控制系統(tǒng)仿真第2章-3-課件

第2章MATLAB基礎(chǔ)及其使用初步

2.1MATLAB簡介

2.2MATLAB編程

2.3Simulink交互式仿真環(huán)境

第2章MATLAB基礎(chǔ)及其使用初步2.1MATLAB簡2.2.4

MATLAB繪圖[WT]

1．基本的繪圖命令

1）線性刻度繪圖命令plot

x軸和y軸均為線性刻度；繪圖命令格式為

plot(x)%最簡單的調(diào)用格式

plot(x,y)%常用的調(diào)用格式

plot(x1,y1,x2,y2)%含多個輸入?yún)?shù)的調(diào)用格式

plot(x,y,option)或plot(x1,y1,option1,x2,y2,option2,…)；

%含選項的調(diào)用格式

其中選項參數(shù)option定義了圖形曲線的顏色、線型及表示符號，它由一對單引號括起來。

2.2.4MATLAB繪圖[WT]

1．基本的繪圖命令表2.1線型、顏色及表示符號對照表

表2.1線型、顏色及表示符號對照表線型與顏色可以任意組合，從而生成不同顏色和不同形狀的曲線。舉例：

plot(t,x,′c+：′)；就畫出了用“+”標(biāo)記的亮青色“點(diǎn)”線，而plot(t,x,′c：′)則只畫出了亮青色的“點(diǎn)”線；plot(t,x,′bd′)則畫出了藍(lán)色的“金剛石”線。

線型與顏色可以任意組合，從而生成不同顏色和不同形狀的曲線

exp2_34:在0≤X≤2區(qū)間內(nèi)，繪制曲線y=2e-0.5xsin(2πx)。

程序如下：

x=0:pi/100:2*pi;y=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x);plot(x,y)exp2_34:在0≤X≤2區(qū)間內(nèi)，繪制曲線y=2e-0exp2_35某工廠2000年各月總產(chǎn)值（單位：萬元）分別為22、60、88、95、56、23、9、10、14、81、56、23，試?yán)L制折線圖以顯示出該廠總產(chǎn)值的變化情況。程序如下：

p=[22,60,88,95,56,23,9,10,14,81,56,23];plot(p)exp2_35某工廠2000年各月總產(chǎn)值（單位：萬元）分別為控制系統(tǒng)仿真第2章-3-課件圖2－4衰減振蕩曲線與包絡(luò)

圖2－4衰減振蕩曲線與包絡(luò)ex2-1在同一坐標(biāo)內(nèi)繪制曲線y=2e-0.5xsin(2πx)及其包絡(luò)線。%ex2_1x=(0:pi/100:2*pi);y1=2*exp(-0.5*x);%包絡(luò)線y2=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x);%函數(shù)plot(x,y1,'g:',x,-y1,'g:',x,y2,'b');gridonex2-1在同一坐標(biāo)內(nèi)繪制曲線【書例2.2】用圖形表示離散函數(shù)。

%ex2_2

clearall;

n=0:12; %產(chǎn)生一組自變量數(shù)據(jù)

y=1./abs(n-6); %計算相應(yīng)點(diǎn)的函數(shù)值

plot(n,y,'r*','MarkerSize',20)%用紅花標(biāo)出數(shù)據(jù)點(diǎn)

gridon %畫坐標(biāo)方格【書例2.2】用圖形表示離散函數(shù)。

%ex2_2

clea圖2－5離散函數(shù)的可視化

圖2－5離散函數(shù)的可視化

2）非線性刻度

Loglog(x,y,option)：x軸和y軸均為對數(shù)刻度；

Semilogx(x,y,option)：x軸為對數(shù)刻度；y軸為線性刻度；

Semilogy(x,y,option)：y軸為對數(shù)刻度；x軸為線性刻度；

其他的定義與plot命令完全相同。

2）非線性刻度

Loglog(x,y,option

3）選擇圖形窗口、圖形窗口分割

figure(n)：設(shè)定不同的圖形窗口，其中n為正整數(shù),為圖形窗口編號；

holdon

holdoff；

subplot(mnk)：在同一窗口顯示多個圖形，其中m為上下分割個數(shù)，n為左右分割個數(shù)，k為子圖編號。

3）選擇圖形窗口、圖形窗口分割

figure(n)

exp1-23建立一個圖形窗口。該圖形窗口沒有菜單條，標(biāo)題名稱為“圖形窗口示例”，起始于屏幕左下角、寬度和高度分別為300像素點(diǎn)和150像素點(diǎn)，背景顏色為綠色，且當(dāng)用戶從鍵盤按下任意一個鍵時，將顯示“Hello,KeyboardKeyPressed.”字樣。命令如下：hf=figure('Color',[0,1,0],'Position',[1,1,300,150],...‘Name’,'圖形窗口示例,'NumberTitle','off','MenuBar','none',...'KeyPressFcn','disp(''Hello,KeyboardKeyPressed.'')');exp1-23建立一個圖形窗口。該圖形窗口沒有菜單條，標(biāo)題

exp1-23a建立一個圖形窗口figureNo3,有坐標(biāo)軸。%exp1-23afigure(3);holdon;subplot(234);%兩行三列第四個圖形exp1-23a建立一個圖形窗口figureNo3,有坐

