第10章-Simulink仿真環(huán)境課件

10.1演示一個Simulink的簡單程序

10.2Simulink的文件操作和模型窗口

10.3模型的創(chuàng)建

10.4Simulink的基本模塊

10.5復雜系統(tǒng)的仿真與分析

10.6子系統(tǒng)與封裝

第10章

Simulink仿真環(huán)境

10.1演示一個Simulink的簡單程序【例10.1】創(chuàng)建一個正弦信號的仿真模型。(1)打開Simulink模塊庫瀏覽器(SimulinkLibraryBrowser)窗口。(2)新建一個空白模型窗口。(3)打開Simulink下的Source子模塊庫。(4)用鼠標將“SineWave”(正弦信號)

拖放到空白窗口。(5)將接收模塊庫“Sinks”的“Scope”模塊(示波器)拖放到窗口。(6)

完成兩個模塊間的信號線連接。(7)

開始仿真。(8)

保存模型。10.2Simulink文件操作和模型窗口

10.2.1

Simulink的文件操作Simulink模型的文件為MDL模型文件，其擴展名為“.mdl”，是以ASCⅡ碼形式存儲的。1.新建文件(3個窗口可新建，菜單/工具欄方式均可)2.打開文件(同上)10.2.2Simulink的模型窗口模型窗口由菜單、工具欄、模型瀏覽器窗口、模型框圖窗口以及狀態(tài)欄組成。雙窗口模型窗口10.3模型的創(chuàng)建

10.3.1模塊的操作1.對象的選定選定單個/多個/所有對象(“Edit”“Selectall”)選定多個對象:按下Shift鍵/用鼠標拉出矩形虛線框2.模塊的復制(1)不同模型窗口(包括模型庫窗口)之間的模塊復制選定模塊，用鼠標將其拖到另一模型窗口。(2)在同一模型窗口內(nèi)的復制模塊選定模塊，按下鼠標右鍵，拖動模塊到合適的地方，釋放鼠標。選定模塊，按住Ctrl鍵，再用鼠標拖動對象到合適的地方，釋放鼠標。復制的模塊繼承源模塊所有的參數(shù)值，同一窗口中模塊名后加數(shù)字區(qū)分，不同窗口中完全同名3.模塊的移動當模塊移動時，與之相連的連線也隨之移動。4.模塊的刪除按Delete鍵或者工具欄的“Cut”按鈕。5.改變模塊大小6.模塊的翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)模塊:選擇菜單“Format”“FlipBlock”旋轉(zhuǎn)模塊:選擇菜單“Format”“RotateBlock”7.模塊名的編輯10.3.2信號線的操作1.模塊間連線2.信號線的分支和折線(1)分支的產(chǎn)生將光標指向信號線的分支點上，按鼠標右鍵，光標變?yōu)槭址?，拖動鼠標直到分支線的終點，釋放鼠標；或者按住Ctrl鍵，同時按下鼠標左鍵拖動鼠標到分支線的終點(2)信號線的折線選中已存在的信號線，將光標指向折點處，按住Shift鍵，同時按下鼠標左鍵，當光標變成小圓圈時，用鼠標拖動小圓圈將折點拉至合適處，釋放鼠標3.信號線文本注釋(label)添加/修改/移動/復制文本注釋雙擊需要添加文本注釋的信號線，則出現(xiàn)一個空的文字填寫框，在其中輸入文本。單擊需要復制的文本注釋，按下Ctrl鍵同時移動文本注釋4.在信號線中插入模塊如果模塊只有一個輸入端口和一個輸出端口，則該模塊可以直接被插入到一條信號線中。10.3.3給模型添加文本注釋(1)添加模型的文本注釋在需要當作注釋區(qū)的中心位置，雙擊鼠標左鍵，就會出現(xiàn)編輯框，在編輯框中就可以輸入文字注釋。(2)注釋的移動在注釋文字處單擊鼠標左鍵，當出現(xiàn)文本編輯框后，用鼠標就可以拖動該文本編輯框。10.4Simulink的基本模塊Simulink模型通常由三部分組成：輸入信號源(Source)、系統(tǒng)(System)以及接收模塊(Sink)

