Extras: Simulink Basics Tutorial ­Block Libraries

Contents

Commonly Used Blocks

Continuous

Discontinuities

Discrete

Logic and Bit Operations

Math Operations

Sinks

Sources

Simulink  contains  a  large  number  of  blocks  from which models

can be build. These blocks are arranged in Block Libraries which

are accessed in the main Simulink window shown below

Each icon in the main Simulink window can be double clicked to

bring  up  the  corresponding  block  library.  Blocks  in  each  library

can then be dragged into a model window to build a model.

Commonly Used Blocks

Commonly Used Blocks are used to list a lot of blocks which are

usually used. Double­click on the Commonly Used Blocks icon in

the  main  Simulink  windows  to  bring  up  the  Commonly  Used

window.

SYSTEM

MODELING

ANALYSIS

CONTROL

PID

ROOT LOCUS

FREQUENCY

STATE­SPACE

DIGITAL

SIMULINK

MODELING

CONTROL

window.

Bus Creator

The Bus Creator block combines a set of signals into a bus.

Bus Selector

The Bus Selector block outputs a specified subset of the elements

of the bus at its input. The block can output the specified elements

as separate signals or as a new bus.

Constant

The Constant block generates a real or complex constant value.

The constant output value is displayed in the middle of the block,

with a default value of 1.

In  order  to  examine  these  blocks,  create  a  new model  window

(select  New  from  the  File  menu  in  the  Simulink  window  or  hit

Ctrl+N).

To use this block, drag it from the Commonly Used Blocks window

into your new model window.

To change the constant output value, double­click on the block in

your model window to bring up the following dialog box.

Change the constant value field from 1 to some other value, say, 5,

and  close  the  dialog  box.  Your  model  window  will  reflect  the

update by displaying a 5 in the middle of the constant block.

Data Type Conversion

The Data Type Conversion block converts an input signal of any

Simulink data type to the data type you specify for the Output data

type  parameter.  The  input  can  be  any  real­  or  complex­valued

signal.

Demux, Mux

The Mux (Multiplexer) block is used to combine two or more scalar

signals  into  a  single  vector  signal.  Similarly,  a  Demux

(Demultiplexer)  block  breaks  a  vector  signal  into  scalar  signal

components. The number of vector components must be specified

in each case. For an example of  the use of a Mux block see the

Bus Suspension Modeling in Simulink example.

Discrete­Time Integrator

This  is  the  discrete  time  approximation  of  a  continuous­time

integrator. The approximation method can be specified as well as

the initial condition and saturation limits.

Gain

The Gain block multiplies the input by a constant value (gain). The

input and the gain can each be a scalar, vector, or matrix.

Ground

The Ground  block  connects  to  blocks  whose  input  ports  do  not

connect to other blocks.

In1

Inport blocks are the links from outside a system into the system.

Integrator

The output of  the  Integrator  is  the  integral of  the  input. An  initial

condition can be specified, as well as saturation limits. This block

is very useful for modeling systems in Simulink.

Logical Operator

The  Logical  Operator  block  performs  the  specified  logical

operation on its inputs. An input value is TRUE (1) if it is nonzero

and FALSE (0) if it is zero.

Out1

Outport blocks are the links from a system to a destination outside

the system.

Product

By default, the Product block outputs the result of multiplying two

inputs:  two scalars, a scalar and a nonscalar, or  two nonscalars

that have the same dimensions.

Relational Operator

Relational Operator

By  default,  the Relational Operator  block  compares  two  inputs

using the Relational operator parameter that you specify. The first

input corresponds to the top input port and the second input to the

bottom input port.

Saturation

The Saturation block imposes upper and lower limits on an input

signal.

Scope

The Scope block displays inputs signals with respect to simulation

time.

Subsystem

A  Subsystem  block  represents  a  subsystem  of  the  system  that

contains  it.  The  Subsystem  block  can  represent  a  virtual

subsystem or a nonvirtual subsystem.

Sum

The Sum block performs addition or subtraction on its inputs. This

block  can  add  or  subtract  scalar,  vector,  or matrix  inputs.  It  can

also collapse the elements of a signal.

Switch

The Switch block passes  through  the  first  input or  the  third  input

based on the value of the second input. The first and third inputs

are called data inputs. The second input is called the control input.

Terminator

Use the Terminator block to cap blocks whose output ports do not

connect to other blocks.

Unit Delay

The  Unit  Delay  block  holds  and  delays  its  input  by  the  sample

period you specify. This block is equivalent to the z­1 discrete­time

operator.

