊庫中的Subsystem模塊拖動到新建的模型文件窗口中，雙擊該Subsystem模塊，就會打開該子系統(tǒng)，其輸入用In模塊表示，輸出用Out模塊表示，一

18、個子系統(tǒng)可以有多個輸入、輸出。然后利用Simulink模型庫中的連續(xù)時間Continuous子庫中的傳遞函數(shù)TransferFcn模塊，數(shù)學操作MathOperations子庫中的增益Gain模塊、求和Sum模塊以及乘法模塊Product構成子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)有兩個輸入端口，一個輸出端口。在子系統(tǒng)外部輸入端口加入兩個信號源，在其輸出端口接上示波器，如圖2-24所示。41圖2-24 子系統(tǒng)的構建和仿真42系統(tǒng)參數(shù)的設置如表2-2所示。43表2-2 lizi3.mdl模型的參數(shù)設置44注意，在仿真運行之前，必須將子系統(tǒng)中的以變量表達的參數(shù)值確定下來。這些參數(shù)值只需在MATLAB命令窗口中輸入即可。例

19、如，在命令窗口中輸入?yún)?shù)值后運行仿真：G=1;A=1;B=0.001;C=1;sim(lizi3.mdl);仿真運行結果如圖2-25所示。45圖2-25 lizi3.mdl的仿真結果46如果結合循環(huán)語句來自動修改參數(shù)，并將仿真結果送回MATLAB工作空間，則我們可以讓計算機在不同系統(tǒng)參數(shù)條件下自動仿真若干次，得出響應的結果。如果不使用命令“sim”來進行仿真，那么我們只好通過Simulink可視化界面來修改系統(tǒng)參數(shù)，并通過使用鼠標點擊仿真運行工具來啟動仿真，這樣效率將是十分低下的。由此可見MATLAB編程與Simulink結合進行仿真的優(yōu)勢。 475.封裝子系統(tǒng)子系統(tǒng)中的參數(shù)(如增益G)，傳遞

20、函數(shù)系數(shù)等等，是通過MATLAB工作空間傳入的，這就破壞了子系統(tǒng)內(nèi)部的隱藏性質。為此，Simulink中給出了一種解決辦法，也就是所謂的模塊封裝技術。對子系統(tǒng)封裝以后，它就可以像Simulink模塊庫所提供的模塊一樣來使用，子系統(tǒng)模塊內(nèi)部的參數(shù)可以通過一個設計的對話框來輸入。48對一個用戶自己建立的系統(tǒng)模型進行封裝，首先要通過上面所講的方法將系統(tǒng)模型轉化為子系統(tǒng)，然后選中該子系統(tǒng)圖標，選擇“Edit|MaskSubsystem”菜單項（快捷鍵為Ctrl+M），然后設置所彈出的對話框內(nèi)容。 下面我們對lizi3.mdl中建立的子系統(tǒng)進行封裝。打開lizi3.mdl，另存為lizi4.mdl，然后

21、選中子系統(tǒng)模塊，將其改名為Mysubsystem，選擇“Edit|MaskSubsystem”菜單項，彈出Maskeditor對話框,如圖2-26所示。 49圖2-26 封裝編輯器對話框（Icon標簽和Parameters標簽）50在Icon標簽下主要是對封裝模塊的圖標進行設置，可以設置圖標的邊框是否可見，圖標是否透明，是否旋轉，以及繪圖單位等，還可使用命令來繪制圖標，該標簽下部給出了繪制圖標的語法舉例。在Parameters標簽下可以設置子系統(tǒng)的參數(shù)，本例中需要設置的參數(shù)就是G，A，B，C四個。參數(shù)設置可以采用編輯框（Edit）、彈出列表（Popup）或復選框（Checkbox）形式，讀者可

22、參考在線幫助。我們這里只使用編輯框。設置參數(shù)如圖2-26右面對話框所示。51圖2-27所示是設置封裝編輯器對話框中的“Initialization(初始化)”標簽和“Documentation(文檔)”標簽的情況。一般情況下，初始化標簽可使用默認值；文檔標簽的三部分將分別顯示在封裝模塊的參數(shù)設置對話框和幫助文檔中，如圖2-28所示。 52 圖2-27封裝編輯器對話框（Initialization標簽和Documentation標簽）53圖2-28 封裝模塊的參數(shù)設置對話框以及幫助文檔54對于已經(jīng)封裝的模塊，采用“Edit|EditMask”（快捷鍵為Ctrl+M）菜單項就可以重新編輯封裝對話框

