仿真SIMULINK子系統(tǒng)及封裝

主講教師:姜萍MATLAB與系統(tǒng)仿真第六章

目前一頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)6.2模塊化與封裝（建立子系統(tǒng)）一、模塊化

當(dāng)模型很大很復(fù)雜時，可將一些模塊組合成一個子系統(tǒng)，可簡化仿真模型，便于系統(tǒng)的設(shè)計與分析。建立子系統(tǒng)可有兩種形式：①組合已經(jīng)存在的模塊：用鼠標(biāo)選中需組合的模塊，EditCreateSubsystems;②把Ports&Subsystems中的Subsystems模塊加入到模型中，雙擊打開子系統(tǒng)編輯窗口，添加模塊。 這時，經(jīng)模塊化后，雙擊子系統(tǒng)仍可看到內(nèi)部模塊。要修改參數(shù)，需要逐個打開各模塊來設(shè)置，比較麻煩。如要有一個子系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置對話框代替多個對話框，就要采用封裝技術(shù)。目錄前頁后頁目前二頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)組合已經(jīng)存在的模塊目前三頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)把Subsystems模塊加入到模型中，再添加模塊目前四頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)二、封裝

先看SimulinkExtra中的PID模塊，內(nèi)部也是多個模塊組成的子系統(tǒng)，但不需要逐個打開各模塊來修改參數(shù)，而有一個子系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置對話框（自己創(chuàng)建）代替多個對話框，設(shè)置一些關(guān)鍵參數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：用戶與模塊內(nèi)部的復(fù)雜性隔絕；提供一個描述性的、友好的用戶接口；保護(hù)模塊的內(nèi)容免受無意識的干擾。利用Simulink的封裝功能，就可以子定義做出一個模塊的對話框和圖標(biāo)。目錄前頁后頁目前五頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)目前六頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)封裝過程：①用以上兩種方式模塊化方法創(chuàng)建子系統(tǒng)，需在各模塊上給封裝后需賦值的參數(shù)指定變量名（字母）；②選中子系統(tǒng)，然后選擇EditMaskSubsystems；③使用封裝編輯器設(shè)計圖標(biāo)、對話框、文本。有四個標(biāo)簽頁：Icon模塊名字和外觀Parameters輸入?yún)?shù)Initialization參數(shù)初始化Documentation模塊文字說明 完成封裝后，再雙擊模塊，就出現(xiàn)新的封裝對話框，而非子系統(tǒng)內(nèi)部模塊。若要解除封裝，在EditMask中用Unmask即可。mypid1.mdl目錄前頁后頁目前七頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)PID調(diào)節(jié)器目前八頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)標(biāo)簽頁(1)Icon模塊名字和外觀目錄前頁后頁目前九頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)目前十頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)目前十一頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)標(biāo)簽頁(2)Parameters輸入?yún)?shù)目錄前頁后頁目前十二頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)目前十三頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)目前十四頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)標(biāo)簽頁(3)Initialization參數(shù)初始化目錄前頁后頁目前十五頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)標(biāo)簽頁(4)Documentation模塊文字說明目錄前頁后頁目前十六頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)目前十七頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)一、仿真模型的參數(shù)化 在Simulink環(huán)境下，仿真模型的參數(shù)可以是實際數(shù)值，也可以是字母表示的變量名。字母表示的仿真模型參數(shù)可以在Workspace工作空間中賦值，也可在M文件中賦值，然后進(jìn)行模型的運(yùn)行。

目錄前頁后頁6.3復(fù)雜系統(tǒng)的綜合仿真目前十八頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)例如某系統(tǒng)結(jié)構(gòu)固定，參數(shù)較多，根據(jù)不同實際情況有多套參數(shù)。目前十九頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)二、從命令行運(yùn)行Simulink仿真模型 前面都是在Simulink環(huán)境下，用菜單命令運(yùn)行仿真模型，從命令行運(yùn)行模型的方式可使用戶在M文件中運(yùn)行仿真，可允許用戶改變仿真模型的參數(shù)，也可在M文件中控制模型的運(yùn)行。[t,x,y]=sim(model,timespan,options,ut)

t——返回仿真的時間向量

x——返回仿真的狀態(tài)矩陣

y——返回仿真的輸出矩陣

目錄前頁后頁目前二十頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)