Vector Concatenate

The Concatenate  block  concatenates  the  signals  at  its  inputs  to

create  an  output  signal  whose  elements  reside  in  contiguous

locations in memory.

Continuous

Continuous  Blocks  are  elements  of  continuous­time  dynamic

systems.  Double­click  on  the  Continuous  icon  in  the  main

Simulink window to bring up the Continuous window.

Derivative

The output is equal to the derivative of the input.

Integrator Limited

The Integrator Limited block is identical to the Integrator block with

the exception that the output of the block is  limited based on the

upper and lower saturation limits.

Integrator, Second­Order, Integrator, Second­Order Limited

The  Second­Order  Integrator  block  and  the  Second­Order

Integrator  Limited  block  solve  the  second­order  initial  value

problem

PID Controller

The  PID Controller  block  output  is  a  weighted  sum  of  the  input

signal,  the  integral  of  the  input  signal,  and  the  derivative  of  the

input  signal.  The  weights  are  the  proportional,  integral,  and

derivative gain parameters.

PID Controller (2DOF)

The  PID  Controller  (2DOF)  block  generates  an  output  signal

based  on  the  difference  between  a  reference  signal  and  a

measured system output.

State Space

State Space

A,  B,  C,  and  D  matrices  can  be  specified  to  create  a  LTI  state

space  system.  Inputs  and  outputs  may  be  vector  signals

depending on the sizes of the matrices.

Transfer Function

Numerator  and  denominator  polynomials  can  be  specified  to

create a standard SISO LTI system transfer function.

Transport Delay

The Transport Delay block delays the input by a specified amount

of time. You can use this block to simulate a time delay. The input

to this block should be a continuous signal.

Variable Time Delay, Variable Transport Delay

The Variable Transport Delay and Variable Time Delay appear as

two  blocks  in  the  Simulink  block  library.  However,  they  are  the

same Simulink block with different settings of a Select delay type

parameter. Use  this parameter  to  specify  the mode  in which  the

block operates.

Zero­Pole

The  Zero­Pole  block  models  a  system  that  you  define  with  the

zeros, poles, and gain of a Laplace­domain transfer function. This

block can model single­input single output (SISO) and single­input

multiple­output (SIMO) systems.

Discontinuities

Discontinuities  Blocks  are  elements  of  discontinuous­time

dynamic  systems.  Most  of  these  have  special­purpose

applications and will  not  be used  in  the  tutorials. Only  the most

relevant  Discontinuities  blocks  will  be  discussed  here.  Double­

click on  the Discontinuities  icon  in  the main Simulink window  to

bring up the Discontinuities window.

Backlash

The Backlash  block  implements  a  system  in which  a  change  in

input  causes  an  equal  change  in  output.  .  However,  when  the

input changes direction, an initial change in input has no effect on

the output.

Coulomb & Viscous Friction

The Coulomb and Viscous Friction block models Coulomb (static)

and viscous (dynamic) friction. The block models a discontinuity at

zero and a linear gain otherwise.

Dead Zone

The  Dead  Zone  block  generates  zero  output  within  a  specified

region, called its dead zone.

Dead Zone Dynamic

The Dead Zone Dynamic block dynamically bounds the range of

the input signal, providing a region of zero output.

Hit Crossing

The  Hit  Crossing  block  detects  when  the  input  reaches  the  Hit

crossing offset parameter value in the direction specified by the Hit

crossing direction property.

Quantizer

The Quantizer  block  passes  its  input  signal  through  a  stair­step

function  so  that  many  neighboring  points  on  the  input  axis  are

mapped to one point on the output axis.

Rate Limiter

The  Rate  Limiter  block  limits  the  first  derivative  of  the  signal

passing through it. The output changes no faster than the specified

limit.

Rate Limiter Dynamic

The Rate Limiter Dynamic block limits the rising and falling rates of

the signal.

Relay

The Relay block allows its output to switch between two specified

values. When  the  relay  is on,  it  remains on until  the  input drops

below the value of the Switch off point parameter. When the relay

is off, it remains off until the input exceeds the value of the Switch

on point parameter. The block accepts one  input and generates

one output.

Saturation Dynamic

The Saturation Dynamic block bounds the range of an input signal

to upper and lower saturation values.

Wrap To Zero

The Wrap To Zero block sets the output to zero when the input is

above the Threshold value. However, the block outputs the input

when the input is less than or equal to the Threshold.

Discrete

Discrete Blocks are elements of discrete time dynamic systems.

Double­click on the Discrete icon in the main Simulink window to

bring up the Discrete window.

