Simulink

Simulink

Самоучитель

В. П. Дьяконов

Москва, 2023

2-е издание, электронное

УДК 519.6
ББК 004.438
Д93

Д93
Дьяконов, Владимир Павлович.
Simulink : самоучитель / В. П. Дьяконов. — 2-е изд., эл. — 1 файл pdf : 783 с. — Москва : 
ДМК Пресс, 2023. — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; 
экран 10". — Текст : электронный.
ISBN 978-5-89818-593-0

Самоучитель по новейшим реализациям пакета визуального блочного имитационного моделирования Simulink матричной системы MATLAB. Подробно описаны библиотека блоков Simulink, методика подготовки диаграмм моделей, их редактирование, настройка и запуск на исполнение. Дано 
описание наиболее важных пакетов расширения Simulink инструментального ящика Blockset, в том 
числе SimPowerSystems, SimMechanics, Aerospace, Stateflow, Signal Processing, Telecommunication, 
Video and Image Processing и др. Отражены средства виртуальной реальности. Описаны сотни наглядных примеров применения этих средств.
Издание предназначено для студентов, преподавателей и аспирантов вузов и университетов, инженеров и научных работников.

УДК 519.6 
ББК 004.438

Электронное издание на основе печатного издания: Simulink : самоучитель / В. П. Дьяконов. — Москва : ДМК 
Пресс, 2015. — 782 с. — ISBN 978-5-97060-280-5. — Текст : непосредственный.

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то 
ни было средствами без  письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических ошибок все равно 
существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим 
издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, 
правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ISBN 978-5-89818-593-0
© Дьяконов В. П.
© Оформление, издание, ДМК Пресс

Краткое содержание

Введение ............................................................................... 31

Благодарности и адреса для связи ................... 36

Урок 1. КРАТКОЕ ВВЕДЕНИЕ
В МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ..... 37

Урок 2. SIMULINK – ПАКЕТ ВИЗУАЛЬНОГО
МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ...... 59

Урок 3. РАБОТА SIMULINK С ФАЙЛАМИ........ 107

Урок 4. ПОДГОТОВКА И ЗАПУСК
МОДЕЛИ ............................................................................... 129

Урок 5. БЛОКИ ИСТОЧНИКОВ
И ПОЛУЧАТЕЛЕЙ СИГНАЛОВ................................. 155

Урок 6. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ БЛОКИ ................. 211

Урок 7. НЕЛИНЕЙНЫЕ, ДИСКРЕТНЫЕ
И СПЕЦИАЛЬНЫЕ БЛОКИ ........................................ 255

Урок 8. ПОДГОТОВКА И ПРИМЕНЕНИЕ
ПОДСИСТЕМ...................................................................... 303

Содержание
4

Урок 9. ИНСТРУМЕНТЫ И ПРАКТИКА
МОДЕЛИРОВАНИЯ ....................................................... 357

Урок 10. ОПТИМИЗАЦИЯ ОТКЛИКА
НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ............................................. 417

Урок 11. МОДЕЛИРОВАНИЕ
В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ .......................................... 449

Урок 12. МОДЕЛИРОВАНИЕ
МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ .... 531

Урок 13. ОСНОВЫ СОБЫТИЙНОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ ....................................................... 625

Урок 14. МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ
ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
И ИЗОБРАЖЕНИЙ .......................................................... 665

Список литературы ...................................................... 766

Предметный указатель ............................................. 770

Содержание

Введение ............................................................................... 31

Благодарности и адреса для связи ................... 36

Урок 1. Краткое введение
в математическое моделирование ................... 37

1.1. Основные понятия моделирования .................................. 38

1.1.1. Значение математического моделирования .................... 38
1.1.2. Основные виды моделей.................................................. 39
1.1.3. Основные свойства моделей ........................................... 40
1.1.4. Цели моделирования ....................................................... 40

1.2. Источники воздействий и сигналы ................................... 40

1.2.1. Понятие о сигналах .......................................................... 40
1.2.2. Синусоидальный сигнал................................................... 41
1.2.3. Дельтафункция Дирака и функция Хевисайда ................ 41

1.3. Технология моделирования .............................................. 42

1.3.1. Комплексное моделирование .......................................... 42
1.3.2. Основные методы решения задач моделирования .......... 43
1.3.3. Погрешности моделирования .......................................... 43
1.3.4. Оценка обусловленности вычислительной задачи ........... 44
1.3.5. Вычислительные методы в моделировании ..................... 45
1.3.6. Контроль правильности модели ....................................... 45

1.4. Моделирование линейных динамических объектов
и систем...................................................................................... 46

1.4.1. Идентификация динамических объектов ......................... 46
1.4.2. О моделировании линейных систем ................................ 47
1.4.3. Простая линейная модель RCцепи ................................. 47