4）設(shè)定軸的范圍

axis［xminxmaxyminymax］）。

5）文字顯示

xlabel(′字符串′)，ylabel(′字符串′)：表明坐標(biāo)的名稱等；

title(′字符串′)：圖的標(biāo)題（圖名）；

text(x,y,′字符串′)：在圖上(x,y)處加注文字；

legend(′字符串1′,′字符串2′,…,′字符串n′)：在屏幕上開啟一個小視窗，然后依據(jù)繪圖命令的先后次序，用對應(yīng)的字符串區(qū)分圖形上的線；

gtext(′字符串′)：文本交互輸入命令。

4）設(shè)定軸的范圍

axis［xminxmax

6）網(wǎng)格顯示

gridon：顯示網(wǎng)格；

gridoff：去掉網(wǎng)格。

6）網(wǎng)格顯示

gridon：顯示網(wǎng)格；

exp2_12F=figure('pos',[50,100,200,150],'color','w');A=axes('pos',[0.5,0.5,0.4,0.4]);t=0:1:6;plot(t,sin(t))xlabel('我是X軸');ylabel('我是Y軸');title('我是標(biāo)題')exp2_12綜合例題綜合例題圖

2-6連續(xù)函數(shù)的圖形表現(xiàn)方法

圖2-6連續(xù)函數(shù)的圖形表現(xiàn)方法

2．其他繪圖命令

bar(x,y)：繪制長條圖；

hist(x,y)：繪制直方圖；

stairs(x,y)：繪制階梯圖；

stem(x,y)：繪制火柴棍圖（離散信號常用命令）；pie(x)：繪制餅圖；

ezplot：符號方法所用繪圖命令。

2．其他繪圖命令

bar(x,y)：繪制長條圖課本其他例題課本其他例題控制系統(tǒng)仿真第2章-3-課件控制系統(tǒng)仿真第2章-3-課件圖2－7二階階躍響應(yīng)圖

圖2－7二階階躍響應(yīng)圖

【例2.5】利用hold繪制離散信號通過零階保持器后產(chǎn)生的波形。

t=2*pi*(0:20)/20；y=cos(t).*exp(-0.4*t)；

stem(t,y,′g′)；holdon；stairs(t,y,′r′)；holdoff。

運(yùn)行后得到如圖2－8所示曲線。

【例2.5】利用hold繪制離散信號通過零階保持器后產(chǎn)圖2－8離散信號的重構(gòu)

圖2－8離散信號的重構(gòu)控制系統(tǒng)仿真第2章-3-課件圖2－9函數(shù)和積分

圖2－9函數(shù)和積分

【例2.7】受熱壓力容器的期望溫度是120°，期望壓力是0.25Mpa。在同一張圖上畫出它們的階躍響應(yīng)曲線。

S1=tf(［11］,［1321］)；%溫度的傳遞函數(shù)對象模型

S2=tf(1,［111］)； %壓力的傳遞函數(shù)對象模型

［Y1,T1］=step(S1)； %計算階躍響應(yīng)

［Y2,T2］=step(S2)； %計算階躍響應(yīng)

plotyy(T1,120*Y1,T2,0.25*Y2,′stairs′,′plot′)

運(yùn)行后得到如圖2－10所示曲線。

【例2.7】受熱壓力容器的期望溫度是120°，期望壓力是圖2－10雙縱坐標(biāo)圖演示

圖2－10雙縱坐標(biāo)圖演示【例2.8】compass和feather指令的區(qū)別。

t=-pi/2:pi/12:pi/2；

%在［-90°,90°］區(qū)間，每15°取一點(diǎn)

r=ones(size(t))； %單位半徑

［x,y］=pol2cart(t,r)； %極坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為直角坐標(biāo)

subplot(1,2,1),compass(x,y),title(′Compass′);

subplot(1,2,2),feather(x,y),title(′Feather′)。

運(yùn)行后得到如圖2－11所示曲線。

【例2.8】compass和feather指令的區(qū)別。

圖

2－11compass和feather指令的區(qū)別

圖2－11compass和feather指令的區(qū)別

【例2.9】本例表現(xiàn)一個離散方波的快速Fourier變換的幅頻。本例左圖用極坐標(biāo)指令polar繪出，右圖用三維離散桿圖指令stem3

繪出。

MATLAB的polar指令是建筑在plot基礎(chǔ)上的。指令執(zhí)行后，出現(xiàn)的極坐標(biāo)軸及分度標(biāo)識也是由plot以一種“固定”模式產(chǎn)生的。因此，極坐標(biāo)軸的控制很不靈活，它只能以比較簡單的方式表達(dá)函數(shù)。如對于本例左圖，那圖形小、線條細(xì)、文字太密的缺陷，就較難克服。相比而言，先借助極坐標(biāo)和直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，然后再通過直角坐標(biāo)圖形指令加以表現(xiàn)，往往更顯靈活、方便。如本例的右圖。