Delay

The Delay block delays an input u according to the Delay length

parameter, which you specify on the dialog box, or a delay length

that a signal supplies to the d input port.

Difference

The  Difference  block  outputs  the  current  input  value  minus  the

previous input value.

Discrete Derivative

The  Discrete  Derivative  block  computes  an  optionally  scaled

discrete time derivative.

Discrete Filter

This  is  a  discrete­time  filter  in  rational  function  form.  Vectors

containing coefficients of the polynomials in z^­1 are specified.

Discrete FIR Filter

The Discrete FIR Filter block independently filters each channel of

the input signal with the specified digital FIR filter. The block can

implement  static  filters  with  fixed  coefficients,  as  well  as  time­

varying filters with coefficients that change over time.

Discrete State­Space

This is a discrete­time dynamic system in state­space form. A, B, C,

and D matrices can be specified, as well as initial conditions.

Discrete Transfer Fcn

This is the standard form of a SISO LTI discrete time system. The

transfer  function  polynomials  are  represented  as  coefficient

vectors in terms of z.

Discrete Zero­Pole

A discrete­time  transfer  function  can be  represented as  list  of  z­

plane poles and zeros. The gain can also be specified.

First­Order Hold

The First­Order Hold block  implements a  first­order  sample­and­

hold  that  operates  at  the  specified  sampling  interval.  This  block

has  little value  in practical applications and  is  included primarily

for academic purposes.

Memory

The Memory block holds and delays  its  input by one  integration

time step. This block accepts and outputs continuous signals. The

block  accepts  one  input  and  generates  one  output.  Each  signal

can be scalar or vector.

Tapped Delay

The Tapped Delay block delays an input by the specified number

The Tapped Delay block delays an input by the specified number

of sample periods and outputs all  the delayed versions. Use this

block  to  discretize  a  signal  in  time  or  resample  a  signal  at  a

different rate.

Transfer Fcn First Order

The Transfer Fcn First Order block implements a discrete­time first

order  transfer  function  of  the  input.  The  transfer  function  has  a

unity DC gain.

Transfer Fcn Lead or Lag

The Transfer Fcn Lead or  Lag block  implements a discrete­time

lead or  lag compensator of  the  input. The  instantaneous gain of

the compensator  is one, and  the DC gain  is equal  to  (1­z)/(1­p),

where z is the zero and p is the pole of the compensator.

Transfer Fcn Real Zero

The  Transfer  Fcn  Real  Zero  block  implements  a  discrete­time

transfer function that has a real zero and effectively no pole.

Zero­Order Hold

The Zero­Order Hold block holds  its  input  for  the sample period

you  specify.  The  block  accepts  one  input  and  generates  one

output. Each signal can be scalar or vector.

Logic and Bit Operations

Logic and Bit Operations Blocks are used to perform logic and

bit operations. Double­click on the Logic and Bit Operations icon

in  the  main  Simulink  window  to  bring  up  the  Logic  and  Bit

Operations window.

Bit Clear

The Bit Clear block sets the specified bit, given by its index, of the

stored integer to zero.

Bit Set

The Bit Set block sets the specified bit of the stored integer to one.

Bitwise Operator

The Bitwise Operator block performs the bitwise operation that you

specify on one or more operands.

Combinatorial Logic

The Combinatorial Logic block implements a standard truth table

for  modeling  programmable  logic  arrays  (PLAs),  logic  circuits,

decision tables, and other Boolean expressions.

Compare To Constant

The Compare To Constant  block  compares  an  input  signal  to  a

constant.

Compare To Zero

The Compare To Zero block compares an input signal to zero.

Detect Change

The Detect Change block determines if an input does not equal its

previous value.

Detect Decrease

The Detect Decrease block determines  if  an  input  is  strictly  less

than its previous value.

Detect Fall Negative

The Detect Fall Negative block determines if the input is less than

zero, and its previous value was greater than or equal to zero.

Detect Fall Nonpositive

The Detect Fall Nonpositive block determines  if  the  input  is  less

than  or  equal  to  zero,  and  its  previous  value  was  greater  than

zero.

Detect Increase

The Detect Increase block determines if an input is strictly greater

than its previous value.

Detect Rise Nonnegative

The  Detect  Rise  Nonnegative  block  determines  if  the  input  is

greater than or equal to zero, and its previous value was less than

zero.

Detect Rise Positive

The Detect  Rise  Positive  block  determines  if  the  input  is  strictly

positive, and its previous value was nonpositive.