23、。在編輯封裝對話框的下部有一個Unmask按鈕（參見圖2-26），單擊該按鈕可以去除封裝。若需要修改子系統(tǒng)的內(nèi)部結構，可以使用菜單項“Edit|Lookundermask”（快捷鍵為Ctrl+U）來打開子系統(tǒng)結構，從而對子系統(tǒng)方框圖進行修改。 556.組建用戶自定義模塊庫如果建立了許多自定義的子系統(tǒng)，并且已經(jīng)封裝好了，而這些已經(jīng)封裝的自定義模塊又是會反復使用的，就像Simulink提供的模塊庫中那些模塊一樣，在這種情況下，就有必要對這些自定義的重用性較好的模塊進行建庫，以方便管理和反復使用，同時也可以作為新的專業(yè)庫提供給其他用戶使用。Simulink提供了建庫手段，具體方法是：用“simuli

24、nk”命令打開Simulink庫瀏覽器，從其菜單中選擇“New|Library”，新建一個空白的模塊庫窗口，然后將欲建庫的模塊用鼠標拖入該庫文件窗口中即可。 56可用“”菜單項來修改自建庫的屬性，最后存盤，例如存為myku.mdl文件。以后需要使用時，在MATLAB命令窗口中鍵入“myku.mdl”即可開啟該模型庫窗口，其中的自定義模塊與Simulink提供的標準庫中的模塊的使用方法完全相同。自定義模塊庫存盤之后將處于鎖定狀態(tài)，如果要對庫中的模塊進行修改，可以再次打開該模塊庫，然后用“Edit|Unlocklibrary”解鎖，修改并存盤之后，庫自動恢復為鎖定狀態(tài)。圖2-29給出了一個用戶自定

25、義模塊庫的例子。 57圖2-29 一個用戶自定義模塊庫的例子587.2 S 函 數(shù)Simulink進行仿真本質上就是利用某種求解算法對系統(tǒng)狀態(tài)方程進行求解的過程。Simulink是如何將系統(tǒng)的狀態(tài)方程與系統(tǒng)方框圖模型聯(lián)系起來的呢？事實上，Simulink設計了固定格式的S函數(shù)接口，通過S函數(shù)可將系統(tǒng)的數(shù)學方程表達形式與方框圖表達形式聯(lián)系起來。 59通過編寫和使用S函數(shù)，用戶也可以構建出采用Simulink普通模塊難以搭建出來的系統(tǒng)模型，大大增強了Simulink的靈活性。S函數(shù)可以用MATLAB語言書寫，也可以采用C、C+、Fortran等語言編寫。S函數(shù)還可以進行編譯，以提高執(zhí)行速度。Sim

26、ulink內(nèi)建的標準模塊庫就是用S函數(shù)編寫并進行編譯后形成的。 60 1.系統(tǒng)的狀態(tài)方程描述對于連續(xù)系統(tǒng)，其狀態(tài)方程為 x=f(t,x,u) (2-30) 若系統(tǒng)是線性時不變系統(tǒng)，則狀態(tài)方程可簡化為 x=f(t,x,u)=Ax(t)+Bu(t) (2-31)系統(tǒng)的輸出方程為 y=f0(t,x,u) (2-32)若為線性時不變系統(tǒng)，則輸出方程可簡化為 y=f0(t,x,u) =Cx(t)+Du(t) (2-33)m個輸入的情況：u(t)=u1(t),u2(t),um(t)T (2-34)k個輸出的情況：y(t)=y1(t),y2(t),yk(t)T (2-35)61n個狀態(tài)數(shù)的情況：x(t)=x