【例2.9】本例表現(xiàn)一個離散方波的快速Fourier變th=(0:127)/128*2*pi; %角度采樣點(diǎn)

rho=ones(size(th)); %單位半徑

x=cos(th);y=sin(th);

f=abs(fft(ones(10,1),128)); %對離散方波進(jìn)行FFT變換，并取幅值。

rho=ones(size(th))+f'; %取單位圓為繪制幅頻譜的基準(zhǔn)。

subplot(1,2,1),polar(th,rho,'r')

subplot(1,2,2),stem3(x,y,f','d','fill') %取菱形離散桿頭，并填色。

view([-6530]) %控制角度，為表現(xiàn)效果。

th=(0:127)/128*2*pi; %角度采樣圖

2-12離散方波的幅頻譜

圖2-12離散方波的幅頻譜SIMULINK在工程實(shí)際中，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)往往很復(fù)雜，如果不借助專用的系統(tǒng)建模軟件，則很難準(zhǔn)確地把一個控制系統(tǒng)的復(fù)雜模型輸入計算機(jī)，對其進(jìn)行進(jìn)一步的分析與仿真。1990年，MathWorks軟件公司為MATLAB提供了新的控制系統(tǒng)模型圖輸入與仿真工具SIMULINK

，該工具很快就在控制工程界獲得了廣泛的認(rèn)可，使得仿真軟件進(jìn)入了模型化圖形組態(tài)階段。SIMULINK的出現(xiàn)，給控制系統(tǒng)分析與設(shè)計帶來了福音。顧名思義，該軟件的名稱表明了該系統(tǒng)的兩個主要功能：Simu（仿真）和Link（連接），即該軟件可以利用鼠標(biāo)在模型窗口上繪制出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后利用SIMULINK提供的功能來對系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析。SIMULINK在工程實(shí)際中，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)往往很復(fù)雜，如果

2.3

Simulink交互式仿真環(huán)境

2.3.1

Simulink簡介

Simulink是一個進(jìn)行動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成軟件包。它可以處理的系統(tǒng)包括：線性、非線性系統(tǒng)；離散、連續(xù)及混合系統(tǒng)；單任務(wù)、多任務(wù)離散事件系統(tǒng)。

在Simulink提供的圖形用戶界面GUI上，只要進(jìn)行鼠標(biāo)的簡單拖拉操作就可構(gòu)造出復(fù)雜的仿真模型。它外表以方塊圖形式呈現(xiàn)，且采用分層結(jié)構(gòu)。從建模角度講，這既適用于自上而下（Topdown）的設(shè)計流程（概念、功能、系統(tǒng)、子系統(tǒng)直至器件），又適用于自下而上（Bottomup）的逆程設(shè)計。從分析研究角度講，這種Simulink模型不僅能讓用戶知道具體環(huán)節(jié)的動態(tài)細(xì)節(jié)，而且能讓用戶清晰地了解各器件、各子系統(tǒng)、各系統(tǒng)間的信息交換，掌握各部分之間的交互影響。

2.3Simulink交互式仿真環(huán)境

2.3.1S在Simulink環(huán)境中，用戶將擺脫理論演繹時需做理想化假設(shè)的無奈，觀察到現(xiàn)實(shí)世界中摩擦、風(fēng)阻、齒隙、飽和、死區(qū)等非線性因素和各種隨機(jī)因素對系統(tǒng)行為的影響。在Simulink環(huán)境中，用戶可以在仿真進(jìn)程中改變感興趣的參數(shù)，實(shí)時地觀察系統(tǒng)行為的變化。由于Simulink環(huán)境使用戶擺脫了深奧數(shù)學(xué)推演的壓力和繁瑣編程的困擾，因此用戶在此環(huán)境中會產(chǎn)生濃厚的探索興趣，引發(fā)活躍的思維，感悟出新的真諦。

在MATLAB5.3版中，可直接在Simulink環(huán)境中運(yùn)作的工具包很多，已覆蓋通信、控制、信號處理、DSP、電力系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域，所涉及內(nèi)容專業(yè)性極強(qiáng)。

在Simulink環(huán)境中，用戶將擺脫理論演繹時需做理想化2.3.2

Simulink仿真基礎(chǔ)

1．什么是Simulink

Simulink是MATLAB軟件的擴(kuò)展，它是實(shí)現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個軟件包，它與MATLAB語言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語言的編程上。

所謂模型化圖形輸入是指Simulink提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入、輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的，通過對這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型（以.mdl文件進(jìn)行存?。M(jìn)而進(jìn)行仿真與分析。

2.3.2Simulink仿真基礎(chǔ)