Extract Bits

The Extract Bits block allows you to output a contiguous selection

of bits from the stored integer value of the input signal.

Interval Test

The  Interval Test block outputs TRUE  if  the  input  is between  the

values specified by the Lower limit and Upper limit parameters.

Interval Test Dynamic

The  Interval  Test  Dynamic  block  outputs  TRUE  if  the  input  is

between  the values of  the external signals up and  lo. The block

outputs FALSE if  the  input  is outside those values. The output of

the block when the input is equal to the signal up or the signal lo is

determined  by whether  the  boxes  next  to  Interval  closed  on  left

and Interval closed on right are selected in the dialog box.

Shift Arithmetic

The Shift Arithmetic block can shift the bits or the binary point of an

input signal, or both.

Math Operations

Math Operations Blocks  are  used  to  Perform math  operations.

Double­click  on  the Math Operations  icon  in  the main Simulink

window to bring up the Math Operations window.

(1)

Abs

The Abs block outputs the absolute value of the input.

Algebraic Constraint

The Algebraic Constraint block constrains  the  input signal  f(z)  to

zero and outputs an algebraic state z.

Assignment

The Assignment block assigns values to specified elements of the

signal.

Bias

The Bias block adds a bias, or offset, to the input signal according

to

$Y = U + bias$

where U is the block input and Y is the output.

Complex to Magnitude­Angle

The Complex to Magnitude­Angle block accepts a complex­valued

signal of type double or single.

Complex to Real­Image

The Complex to Real­Imag block accepts a complex­valued signal

of any data type that Simulink supports, including fixed­point data

types.

Divide

The Divide block outputs the result of dividing its first  input by its

second.

Dot Product

The output is equal to the dot product of two vector signals.

Find

The  Find  block  locates  all  nonzero  elements  of  the  input  signal

The  Find  block  locates  all  nonzero  elements  of  the  input  signal

and returns the linear indices of those elements.

Magnitude­Angle to Complex

The Magnitude­Angle  to Complex block converts magnitude and

phase angle inputs to a complex output.

Math Function

The  Math  Function  block  performs  numerous  common

mathematical functions.

MinMax

The MinMax  block  outputs  either  the minimum  or  the maximum

element or elements of the inputs.

MinMax Running Resettable

The MinMax Running  Resettable  block  outputs  the minimum  or

maximum of all past inputs u.

Permute Dimensions

The block reorders the elements of the input signal so that they are

in the order you specify in the Order parameter.

Polynomial

You  define  a  set  of  polynomial  coefficients  in  the  form  that  the

MATLAB polyval command accepts. The block evaluates P(u) at

each time step for the input u.

Product

The output  is  equal  to  the  product  of  the  inputs.  The  number  of

inputs can be specified.

Product of Elements

The Product of Elements block inputs one scalar, vector, or matrix.

Real­Imag to Complex

The Real­Imag  to Complex block converts  real and/or  imaginary

inputs to a complex­valued output signal.

Reshape

The Reshape block changes the dimensionality of the input signal

to  a  dimensionality  that  you  specify,  using  the  block's  Output

dimensionality parameter.

Rounding Function

The Rounding Function block applies a  rounding  function  to  the

input signal to produce the output signal.

Sine Wave Function

This block is the same as the Sine Wave block that appears in the

Sources library.

Slider Gain

This multiplies the input by a scalar constant which is specified by

moving a slider on the screen as shown below. The limits of  the

slider can be specified.

Squeeze

The  Squeeze  block  removes  singleton  dimensions  from  its

multidimensional input signal.

Sum, Add, Subtract, Sum of Elements

The Sum block performs addition or subtraction on its inputs. This

block  can  add  or  subtract  scalar,  vector,  or matrix  inputs.  It  can

also collapse the elements of a signal.

Vector Concatenate, Matrix Concatenate

The Concatenate  block  concatenates  the  signals  at  its  inputs  to

create  an  output  signal  whose  elements  reside  in  contiguous

locations in memory.

Sinks

Sink Blocks are used to display or output signals. Double­click on

the Sinks icon in the main Simulink window to bring up the Sinks

window.

Notice that all of the sink blocks have inputs and no outputs. Most

have a single input.

Display

The  Display  Sink  Block  is  a  digital  readout  of  a  signal  at  the

current simulation time.

Scope

The Scope Sink Block was described earlier. It is used to display a

signal as a function of time.

Stop Simulation

This is a special control block which is triggered to stop the current

simulation when its input is non­zero.