27、1(t),x2(t),xn(t)T(2-36)最為簡單的是單輸入單輸出系統(tǒng)，設其狀態(tài)數(shù)為n，則 狀態(tài)方程為x=f(t,x,u)=Ax(t)+Bu(t) (2-37)輸出方程為 y=f0(t,x,u)=Cx(t)+Du(t) (2-38)62無記憶系統(tǒng)是一般系統(tǒng)的特例，其狀態(tài)數(shù)為0。例如：設計一個放大器系統(tǒng)，將信號放大2.7倍，則該系統(tǒng)是無記憶的，故狀態(tài)數(shù)為0，狀態(tài)矩陣x=是空矩陣，而輸出方程為y=f0(t,x,u)=Du(t)=2.7u(t)對于離散時間系統(tǒng)，其狀態(tài)方程表現(xiàn)為差分方程組的形式。對于更一般的系統(tǒng)，都有以下共同特征：一個輸入向量u，一個輸出向量y，一個狀態(tài)向量x，這些向量可以是連續(xù)

28、的，也可以是離散的，還可以是連續(xù)、離散混合的,如圖2-30所示。 63圖2-30 一般系統(tǒng)的抽象數(shù)學模型64輸入向量、輸出向量和狀態(tài)向量之間的數(shù)學關系可以通過如下方程來表達：y=f0(t,x,u)(輸出方程） (2-40)xc=fd(t,x,u)(連續(xù)時間系統(tǒng)狀態(tài)方程微分方程) (2-41)xdk+1=fu(t,x,u)(離散時間系統(tǒng)狀態(tài)方程差分方程) (2-42)其中，x=xc+xd，xc是連續(xù)狀態(tài)部分，xd是離散狀態(tài)部分。 65在Simulink的S函數(shù)中，相應地將狀態(tài)向量分為連續(xù)狀態(tài)部分和離散狀態(tài)部分，對于沒有狀態(tài)的模塊（即無記憶系統(tǒng)），狀態(tài)向量x為空矩陣。662. MATLAB語言的S

29、函數(shù)模板 MATLAB語言的S函數(shù)編寫方法是固定的，MATLAB提供了標準S函數(shù)的模板sfuntmpl.m，文件在Toolboxsimulinkblocks目錄下。其代碼如下：程序functionsys,x0,str,ts=sfuntmpl(t,x,u,flag)switchflag,case0,%初始化部分 67sys,x0,str,ts=mdlInitializeSizes;case1,%計算導數(shù)sys=mdlDerivatives(t,x,u);case2,%差分方程遞推更新sys=mdlUpdate(t,x,u);case3,%計算輸出sys=mdlOutputs(t,x,u);cas

30、e4,%取得下一步仿真的時間sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u);68case9,%終止sys=mdlTerminate(t,x,u);otherwise%Unexpectedflags出錯處理error(Unhandledflag=,num2str(flag);end%sfuntmpl函數(shù)結束%=%mdlInitializeSizes模型初始化函數(shù)，返回：%sys是系統(tǒng)參數(shù)69%x0是系統(tǒng)初始狀態(tài)，若沒有狀態(tài)，取%str是系統(tǒng)階字串，通常設為%ts是取樣時間矩陣，對連續(xù)取樣時間，ts取00%若使用內(nèi)部取樣時間，ts取-10，-1表示繼承輸入信號的采樣周期%=fu

31、nctionsys,x0,str,ts=mdlInitializeSizes%模型初始化函數(shù)sizes=simsizes;%取系統(tǒng)默認設置sizes.NumContStates=0;%設置連續(xù)狀態(tài)變量的個數(shù)sizes.NumDiscStates=0;%設置離散狀態(tài)變量的個數(shù)70sizes.NumOutputs=0;%設置系統(tǒng)輸出變量的個數(shù)sizes.NumInputs=0;%設置系統(tǒng)輸入變量的個數(shù)sizes.DirFeedthrough=1;%設置系統(tǒng)是否直通sizes.NumSampleTimes=1;%采樣周期的個數(shù)，必須大于等于1sys=simsizes(sizes);%設置系統(tǒng)參數(shù)x0