1．什么是Sim

2．Simulink的啟動

(1）在MATLAB命令窗口中輸入Simulink。

結(jié)果是在桌面上出現(xiàn)一個稱為SimulinkLibraryBrowser的窗口，在這個窗口中列出了按功能分類的各種模塊的名稱。

(2）在MATLAB主窗口用快捷按鈕打開SimulinkLibraryBrowser窗口。

2．Simulink的啟動

(1）在MATLAB命令

3．Simulink的模塊庫介紹

Simulink模塊庫按功能進(jìn)行分類，包括以下8類子庫

Linear（線性模塊）；

Discrete（離散模塊）；

Connections（連接模塊）；

Demos（演示模塊）；

Nonlinear（非線性模塊）；

Blocksets&Toolboxes（塊設(shè)置與工具箱模塊）；

Sinks（接收器模塊）；

Sources（輸入源模塊）。

每個模塊內(nèi)又有多個子模塊，可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。

注：Matlab6.5中，有13個模塊。3．Simulink的模塊庫介紹

Simulink模圖2－13

Simulink模塊庫

圖2－13Simulink模塊庫1、連續(xù)模塊（Continuous）Derivative：輸入信號微分Integrator：輸入信號積分State-Space：線性狀態(tài)空間系統(tǒng)模型Transfer-Fcn：線性傳遞函數(shù)模型Zero-Pole：以零極點(diǎn)表示的傳遞函數(shù)模型1、連續(xù)模塊（Continuous）2MathOperations（數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊）Sum：加減運(yùn)算Product：乘運(yùn)算DotProduct：點(diǎn)乘運(yùn)算Gain：比例運(yùn)算MathFunction：包括指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、求平方、開根號等常用數(shù)學(xué)函數(shù)TrigonometricFunction：三角函數(shù)，包括正弦、余弦、正切等MinMax：最值運(yùn)算Abs：取絕對值2MathOperations（數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊）3、Signal（信號和系統(tǒng)模塊）In1：輸入端。Out1：輸出端。Mux：將多個單一輸入轉(zhuǎn)化為一個復(fù)合輸出。Demux：將一個復(fù)合輸入轉(zhuǎn)化為多個單一輸出。Ground：連接到?jīng)]有連接到的輸入端。3、Signal（信號和系統(tǒng)模塊）4、Sinks（接收器模塊）Scope：示波器。XYGraph：顯示二維圖形。ToWorkspace：將輸出寫入MATLAB的工作空間。ToFile(.mat)：將輸出寫入數(shù)據(jù)文件。4、Sinks（接收器模塊）5、Sources（輸入源模塊）Constant：常數(shù)信號。Clock：時鐘信號。FromWorkspace：來自MATLAB的工作空間。SignalGenerator：信號發(fā)生器，可以產(chǎn)生正弦、方波、鋸齒波及隨意波。SineWave：正弦波信號。Step：階躍波信號。Ramp:單位斜坡信號5、Sources（輸入源模塊）

4．Simulink簡單模型的建立及模型特點(diǎn)

(1）簡單模型的建立。

(2）建立模型窗口。

(3）將功能模塊由模塊庫窗口復(fù)制到模型窗口。

(4）對模塊進(jìn)行連接，從而構(gòu)成需要的系統(tǒng)模型。

exp2_1.mdl

4．Simulink簡單模型的建立及模型特點(diǎn)

(15.SIMULINK功能模塊的處理模塊庫中的模塊可以直接用鼠標(biāo)進(jìn)行拖曳（選中模塊，按住鼠標(biāo)左鍵不放）而放到模型窗口中進(jìn)行處理。在模型窗口中，選中模塊，則其4個角會出現(xiàn)黑色標(biāo)記。此時可以對模塊進(jìn)行以下的基本操作。移動：選中模塊，按住鼠標(biāo)左鍵將其拖曳到所需的位置即可。若要脫離線而移動，可按住shift鍵，再進(jìn)行拖曳。復(fù)制：選中模塊，然后按住鼠標(biāo)右鍵進(jìn)行拖曳即可復(fù)制同樣的一個功能模塊。刪除：選中模塊，按Delete鍵即可。若要刪除多個模塊，可以同時按住Shift鍵，再用鼠標(biāo)選中多個模塊，按Delete鍵即可。也可以用鼠標(biāo)選取某區(qū)域，再按Delete鍵就可以把該區(qū)域中的所有模塊和線等全部刪除。功能模塊的基本操作，包括模塊的移動、復(fù)制、刪除、轉(zhuǎn)向、改變大小、模塊命名、顏色設(shè)定、參數(shù)設(shè)定、屬性設(shè)定、模塊輸入輸出信號等。5.SIMULINK功能模塊的處理模塊庫中的模塊可以直接轉(zhuǎn)向：為了能夠順序連接功能模塊的輸入和輸出端，功能模塊有時需要轉(zhuǎn)向。在菜單Format中選擇FlipBlock旋轉(zhuǎn)180度，選擇RotateBlock順時針旋轉(zhuǎn)90度?；蛘咧苯影碈trl+F鍵執(zhí)行FlipBlock，按Ctrl+R鍵執(zhí)行RotateBlock。改變大小：選中模塊，對模塊出現(xiàn)的4個黑色標(biāo)記進(jìn)行拖曳即可。模塊命名：先用鼠標(biāo)在需要更改的名稱上單擊一下，然后直接更改即可。名稱在功能模塊上的位置也可以變換180度，可以用Format菜單中的FlipName來實(shí)現(xiàn)，也可以直接通過鼠標(biāo)進(jìn)行拖曳。HideName可以隱藏模塊名稱。顏色設(shè)定：Format菜單中的ForegroundColor可以改變模塊的前景顏色，BackgroundColor可以改變模塊的背景顏色；而模型窗口的顏色可以通過ScreenColor來改變。轉(zhuǎn)向：為了能夠順序連接功能模塊的輸入和輸出端，功能模塊有時需參數(shù)設(shè)定：用鼠標(biāo)雙擊模塊，就可以進(jìn)入模塊的參數(shù)設(shè)定窗口，從而對模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。參數(shù)設(shè)定窗口包含了該模塊的基本功能幫助，為獲得更詳盡的幫助，可以點(diǎn)擊其上的help按鈕。通過對模塊的參數(shù)設(shè)定，就可以獲得需要的功能模塊。屬性設(shè)定：選中模塊，打開Edit菜單的BlockProperties可以對模塊進(jìn)行屬性設(shè)定。包括Description屬性、Priority優(yōu)先級屬性、Tag屬性、Openfunction屬性、Attributesformatstring屬性。其中Openfunction屬性是一個很有用的屬性，通過它指定一個函數(shù)名，則當(dāng)該模塊被雙擊之后，Simulink就會調(diào)用該函數(shù)執(zhí)行，這種函數(shù)在MATLAB中稱為回調(diào)函數(shù)。模塊的輸入輸出信號：模塊處理的信號包括標(biāo)量信號和向量信號；標(biāo)量信號是一種單一信號，而向量信號為一種復(fù)合信號，是多個信號的集合，它對應(yīng)著系統(tǒng)中幾條連線的合成。缺省情況下，大多數(shù)模塊的輸出都為標(biāo)量信號，對于輸入信號，模塊都具有一種“智能”的識別功能，能自動進(jìn)行匹配。某些模塊通過對參數(shù)的設(shè)定，可以使模塊輸出向量信號。例exp2_2.mdlexp2_3.mdl參數(shù)設(shè)定：用鼠標(biāo)雙擊模塊，就可以進(jìn)入模塊的參數(shù)設(shè)定窗口，從而