Содержание
6

1.4.4. Передаточная функция .................................................... 48
1.4.5. Импульсная характеристика (ИХ) w(t) .............................. 49
1.4.6. Переходная характеристика, или функция h(t) ................. 49
1.4.7. Свертка и интеграл свертки ............................................. 49
1.4.8. Основы спектрального анализа и синтеза ....................... 50
1.4.9. Частотные характеристики .............................................. 52

1.5. Моделирование нелинейных объектов и систем ............ 53

1.5.1. Дифференциальное уравнение........................................ 53
1.5.2. Модель для переменных состояния ................................. 54

1.6. Моделирование дискретных систем ................................ 54

1.6.1. Дискретные модели и Zпреобразования ........................ 54
1.6.2. Дискретные модели переменных состояния .................... 55
1.6.3. Некоторые понятия статистического моделирования...... 56
1.6.4. Дискретные модели, учитывающие шум наблюдения ...... 57

Урок 2. Simulink – пакет визуального
математического моделирования ..................... 59

2.1. Основные возможности пакета Simulink .......................... 60

2.1.1. Назначение пакета ........................................................... 60
2.1.2. Общие возможности Simulink........................................... 63
2.1.3. Дополнительные возможности Simulink ........................... 63
2.1.4. Новые возможности Simulink 5.* ...................................... 64
2.1.5. Новые возможности Simulink 6.* ...................................... 64
2.1.6. Новые возможности Simulink 7 ......................................... 66

2.2. Запуск Simulink и основы работы с пакетом .................... 67

2.2.1. Интеграция пакета Simulink с системой MATLAB .............. 67
2.2.2. Запуск моделей Simulink из среды MATLAB ...................... 69
2.2.3. Особенности интерфейса Simulink................................... 70

2.3. Работа с демонстрационными примерами...................... 70

2.3.1. Поиск и загрузка модели аттрактора Лоренца ................. 70

Содержание
7

2.3.2. Установка параметров компонентов модели ................... 71
2.3.3. Установка параметров моделирования ........................... 72
2.3.4. Запуск процесса моделирования..................................... 75
2.3.5. Решение дифференциальных уравнений ВандерПоля ..... 76
2.3.6. Изменение характера нелинейности модели ................... 77
2.3.7. Как добавить в модель графопостроитель ....................... 78

2.4. Работа с редактором дифференциальных уравнений .... 81

2.4.1. Решение уравнений ВандерПоля .................................. 81
2.4.2. Решение уравнений аттрактора Лоренца......................... 81

2.5. Дополнительные примеры моделирования..................... 82

2.5.1. Моделирование кубика с пружинкой................................ 82
2.5.2. Информационное обеспечение примера ......................... 83
2.5.3. Моделирование системы терморегулирования дома ...... 84
2.5.4. Использование субмоделей............................................. 84
2.5.5. Моделирование работы унитаза ...................................... 85

2.6. Дополнительные возможности ......................................... 88

2.6.1. Применение логических операций................................... 88
2.6.2. Визуальный контроль типов данных ................................. 89

2.7. Особенности реализации Simulink 6................................. 90

2.7.1. Новые разделы библиотеки Simulink 6 ............................. 90
2.7.2. Подборка блоков из ящиков Blockset и Toolbox ................ 92
2.7.3. Новое окно установки параметров моделирования ......... 93
2.7.4. Новые кнопки на панели инструментов Simulink .............. 94
2.7.5. Новый навигатор моделей Model Explorer ........................ 94
2.7.6. Расширение меню Tools ................................................... 95
2.7.7. Справочная система Simulink 6 и работа с ней ................. 96

2.8. Интерфейс пакета расширения Simulink 7 ....................... 97

2.8.1. Справка по Simulink 7 ....................................................... 97
2.8.2. Браузер библиотек Simulink 7 .......................................... 98
2.8.3. О составе блоков библиотеки Simulink 7 .......................... 99
2.8.4. Доступ к демонстрационным примерам Simulink 7 ........ 100

Содержание
8

Урок 3. Работа Simulink с файлами .................. 107

3.1. Интерфейс браузера библиотек ..................................... 108

3.1.1. Окно браузера библиотек Simulink 5 .............................. 108
3.1.2. Состав основной библиотеки блоков ............................. 109
3.1.3. Заголовок и строка состояния ....................................... 110
3.1.4. Меню окна браузера библиотек ..................................... 110
3.1.5. Настройка параметров Simulink ..................................... 110
3.1.6. Меню Edit браузера библиотек....................................... 112
3.1.7. Меню View браузера библиотек ..................................... 113
3.1.8. Справка по браузеру библиотек..................................... 114
3.1.9. Панель инструментов окна браузера библиотек ............ 115

