Matlab Simulink建模与仿真入门教程
Matlab Simulink建模与仿真入门教程
Simulink是MATLAB中的一个强大工具，主要用于动态系统的建模、仿真和分析。本文将带你从零开始，了解Simulink的基本概念、特点以及如何使用它进行建模和仿真。通过一个具体的二阶振荡电路实例，你将掌握从数学模型建立到Simulink模型搭建再到仿真的完整流程。
一、Simulink简介
1、Simulink与MATLAB的关系
（1）MATLAB是一种以矩阵为来处理数据的的计算软件，其应用范围十分广泛，该产品由若干模块组成，Simulink是其中一个，它可利用图形化的工具来进行建模与仿真。
（2）Simulink是基于MATLAB的框图设计环境，可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真，它的应用领域十分广泛，任何能用数学模型来描述的系统都可以在Simulink中进行仿真分析，如空气动力学、导航制导通讯、电子、机械、热力学等诸多领域，这些系统从数学角度来描述多涉及连续、离散、非线性、时变、条件执行、多速率混合等用解析方法难以求解的系统，它们都可以通过Simulink进行建模与仿真，从而指导系统的分析与设计。
2、Simulink的特点
（1）交互式建模：提供大量功能模块便于用户快速建立模型，建模仅需利用鼠标拖放功能块并将其连接起来。
（2）交互式仿真：仿真结果可以动态显示，并可以在仿真过程中随时修改参数。
（3）扩展与定制：提供了一个开放式的环境，允许用户扩充功能，可以将C、Fortran编写的算法集成到框图中。
（4）专业的模型库：针对不同行业和领域提供了专业模型库。
3、Simulink窗口的打开
（1）打开MATLAB，在命令行中输入“simulink”，然后按下回车即可。
（2）MATLAB的菜单栏中也有打开Simulink的快捷图标，不同版本的图标显示方式和位置可能略有不同，下面都以R2017b版本进行介绍。
（3）按照下图所示，可以打开已有的模型文件，或者新建空白模型文件。
二、建模与仿真的流程示例
1、一个典例——求解二阶振荡电路
2、数学模型的建立示例
（1）要解决一个实际的问题，首先要建立数学模型，对于动态系统而言，其数学模型往往都是微分方程或者微分方程组，得到它的数学模型以后就可以在Simulink中建立相应的方块图并进行求解与仿真。
（2）在上面的例子中，求解过程中得出一个微分方程
对这个微分方程进行变形，把最高阶的导数项挪到左侧，其余项挪到右侧，即
根据此式可画出如下方块图。
（3）在Simulink中搭建上面的方块图，最终成品如下图所示。
3、在Simulink中搭建数学模型示例
（1）继续使用上面的例子，打开Simulink，然后新建或者打开已有的文件，按照下图所示打开模块库浏览器。
①Simulink栏下将一些模块分为几种类别，分别有常用的模块、连续模块、不连续模块、离散模块、逻辑与位操作模块、查找表格模块、数学操作模块、模型校验模块、端口和子系统模块、用户自定义模块等。
②除了Simulink栏以外，其它栏基本都是一些专业的工具箱，在某些专业领域会频繁使用，当然，它们也隶属于Simulink。
（2）通过拖拽的方式可以将模块浏览器中的模块添加到编辑区中，另外编辑区中支持移动、缩放、同时框选多个模块、Ctrl+C/Ctrl+V快捷键复制粘贴、Backspace/Delete键删除、Ctrl+R/Ctrl+Shift+R快捷键旋转、Ctrl+I快捷键翻转等基本操作。
（3）对于已添加模块，双击它，按照下图所示可以修改其形状。
（4）双击模块可以修改模块的属性：
①针对求和模块，其输入端口数目可通过双击模块，更改属性“List of signs”的内容来改变，两个“+”对应两个输入，四个“+”对应四个输入，以此类推。
②针对增益模块，其增益系数可通过双击模块，更改属性“Gain”的值来改变，这个值就是增益系数（可以是负数）。
③针对阶跃信号产生模块，可通过更改属性“Step time”的值以更改信号产生阶跃的时间。
（5）每个模块都会与其它模块产生关联，也就是一个模块往往都具有输入端和输出端（当然，本例中的Step和Scope并不是这样，它们只有输入端或者输出端），在编辑区中，模块的输入端表示为一个指向模块内部的“无身箭头”，模块的输出端表示为一个指向模块外部的“无身箭头”。
（6）各模块的位置摆好后，可以进行连线。
①鼠标选定模块的端口，直接进行拖拽，可以将其与其它模块的端口进行连线，以此表示信号的传递（违规连接不会被允许）。
②按住Ctrl键点击信号线的某个位置，可以在上面引出一条分支，或者在模块的端口出直接拉出一条信号线连接到其它信号线上，也可以达成同样的效果。
③如果连接的信号线不是黑色实线，说明信号线没能将两端连接，需要重新进行连线。
（7）框选所有模块，右键选择“Format”→“Show Block Name”→“On”，可以让模块的标注保持显示，点击标注可对其进行更改。
（8）选中模块，右键选择“Format”→“Foreground Color”可以设置模块本身的颜色，右键选择“Format”→“Background Color”可以设置模块填充颜色，设置填充颜色可对不同功能/种类的模块进行更好的区分。
（9）模型搭建完成后，可以点击下图所示图标或者使用快捷键Ctrl+S保存，文件格式为.mdl。
（10）当编辑区的内容过多时，往往一个界面已经无法显示全部内容，这时可做以下操作：
①按住鼠标滚轮，即可将鼠标变成手形工具，从而拖动显示区。
②滚动鼠标滚轮，显示区将进行缩放。
③按住Ctrl键滚动鼠标滚轮，显示区将纵向移动。
④按住Shift键滚动鼠标滚轮，显示区将横向移动。
（11）选中模块，右键选择“Properties...”，在“Block Annotation”中可编辑模块注释。
4、仿真示例
（1）使用之前搭建的模型，按照下图所示打开仿真参数设置窗口，一般需要配置的参数有起止时间和求解器选项，这里暂时不作深入介绍。
（2）仿真参数设置完成后，将已知的初始条件
、
代入模型。
（3）完成以上工作后，可以直接开始仿真。
（4）仿真结束后，双击scope模块，可以查看仿真结果，也就是
的图象。