6．Simulink線的處理exp2_4.mdl

Simulink模型的構(gòu)建是通過用線將各種功能模塊進(jìn)行連接而構(gòu)成的。用鼠標(biāo)可以在功能模塊的輸入與輸出端之間直接連線。所畫的線可以改變粗細(xì)、設(shè)定標(biāo)簽，也可以把線折彎、分支。

(1）改變粗細(xì)：線所以有粗細(xì)是因為線引出的信號可以是標(biāo)量信號或向量信號，當(dāng)選中Format菜單下的WideVectorLines時，線的粗細(xì)會根據(jù)線所引出的信號是標(biāo)量還是向量而改變，如果信號為標(biāo)量則為細(xì)線，若為向量則為粗線。選中VectorLineWidths則可以顯示出向量引出線的寬度，即向量信號由多少個單一信號合成。

6．Simulink線的處理exp2_4.mdl

S

(2）設(shè)定標(biāo)簽：只要在線上雙擊鼠標(biāo)，即可輸入該線的說明標(biāo)簽。也可以通過選中線，然后打開Edit菜單下的SignalProperties進(jìn)行設(shè)定，其中SignalName屬性的作用是標(biāo)明信號的名稱，設(shè)置這個名稱反映在模型上的直接效果就是與該信號有關(guān)的端口相連的所有直線附近都會出現(xiàn)寫有信號名稱的標(biāo)簽。

(3）線的折彎：按住Shift鍵，再用鼠標(biāo)在要折彎的線處單擊一下，就會出現(xiàn)圓圈，表示折點(diǎn)，利用折點(diǎn)就可以改變線的形狀。

(2）設(shè)定標(biāo)簽：只要在線上雙擊鼠標(biāo)，即可輸入該線的說明標(biāo)

(4）線的分支：按住鼠標(biāo)右鍵，在需要分支的地方拉出即可?；蛘甙醋trl鍵，并在要建立分支的地方用鼠標(biāo)拉出即可。

(4）線的分支：按住鼠標(biāo)右鍵，在需要分支的地方拉出即可。

7．Simulink自定義功能模塊

自定義功能模塊有兩種方法，一種方法是采用Signal&Systems模塊庫中的Subsystem功能模塊，利用其編輯區(qū)設(shè)計組合新的功能模塊；另一種方法是將現(xiàn)有的多個功能模塊組合起來，形成新的功能模塊。對于很大的Simulink模型，通過自定義功能模塊可以簡化圖形，減少功能模塊的個數(shù)，有利于模型的分層構(gòu)建。

1）方法1

exp2_5.mdl

(1)將Signal&Systems模塊庫中的Subsystem功能模塊復(fù)制到打開的模型窗口中。

(2)雙擊Subsystem功能模塊，進(jìn)入自定義功能模塊窗口，從而可以利用已有的基本功能模塊設(shè)計出新的功能模塊。

7．Simulink自定義功能模塊

自定義功能模塊有

2）方法2

exp2_6.mdl

(1)在模型窗口中建立所定義功能模塊的子模塊。

(2)用鼠標(biāo)將這些需要組合的功能模塊框住，然后選擇Edit菜單下的CreateSubsystem即可。

2）方法2exp2_6.mdl

(1)在模型窗

8．自定義功能模塊的封裝

上面提到的兩種方法都只是創(chuàng)建一個功能模塊而已，如果要命名該自定義功能模塊、對功能模塊進(jìn)行說明、選定模塊外觀、設(shè)定輸入數(shù)據(jù)窗口，則需要對其進(jìn)行封裝處理。首先選中Subsystem功能模塊，再打開Edit菜單中的MaskSubsystem進(jìn)入Mask的編輯窗口，可以看出有3個標(biāo)簽頁:8．自定義功能模塊的封裝