3.2. Интерфейс окна моделей Simulink.................................. 115

3.2.1. Панель инструментов окна моделей .............................. 115
3.2.2. Основное меню пакета Simulink ..................................... 116
3.2.3. Меню File окна модели ................................................... 116
3.2.4. Контроль источников ..................................................... 117
3.2.5. Вывод окна свойств текущей модели ............................. 117

3.3. Печать текущей модели ................................................... 118

3.3.1. Вывод окна печати модели............................................. 118
3.3.2. Настройка принтера....................................................... 118

3.4. Особенности Simulink 6/7 ................................................ 120

3.4.1. Новое окно Preferences Simulink 6/7 ............................... 120
3.4.2. Новое окно обозревателя модели Simulink 6/7 .............. 123
3.4.3. Окно модели Simulink 6/7 и контекстное меню ............... 124
3.4.4. Пуск модели в Simulink 6/7 ............................................. 125

Урок 4. Подготовка и запуск модели .............. 129

4.1. Создание модели ............................................................. 130

4.1.1. Постановка задачи и начало создания модели .............. 130
4.1.2. Ввод текстовой надписи ................................................ 130

Содержание
9

4.1.3. Размещение блоков в окне модели ................................ 130
4.1.4. Выделение блока модели............................................... 131
4.1.5. Меню редактирования Edit............................................. 132
4.1.6. Применение буфера обмена .......................................... 133
4.1.7. Выделение ряда блоков и их перенос ............................ 135
4.1.8. Запуск нескольких моделей одновременно ................... 136

4.2. Моделирование ограничителя ........................................ 137

4.2.1. Постановка задачи ......................................................... 137
4.2.2. Создание и запуск модели ограничителя....................... 138
4.2.3. Настройка масштаба осциллограмм .............................. 139
4.2.4. Сохранение модели ....................................................... 141
4.2.5. Модернизация и расширение модели ........................... 141

4.3. Основные приемы подготовки и редактирования
модели ...................................................................................... 142

4.3.1. Добавление надписей и текстовых комментариев ......... 144
4.3.2. Выделение, удаление и восстановление объектов ........ 146
4.3.3. Вставка блоков и их соединение .................................... 147
4.3.4. Создание отвода линии ................................................. 148
4.3.5. Удаление соединений .................................................... 150
4.3.6. Изменение размеров блоков ......................................... 150
4.3.7. Перемещение блоков и вставка блоков в соединение ... 150
4.3.8. Моделирование дифференцирующего устройства........ 151
4.3.9. Команды Undo и Redo в окне модели ............................. 152

4.4. Операции форматирования модели............................... 153

4.4.1. Меню форматирования Format ...................................... 153
4.4.2. Примеры форматирования модели ............................... 153

Урок 5. Блоки источников
и получателей сигналов ........................................... 155

5.1. Источники простых сигналов и воздействий ................. 156

5.1.1. Общий обзор источников ............................................... 156

Содержание
10

5.1.2. Источник постоянного воздействия Constant ................ 157
5.1.3. Источник синусоидального воздействия Sine Wave ....... 159
5.1.4. Источник нарастающего воздействия Ramp .................. 160
5.1.5. Источник одиночного перепада Step ............................. 160
5.1.6. Источник прямоугольных импульсов Pulse Generator ..... 162
5.1.7. Земля Ground ................................................................. 163

5.2. Источники шумовых воздействий................................... 163

5.2.1. Источник случайного сигнала с нормальным
распределением Random Number ........................................... 163
5.2.2. Источник случайного сигнала с равномерным
распределением Uniform Random Number............................... 163
5.2.3. Генератор белого шума Band Limited White Noice ........... 165

5.3. Источники сложных сигналов .......................................... 165

5.3.1. Повторяющаяся последовательность Repeating
Sequence ................................................................................. 165
5.3.2. Сигналгенератор Signal Generator ................................ 166
5.3.3. Генератор нарастающей частоты Chirp Generator .......... 166
5.3.4. Конструктор сигналов .................................................... 168

5.4. Источники системных данных ......................................... 169

5.4.1. Источник времени моделирования Clock ....................... 169
5.4.2. Цифровой источник времени Digital Clock...................... 169
5.4.3. Блок получения данных из файлов From File................... 170
5.4.4. Блок получения данных из рабочего пространства
From Workspace ....................................................................... 171
5.4.5. Блок входа In .................................................................. 172

5.5. Виртуальные регистраторы ............................................. 174

5.5.1. Обзор блоков приема данных ........................................ 174
5.5.2. Виртуальный осциллограф ............................................ 175
5.5.3. Виртуальный «плавающий» осциллограф ...................... 178
5.5.4. Виртуальный графопостроитель XY Graph ...................... 179
5.5.5. Дисплей Display ............................................................. 179

5.6. Другие блоки группы Skins .............................................. 180