32、=;%系統(tǒng)狀態(tài)初始化str=;%系統(tǒng)階字串總為空矩陣ts=00;%初始化采樣時間矩陣71%=%mdlDerivatives模型計算導數(shù)連續(xù)狀態(tài)部分的計算，返回連續(xù)狀態(tài)的導數(shù)%=functionsys=mdlDerivatives(t,x,u)sys=;%根據(jù)狀態(tài)方程（微分方程部分）修改此處%=%mdlUpdate狀態(tài)更新計算離散狀態(tài)部分%=functionsys=mdlUpdate(t,x,u)72sys=;%根據(jù)狀態(tài)方程（差分方程部分）修改此處%=%mdlOutputs計算輸出信號，返回模塊的輸出%=functionsys=mdlOutputs(t,x,u)sys=;%根據(jù)輸出方程修改此處%

33、=%mdlGetTimeOfNextVarHit計算下一步的仿真時刻，該函數(shù)僅當在mdlInitializeSizes%函數(shù)中的采樣時間向量定義了一個可變離散采樣時間ts為-20時才被使用 73%=functionsys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u)sampleTime=1;%例如，下一步仿真時間是1s之后sys=t+sampleTime;%=%mdlTerminate終止仿真設定，完成仿真終止時的任務%=functionsys=mdlTerminate(t,x,u)sys=;%程序結束 74Simulink進行仿真的過程是： 仿真開始時，調(diào)用各個模塊的初始化函數(shù)

34、進行系統(tǒng)初始化，接著進入仿真階段，反復調(diào)用模型中的每一個模塊，即調(diào)用這些模塊對應的S函數(shù)，對每個模塊執(zhí)行諸如計算輸出、計算連續(xù)函數(shù)導數(shù)以及計算離散函數(shù)的更新值等任務。 在仿真結束時，調(diào)用終止仿真函數(shù)以結束仿真任務。具體某時刻Simulink執(zhí)行什么任務，取決于當時調(diào)用S函數(shù)時傳入的標志flag的值。75進入第一次仿真循環(huán)之前為仿真初始化階段，Simulink調(diào)用S函數(shù)的初始化功能mdlInitializeSizes完成初始化任務：首先初始化一個包含S函數(shù)信息的Simulink結構（sys），然后設置輸入和輸出端口的數(shù)量和大小，并設置模塊的采樣時間、分配存儲空間以及估計數(shù)組大小等等。進入仿真循環(huán)

35、后，Simulink首先調(diào)用mdlGetTimeOfNextVarHit計算下一采樣點時間（僅僅對于可變離散采樣時間的模塊），然后計算主要時間同步輸出，得出當前時間步的模塊的輸入輸出端口和狀態(tài)取值。接著更新主要時間步的離散狀態(tài)，最后進行輔助時間步的積分過程。在輔助時間步調(diào)用S函數(shù)的輸出和導數(shù)計算，并定位過零區(qū)間，于是完成一次仿真循環(huán)。76當Simulink跳出仿真循環(huán)后，就進入了仿真的最后階段。這一階段通過調(diào)用S函數(shù)中的mdlTerminate來執(zhí)行一些必要的任務，最后結束仿真。773.利用S函數(shù)建模和仿真的過程在Simulink模塊瀏覽器中可以打開S函數(shù)的編程例子加以學習，如圖2-31所示。

36、 這里我們通過幾個S函數(shù)的建模實例來說明S函數(shù)建模和仿真的過程。 78圖2-31 在Simulink模塊瀏覽器中打開S函數(shù)的編程例子79 例如: 一個單輸入、單輸出的三階線性時不變系統(tǒng)，其狀態(tài)變量設為x1,x2,x3，輸入為u(t) ，輸出為y(t) ，并有狀態(tài)空間方程： 80(2-45)以及輸出方程： y=4x2 (2-46)以矩陣表示為(2-47)81或簡寫為通式：其中：(2-49) (2-48) (2-50) 82據(jù)此可以編寫S函數(shù)myHsapp.m如下：程序2-16functionsys,x0,str,ts=myHsapp(t,x,u,flag)%連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)方程%x=Ax+Bu%y=Cx+Du%定義A,B,C,D矩陣 83A=0 1 0;0 0 1;-4 -6 -3;B=0;0;1;C=0 4 0;D=0;switch flag,case 0 %flag=0初始化sys,x0,str,ts=mdlInitializeSizes(A,B,C,D); %注意要將ABCD