上面提到的兩種方法都只是創(chuàng)

1）Icon標(biāo)簽頁

此頁最重要的部分是DrawingCommands，在該區(qū)域內(nèi)可以用disp指令設(shè)定功能模塊的文字名稱，用plot指令畫線，用dpoly指令畫轉(zhuǎn)換函數(shù)。

注意，盡管這些命令在名字上和以前講的MATLAB函數(shù)相同，但它們在功能上卻不完全相同，因此不能隨便套用以前所講的格式。

(1)disp(′text′)可以在功能模塊上顯示設(shè)定的文字內(nèi)容。disp(′text1＼ntext2′)分行顯示文字text1和text2。

1）Icon標(biāo)簽頁

此頁最重要的部分是Drawin

(2)plot(［x1x2…xn］,［y1y2…yn］)指令會在功能模塊上畫出由［x1y1］經(jīng)［x2y2］經(jīng)［x3y3］…直到［xn,yn］為止的直線。功能模塊的左下角會根據(jù)目前的坐標(biāo)刻度被正規(guī)化為［0,0］，右上角則會依據(jù)目前的坐標(biāo)刻度被正規(guī)化為［1,1］。

(3)dpoly(num,den)：按s次數(shù)的降冪排序，在功能模塊上顯示連續(xù)的傳遞函數(shù)。

(4)dpoly(num,den,′z′)：按z次數(shù)的降冪排序，在功能模塊上顯示離散的傳遞函數(shù)。

(2)plot(［x1x2…xn］,［y1y2…yn］)

(5)Iconframe：Visible顯示外框線；Invisible隱藏外框線。

(6)IconTransparency：Opaque隱藏輸入輸出的標(biāo)簽；Transparent顯示輸入輸出的標(biāo)簽。

(7)IconRotation：旋轉(zhuǎn)模塊。

(8)DrawingCoordinate：畫圖時的坐標(biāo)系。

(5)Iconframe：Visible顯示外框線；In

2）Initialization標(biāo)簽頁

此頁主要用來設(shè)計輸入提示（prompt）以及對應(yīng)的變量名稱（variable）。在prompt欄上輸入變量的含義，其內(nèi)容會顯示在輸入提示中。而variable是仿真要用到的變量，該變量的值一直存于maskworkspace中，因此可以與其他程序相互傳遞。

如果配合在initializationcommands內(nèi)編輯程序，可以發(fā)揮功能模塊的功能來執(zhí)行特定的操作。

2）Initialization標(biāo)簽頁

此頁主要用

(1)在prompt編輯框中輸入文字，這些文字就會出現(xiàn)在Prompt列表中；在variable列表中輸入變量名稱，則prompt中的文字對應(yīng)該變量的說明。如果要增加新的項目，可以點(diǎn)擊邊上的Add鍵。Up和Down按鈕用于執(zhí)行項目間的位置調(diào)整。

(2)Controltype列表給用戶提供選擇設(shè)計的編輯區(qū)，選擇Edit會出現(xiàn)供輸入的空白區(qū)域，所輸入的值代表對應(yīng)的variable；Popup則為用戶提供可選擇的列表框，所選的值代表variable，此時在下面會出現(xiàn)Popupstrings輸入框，用來設(shè)計選擇的內(nèi)容，各值之間用邏輯或符號“|”隔開；如選擇Checkbox則用于on與off的選擇設(shè)定。

(1)在prompt編輯框中輸入文字，這些文字就會出現(xiàn)在

3）Documentation標(biāo)簽頁

此頁主要用來針對完成的功能模塊來編寫相應(yīng)的說明文字和help。

(1)在Blockdescription中輸入的文字，會出現(xiàn)在參數(shù)窗口的說明部分。

(2)在Blockhelp中輸入的文字則會顯示在單擊參數(shù)窗口中的help按鈕后瀏覽器所加載的HTML文件中。

(3)Masktype：在此處輸入的文字作為封裝模塊的標(biāo)注性說明，在模型窗口下，將鼠標(biāo)指向模塊，則會顯示該文字。當(dāng)然必須先在View菜單中選擇BlockDataTips——ShowBlockDataTips。

3）Documentation標(biāo)簽頁

此頁主要用來

9．Simulink的運(yùn)行

構(gòu)建好一個系統(tǒng)的模型之后，接下來的事情就是運(yùn)行模型，得出仿真結(jié)果。運(yùn)行一個仿真的完整過程分成三個步驟：設(shè)置仿真參數(shù)，啟動仿真和仿真結(jié)果分析。設(shè)置仿真參數(shù)和選擇解法器，選擇Simulation菜單下的Parameters命令，就會彈出一個仿真參數(shù)對話框，它主要用三個頁面來管理仿真的參數(shù)。