[t,x,y]=sim(model,timespan,options,ut)

model——仿真模型名稱

timespan——仿真的起始和終止時間兩種：1、tFinal終止時間，起始時間為02、[tStarttFinal]起始和結(jié)束時間

options——指定可選的仿真參數(shù)，由simset建立

ut——可選的對頂層輸入端口模塊的外部輸入

其中，只有model是必需的參數(shù)。

目錄前頁后頁目前二十一頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)

simset指定仿真參數(shù)必須用于sim命令中，主要包括：AbsTol：默認(rèn)值為1e-6，設(shè)定絕對誤差范圍。Decimation：默認(rèn)值為1，決定隔多少個點(diǎn)返回狀態(tài)和輸出值。Solver：解法器的選擇。MaxRows：默認(rèn)0，表示不限制。若為大于零的值，表示限制輸出和狀態(tài)的規(guī)模，使其最大行數(shù)等于該數(shù)值。InitialState：一個向量值，用于設(shè)定初始狀態(tài)。FixedStep：正數(shù)表示步長的大小，僅用于固定步長。MaxStep：默認(rèn)auto，變步長模式中最大的步階大小。Simget(‘模型文件名’）得到該模型的仿真參數(shù)：get_param獲取仿真模型或仿真模塊的參數(shù)set_param設(shè)置仿真模型或仿真模塊的參數(shù)目錄前頁后頁目前二十二頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)三、與M

函數(shù)的組合仿真如果仿真模型中用到的復(fù)雜環(huán)節(jié)具有特殊結(jié)構(gòu)和特殊運(yùn)算，在Simulink提供的現(xiàn)成的模塊庫中找不到，用戶可以自行編制Ｍ函數(shù)，再連接到Simulink搭建的仿真模型中。 在Simulink模塊庫User-DefinedFunctions中選擇MATLABFcn加入搭建的仿真模型中，雙擊模塊打開Ｍ函數(shù)對話框，鍵入要連接的Ｍ函數(shù)文件名，模型運(yùn)行時就會調(diào)用該Ｍ函數(shù)文件。例題：將實驗四函數(shù)文件中的非線性飽和函數(shù)加入simulink的模型中。目前二十三頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)目前二十四頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)目前二十五頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)目前二十六頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)四、條件子系統(tǒng)前面的子系統(tǒng)，對于一定的輸入，子系統(tǒng)必定產(chǎn)生輸出。但有些情況下，只有滿足一定的條件子系統(tǒng)才執(zhí)行。即：子系統(tǒng)的執(zhí)行依賴于一個控制信號，由子系統(tǒng)單獨(dú)的控制端口輸入。由此，條件子系統(tǒng)執(zhí)行時，不僅依賴于子系統(tǒng)本身的輸入信號，還受到控制信號的約束。目錄前頁后頁1、使能子系統(tǒng)(EnableSubsystem)

使能子系統(tǒng)除原有的輸入、輸出外，還有一個控制系統(tǒng)的激活端口，只有當(dāng)控制信號為正，子系統(tǒng)被激活，使能子系統(tǒng)才執(zhí)行?？刂菩盘柨蔀闃?biāo)量或向量，標(biāo)量的信號值大于0是子系統(tǒng)被激活；向量的任一個元素大于0，就能激活。

使能子系統(tǒng)模塊位于Ports&Subsystems

使能子系統(tǒng)模塊中，打開Enable模塊對話框，可以設(shè)置其狀態(tài)時保持還是重置、是否輸出激活控制信號等。目前二十七頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)使能子系統(tǒng)Enable模塊目前二十八頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)目錄前頁后頁Enable模塊對話框

Stateswhenenabling:

held表示使能子系統(tǒng)開始執(zhí)行時，系統(tǒng)中的狀態(tài)保持不變。

Stateswhenenabling:

reset表示使能子系統(tǒng)開始執(zhí)行時，系統(tǒng)中的狀態(tài)重新被設(shè)置為初始參數(shù)值。

Showoutputport選擇是否輸出激活控制信號目前二十九頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)例：利用使能子系統(tǒng)將幅值為4的正弦交流信號轉(zhuǎn)換為同幅

值的直流信號目前三十頁\總數(shù)三十四頁\編于十八點(diǎn)目錄前頁后頁2、觸發(fā)子系統(tǒng)(TriggeredSubsystem)

觸發(fā)子系統(tǒng)除原有的輸入、輸出外，也有一個控制系統(tǒng)的激活端口，根據(jù)觸發(fā)模塊的四種觸發(fā)事件進(jìn)行選擇，使觸發(fā)子系統(tǒng)執(zhí)行。觸發(fā)子系統(tǒng)模塊位于Ports&Subsystems

觸發(fā)子系統(tǒng)模塊中，打開Trigger模塊對話框，可以選擇觸發(fā)事件。1)rising上升沿觸發(fā)控制信號出現(xiàn)上升沿時開始執(zhí)行2)Falling下降沿觸發(fā)控制信號出現(xiàn)下降沿時開始執(zhí)行3)either邊沿觸發(fā)控制信號出現(xiàn)任何過零時開始執(zhí)