[人工智能]Day11--Simulink仿真概述及模块库简介

MATLAB是一个很强大的软件，在自动控制领域也是使用非常广泛，本系列博文将基于控制系统仿真进行，参考书籍《MATLAB/Simulink与控制系统仿真》，该系列博文与笔者的自动控制理论(考研篇)互为补充，详细理论知识点请各位移步自动控制理论(考研篇)系列博客。

11.Simulink仿真概述及模块库简介

11.1 Simulink仿真概述

1. Simulink是MATLAB软件的扩展，是实现动态系统建模和仿真的一个软件包；
2. 模型化图形输入指Simulink提供一些按功能分类的基本系统模块，用户只需要直到这些模块的输入、输出及模块的功能，不必考察模块内部是如何实现的；
3. 通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真和分析；
4. Simulink主要功能：
   1. 实现动态系统的建模、仿真与分析；
   2. 预先对系统进行仿真与分析，进行适当的实时修改，达到仿真的最佳效果；
   3. 调试和整定控制系统的参数，以提高系统的性能；
   4. 提高系统开发的效率；
5. Simulink仿真主要应用领域：控制系统、动力学系统、通信系统物理层和数据链路层、数字信号处理系统、电力系统、生物系统、金融系统等；

11.2 Simulink启动与退出

11.3 Simulink建模仿真

11.3.1 基本结构

一个典型模型由三种类型模块构成：

1. 信号源模块：信号源为系统的输入，包括：常数信号源、函数信号发生器、自定义信号；
2. 被模拟系统模块：系统模块为仿真的中心模块，是Simulink仿真建模所要解决的主要部分；
3. 输出显示模块：系统的输出由显示模块接收；输出显示的形式包括：图像显示、示波器显示、输出到文件或MATLAB工作空间，输出模块主要在Sinks库；

Simulink模型基本特点：

1. Simulink提供很多接收器模块，使得Simulink进行仿真具有图形化显示效果；
2. Simulink模型具有层次性，通过底层子系统可以构建上层系统；
3. Simulink提供对子系统进行封装的功能，用户可以自定义子系统的图标和设置参数对话框；

11.3.2 仿真基本过程

1. 打开空白Simulink模型窗口；
2. 把相应模型库所需模块拖拉到编辑窗口；
3. 按照给定的框图修改编辑窗口中模块参数；
4. 将各个模块按给定的框图连接起来，搭建所需的系统模型；
5. 进行仿真分析，同时可以在仿真时修改参数；
6. 保存模型。

11.4 Simulink模块库简介

11.4.1 Simulink模块库分类

1. Commonly Used Blocks模块库，为仿真提供常用元件；
2. Continuous模块库，为仿真提供连续系统；
3. Discontinuitles模块库，为仿真提供非连续系统；
4. Discrete模块库，为仿真提供离散元件；
5. Logic and Bit Operations模块库，提供逻辑运算和位运算的元件；
6. Lookup Tables模块库，线性插值查表模块库；
7. Math Operations模块库，提供数学运算功能元件；
8. Model Verification模块库，模型验证库；
9. Model-Wide Utilities模块库；
10. Ports&Subsystems模块库，端口和子系统；
11. Signal Attributes模块库，信号属性模块；
12. Signal Routing模块库，提供用于输入、输出和控制的相关信号及相关处理；
13. Sinks模块库，为仿真提供输出设备元件；
14. Sources模块库，为仿真提供各种信号源；
15. User-defined Functions模块库，用户自定义函数元件；
16. Additional Math&Discrete模块库；

11.4.2 控制系统仿真中常用的模块

信号源部分模块：

1. Pulse Generator：脉冲发生器输入信号；
2. Step：阶跃输入信号；
3. Ramp：斜坡输入信号；
4. Sine Wave：正弦波信号；
5. Signal Generator：信号发生器，产生正弦、方波、锯齿波、随意波；
6. Band-Limited White Noise：带限白噪声；

系统模型部分模块：

1. 连续模块(Continuous)
   1. Transfer-Fcn：传递函数模型；
   2. Zero-Pole：零极点模型；
   3. State-Space：状态空间系统模型；
   4. Derivative：输入信号微分；
   5. Integrator：输入信号积分；
   6. Transport Delay：输入信号延迟一个固定时间再输出；
   7. Variable Transport Delay：输入信号延迟一个可变时间再输出；
2. 数学运算模块(Math Operations)
   1. Gain：比例运算；
   2. Sign：符号函数；
   3. Abs：取绝对值；
   4. Product：乘运算；
   5. Subtract：减法；
   6. Add：加法；
   7. MinMax：最值运算；
   8. Math Function：包括指数函数、对数函数、求平方、开根号等常用数学函数；
   9. Trigonometric Function：三角函数、包括：正弦、余弦、正切等；
3. 非连续模块(Discontinuous)
   1. Dead Zone：死区非线性；
   2. Backlash：间隙非线性；
   3. Coulomb&Viscous Friction：库仑和黏度摩擦非线性；
   4. Relay：滞环比较器，限制输出值在某一个范围内变化；
   5. Saturation：饱和输出，让输出超过某一值时能够饱和
4. 离散系统模块(Discrete)
   1. Discrete Transfer-Fcn：离散传递函数模型；
   2. Discrete Zero-Pole：以零极点表示的离散传递函数模型；
   3. Discrete State-Space：离散状态空间系统模型；
   4. Zero-Order Hold：零阶保持器；
   5. First-Order Hold：一阶保持器；
   6. Unit Delay：一个采样周期的延迟；

输出显示部分模型：

1. Scope：示波器；
2. Floating Scope：浮动示波器；
3. Display：数字显示器；
4. To File(.mat)：将输出数据写入数据文件保存；
5. To Workspace：将输出数据写入MATLAB工作空间；
6. XY Graph：二维图像显示器；

11.4.3 控制系统仿真常用的Blockset(模块集)

1. System ID Blockset：系统辨识模块集；
2. NCD Blockset：非线性控制设计模块集；
3. Neural Network Blockset：神经网络模块集；