1）Solver頁

此頁可以進(jìn)行的設(shè)置有：選擇仿真開始和結(jié)束的時間；選擇解法器，并設(shè)定它的參數(shù)；選擇輸出項。

9．Simulink的運(yùn)行

構(gòu)建好一個系統(tǒng)的模型之后

(1)仿真時間：注意這里的時間概念與真實(shí)的時間并不一樣，只是計算機(jī)仿真中對時間的一種表示，比如10秒的仿真時間，如果采樣步長定為0.1，則需要執(zhí)行100步，若把步長減小，則采樣點(diǎn)數(shù)增加，那么實(shí)際的執(zhí)行時間就會增加。一般仿真開始時間設(shè)為0，而結(jié)束時間視不同的因素而選擇?？偟膩碚f，執(zhí)行一次仿真要耗費(fèi)的時間依賴于很多因素，包括模型的復(fù)雜程度、解法器及其步長的選擇、計算機(jī)時鐘的速度等等。

(1)仿真時間：注意這里的時間概念與真實(shí)的時間并不一樣，

(2)仿真步長模式：用戶在Type后面的第一個下拉選項框中指定仿真的步長選取方式，可供選擇的有Variablestep（變步長）和Fixedstep（固定步長）方式。變步長模式可以在仿真的過程中改變步長，提供誤差控制和過零檢測。固定步長模式在仿真過程中提供固定的步長，不提供誤差控制和過零檢測。用戶還可以在第二個下拉選項框中選擇對應(yīng)模式下仿真所采用的算法。

變步長模式解法器有：ode45，ode23，ode113，ode15s，ode23s，ode23t，ode23tb和discrete。固定步長模式解法器有：ode5，ode4，ode3，ode2，ode1和discrete。

(2)仿真步長模式：用戶在Type后面的第一個下拉選項框

(3)步長參數(shù)：對于變步長模式，用戶可以設(shè)置最大的和推薦的初始步長參數(shù)，缺省情況下，步長自動確定，它由值auto表示。

(4)仿真精度的定義（對于變步長模式）：

Relativetolerance（相對誤差）：它是指誤差相對于狀態(tài)的值，是一個百分比，缺省值為1e-3，表示狀態(tài)的計算值要精確到0.1%。

Absolutetolerance（絕對誤差）：表示誤差值的門限，或者是說在狀態(tài)值為零的情況下，可以接受的誤差。如果它被設(shè)成了auto，那么Simulink為每一個狀態(tài)的設(shè)置的初始絕對誤差為1e-6。

(3)步長參數(shù)：對于變步長模式，用戶可以設(shè)置最大的和推薦

(5)Mode（固定步長模式選擇）。

(6)輸出選項：

Refineoutput：這個選項可以理解成精細(xì)輸出，其意義是在仿真輸出太稀松時，Simulink會產(chǎn)生額外的精細(xì)輸出，這一點(diǎn)就像插值處理一樣。用戶可以在refinefactor設(shè)置仿真時間步間插入輸出點(diǎn)數(shù)。產(chǎn)生更光滑的輸出曲線，改變精細(xì)因子比減小仿真步長更有效。精細(xì)輸出只能在變步長模式中才能使用，并且在ode45效果最好。

(5)Mode（固定步長模式選擇）。

(6)輸出選

Produceadditionaloutput：它允許用戶直接指定產(chǎn)生輸出的時間點(diǎn)。一旦選擇了該項，則在它的右邊出現(xiàn)一個outputtimes編輯框，在這里用戶指定額外的仿真輸出點(diǎn)，它既可以是一個時間向量，也可以是表達(dá)式。與精細(xì)因子相比，這個選項會改變仿真的步長。

Producespecifiedoutputonly：它的意思是讓Simulink只在指定的時間點(diǎn)上產(chǎn)生輸出。為此解法器要調(diào)整仿真步長以使之和指定的時間點(diǎn)重合。這個選項在比較不同的仿真時可以確保它們在相同的時間輸出。

Produceadditionaloutput：它允許用

2）WorkspaceI/O頁

此頁主要用來設(shè)置Simulink與MATLAB工作空間交換數(shù)值的有關(guān)選項。

(1)Loadfromworkspace：選中前面的復(fù)選框即可從MATLAB工作空間獲取時間和輸入變量，一般時間變量定義為t，輸入變量定義為u。Initialstate用來定義從MATLAB工作空間獲得的狀態(tài)初始值的變量名。

2）WorkspaceI/O頁

此頁主要用來設(shè)置S

(2)Savetoworkspace：用來設(shè)置存往MATLAB工作空間的變量類型和變量名，選中變量類型前的復(fù)選框使相應(yīng)的變量有效。一般存往工作空間的變量包括輸出時間向量（Time）、狀態(tài)向量（States）和輸出變量（Output）。Finalstate用來定義將系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)值存往工作空間所使用的變量名。