To File

The To File Sink Block saves a signal  to a  .mat  file  in  the same

way  that  the  From  File  Source  Block  reads  from  a  file.  The

sampling time can be specified, but is not necessary.

To Workspace

The  To  Workspace  Sink  Block  stores  a  signal  in  a  specified

workspace variable. Unlike the To File Sink Block, the time is not

saved in the variable, and must be stored separately.

XY Graph

The XY Graph Sink Block plots  one  signal  against  another.  It  is

useful for phase­plane plots, etc.

Sources

Source Blocks are used to generate signals. Double­click on the

Sources  icon  in  the  main  Simulink  window  to  bring  up  the

Sources window.

Notice  that all of  the source blocks have a single output and no

inputs. While parameters in each of these blocks in the library can

be modified by double­clicking the block, it is best to not modify the

blocks until they have been copied into a model window.

Band­Limited White Noise

The Band­Limited White Noise Source Block generates a random

signal which changes at a specified sample period. The strength

of the signal and a random number seed can also be specified.

Chirp Signal

The  Chirp  Signal  Source  Block  generates  a  sinusoidal  signal

which  scans  over  a  range  of  frequencies.  The  initial  and  final

frequencies  as  well  as  the  scan  time  can  be  specified.  The

amplitude is always 1, and the chirp signal repeats itself after each

frequency scan.

Clock

The Clock Source Block generates a signal equal  to  the current

time  in  the  simulation.  This  is  useful  when  the  output  of  a

simulation is exported to MATLAB but occurs at uneven time steps.

The  clock's  output  reflects  the  times  at  which  the  other  signals

outputs occur.

Counter Free­Running

The  Counter  Free­Running  block  counts  up  until  reaching  the

maximum value,

$2^{Nbits}­1$ ,  where  Nbits  is  the  number  of  bits.  Then  the

counter overflows to zero and begins counting up again.

counter overflows to zero and begins counting up again.

Counter Limited

The Counter Limited block counts up until the specified upper limit

is  reached.  Then  the  counter  wraps  back  to  zero,  and  restarts

counting up.

Digital Clock

The Digital Clock Source Block generates a strictly periodic  time

signal at a specified sampling interval.

Enumerated Constant

The Enumerated Constant block outputs a scalar, array, or matrix

of enumerated values.

From File

The  From  File  Source  Block  outputs  a  signal  taken  from  a

specified  .mat  file. A matrix  saved  in MATLAB as a  .mat  file will

become a signal where the first row of the matrix specifies the time

values. This is similar to the Repeating Sequence Source Block.

From Workspace

The From Workspace Source Block  is  identical  to  the From File

Source  Block  except  the  values  are  taken  from  a  variable  (or

expression) in the MATLAB Workspace.

Pulse Generator

The  Pulse  Generator  Source  Block  generates  a  pulse  train  of

varying  duty  cycle.  The  signal  switches  between  0  and  the

specified  value  starting  at  a  particular  time.  The  Period,  Duty

Cycle, Amplitude, and Start Time can be specified.

Ramp

The  Ramp  Source  Block  generates  a  signal  which  is  initially

constant and begins to increase (or decrease) at a constant rate at

a  specified  time.  The  slope,  start  time,  and  initial  output  can  be

specified.

Random Number

The  Random  Number  Source  Block  generates  a  sequence  of

random  numbers  generated  with  the  specified  random  number

seed. Because of the seed, the same sequence can be applied to

more than one simulation.

more than one simulation.

Repeating Sequence

An arbitrary set of points (t,y) can be specified. These points are

entered  as  a  vector  specifying  the  time  values,  and  a  vector

specifying  the  corresponding  output  values  at  those  times.  The

output  is  linearly  interpolated between the specified  time  values.

At the last time value, the output immediately starts over, possibly

with a discontinuous transition.

Repeating Sequence Interpolated

The  Repeating  Sequence  Interpolated  block  outputs  a  discrete­

time sequence and then repeats it.

Repeating Sequence Stair

The Repeating Sequence Stair block outputs and repeats a stair

sequence  that  you  specify  with  the  Vector  of  output  values

parameter.

Signal Generator

The Signal Generator Source Block  is a general­purpose source

which  encompasses  some  of  the  other  blocks'  functions.  It

generates periodic waveforms such as sine, square, and sawtooth

waves  as  well  as  a  random  signal.  Drag  this  block  from  the

Sources window to your model window.

By default,  the Signal Generator generates a sine wave with an

amplitude of 1 and a frequency of 1 Hz. To change this, double­

click the Signal Generator  in your model window to bring up  the

following dialog box.