(2)Savetoworkspace：用來設(shè)置存往MAT

(3)Saveoption：用來設(shè)置存往工作空間的有關(guān)選項。Limitrowstolast用來設(shè)定Simulink仿真結(jié)果最終可存往MATLAB工作空間的變量的規(guī)模(對于向量而言就是其維數(shù)，對于矩陣而言就是其秩)；Decimation設(shè)定了一個亞采樣因子，它的缺省值為1，也就是對每一個仿真時間點(diǎn)產(chǎn)生值都保存，而若為2，則是每隔一個仿真時刻才保存一個值。Format用來說明返回數(shù)據(jù)的格式，包括矩陣(Matrix)、結(jié)構(gòu)(Struct)及帶時間的結(jié)構(gòu)(Structwithtime)。

(3)Saveoption：用來設(shè)置存往工作空間的有關(guān)選

3）Diagnostics頁

此頁分成兩個部分：仿真選項和配置選項。配置選項下的列表框主要列舉了一些常見的事件類型，以及當(dāng)Simulink檢查到這些事件時給予的處理。仿真選項options主要包括是否進(jìn)行一致性檢驗、是否禁用過零檢測、是否禁止復(fù)用緩存、是否進(jìn)行不同版本的Simulink的檢驗等幾項。

3）Diagnostics頁

此頁分成兩個部分：仿除了上述3個主要的頁外，仿真參數(shù)設(shè)置窗口還包括realtimeworkshop頁，主要用于與C語言編輯器的交換，通過它可以直接從

Simulink模型生成代碼并且自動建立可以在不同環(huán)境下運(yùn)行的程序，這些環(huán)境包括實(shí)時系統(tǒng)和單機(jī)仿真。

除了上述3個主要的頁外，仿真參數(shù)設(shè)置窗口還包括realt2.3.3

Simulink仿真舉例

1、利用SIMULINK進(jìn)行時域系統(tǒng)分析（shiyufx.mdl)

【例2.10】演示“示波”模塊的向量顯示能力(如圖2－14所示)。

圖2－14示波器顯示向量波形2.3.3Simulink仿真舉例

1、利用SIMULIN

【例2.11】演示“求和”模塊的向量處理能力：輸入擴(kuò)展(如圖2－15所示)。

圖2－15輸入的標(biāo)量擴(kuò)展

【例2.11】演示“求和”模塊的向量處理能力：輸入擴(kuò)展

【例2.12】演示“增益”模塊的向量處理能力：參數(shù)擴(kuò)展(如圖2－16所示)。

圖2－16模塊參數(shù)的標(biāo)量擴(kuò)展【例2.12】演示“增益”模塊的向量處理能力：參數(shù)擴(kuò)展

【例2.13】（1）編寫一個產(chǎn)生信號矩陣的M函數(shù)文件。

functionTU=source925-1(T0,N0,K)

t=linspace(0,K*T0,K*N0+1)；

N=length(t)；

u1=t(1:(N0+1)).^2；

u2=(t((N0+2):(2*N0+1))-2*T0).^2；

u3(1:(N-(2*N0+2)+1))=0；

u=［u1,u2,u3］；

TU=［t′,u′］；

【例2.13】（1）編寫一個產(chǎn)生信號矩陣的M函數(shù)文件。（2）構(gòu)造簡單的接收信號用的實(shí)驗?zāi)Ｐ?如圖2－17所示)。

圖2－17接收信號用的實(shí)驗?zāi)Ｐ?/p>

（2）構(gòu)造簡單的接收信號用的實(shí)驗?zāi)Ｐ?如圖2－17所示)。

【例2.14】假設(shè)從實(shí)際自然界（力學(xué)、電學(xué)、生態(tài)等）或社會中，抽象出有初始狀態(tài)為0的二階微分方程

x″+0.2x′+0.4x=0.2u(t)，u(t)是單位階躍函數(shù)。本例演示如何用積分器直接構(gòu)建求解該微分方程的模型。

（1）改寫微分方程。

（2）利用Simulink庫中的標(biāo)準(zhǔn)模塊構(gòu)建模型(如圖2－18所示)。【例2.14】假設(shè)從實(shí)際自然界（力學(xué)、電學(xué)、生態(tài)等）或圖2－18求解微分方程的Simulink模型

圖2－18求解微分方程的Simulink模型

【例2.15】直接利用傳遞函數(shù)模塊求解方程。構(gòu)造如圖2.18所示的模型(如圖2－19所示),觀察系統(tǒng)的輸出。

圖2－19由傳遞函數(shù)模塊構(gòu)成的仿真模型【例2.15】直接利用傳遞函數(shù)模塊求解方程。構(gòu)造如圖2

練習(xí)題

1．已知A=1:9,試分別確定B=～(A>5),C=(A>3)&(A<7)的值。

2．輸入一個字符，若為大寫字母，則輸出其后繼字符，若為小寫字母，則輸出其前導(dǎo)字符，若為其他字符則原樣輸出。試?yán)肕ATLAB語言編寫相關(guān)程序。

練習(xí)題

1．已知A=1:9,試分別確定B

3．編程實(shí)現(xiàn)如下關(guān)系:y=a*x

3．編程實(shí)現(xiàn)如下關(guān)系:y=a*x

4．在一個圖形窗口中同時繪制正弦、余弦、正切、余切曲線，試編寫相應(yīng)的程序。

5．已知矩陣A=［123；456；789；987］，試分別用triu(A)、triu(A,1)和triu(A,-1)從矩陣A提取相應(yīng)的上