。輸入信號源系統(tǒng)接收模塊10.4.1基本模塊

1.輸入信號源模塊庫(Sources)

用來向模型提供輸入信號，沒有輸入口，至少有一個輸出口。主要有：Constant、Step、Ramp、SineWave、SignalGenerator、FromFile、FromWorkspace、Clock、In等。2.接收模塊庫(Sinks)接收模塊是用來接收模塊信號的。主要有：Scope、Display、XYGraph、ToFile、ToWorkspace、StopSimulation、Out。3.連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(Continuous)連續(xù)系統(tǒng)模塊是構(gòu)成連續(xù)系統(tǒng)的環(huán)節(jié)。主要有：Integrator、Derivative、State-Space、TransferFcn、Zero-Pole、TransportDelay。10.4.2常用模塊的參數(shù)和屬性設置1.模塊參數(shù)設置打開參數(shù)設置對話框可以通過雙擊模塊或用鼠標右鍵打開快捷菜單，選擇“BlockParameters”菜單項。

(1)正弦信號源(SineWave)圖的上部分為參數(shù)說明，仔細閱讀可以幫助用戶設置參數(shù)。Sinetype為正弦類型，包括Time-based和Sample-based；Amplitude為正弦幅值；Bias為幅值偏移值；Frequency為正弦頻率；Phrase為初始相角；Sampletime為采樣時間。(2)階躍信號源(Step)Steptime為階躍信號的變化時刻，initialvalue為初始值，F(xiàn)inalvalue為終止值，Sampletime為采樣時間。(3)從工作空間獲取數(shù)據(jù)(Fromworkspace)【例10.2】在工作空間計算變量t和y，將其運算的結(jié)果作為系統(tǒng)的輸入。>>t=0:0.1:10;>>y=sin(t);>>t=t';>>y=y';“Data”的輸入有幾種，可以是矩陣、包含時間數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)數(shù)組。“FromWorkspace”模塊的接收模塊必須有輸入端口，“Data”矩陣的列數(shù)應等于輸入端口的個數(shù)+1，第一列自動當成時間向量，后面幾列依次對應各端口。(4)從文件獲取數(shù)據(jù)(Fromfile)>>t=0:0.1:2*pi;>>y=sin(t);>>y1=[t;y];>>saveEx1002y1%保存在“Ex1002.mat”文件中(5)傳遞函數(shù)(Transferfunction)(6)示波器(Scope)打開參數(shù)對話框縱坐標的自動刻度X-Y坐標變焦X坐標變焦把當前的坐標設置保存浮動示波器恢復保存過的坐標設置Y坐標變焦示波器的參數(shù)設置：示波器的Y坐標設置示波器的參數(shù)設置

示波器2個輸入端口及顯示的信號波形2.模塊屬性設置每個模塊的屬性對話框的內(nèi)容都相同。

(1)“General”選項卡：①說明(Description)對模塊在模型中用法的注釋。②優(yōu)先級(Priority)規(guī)定該模塊在模型中相對于其它模塊執(zhí)行的優(yōu)先順序。③標記(Tag)用戶為模塊添加的文本格式標記。(2)屬性格式字符串(BlockAnnotation)指定在該模塊的圖標下顯示模塊的哪個參數(shù)和格式。屬性格式字符串由字符串和嵌入式參數(shù)名組成。(3)調(diào)用函數(shù)(Callbacks)當用戶雙擊該模塊時調(diào)用的MATLAB函數(shù)。10.5復雜系統(tǒng)的仿真與分析

10.5.1仿真的設置Simulink的模型實際上是定義了仿真系統(tǒng)的微分或差分方程組，而仿真則是用數(shù)值解算法來求解方程。在模型窗口選擇菜單“Simulation”——“Configurationparameters…”

。1.Solver頁的參數(shù)設置(1)仿真的起始和結(jié)束時間(2)仿真步長“Variable-step”(變步長)表示仿真步長是變化的，“Fixed-step”(定步長)表示固定步長。(3)仿真解法(4)輸出模式2.DataI/O(數(shù)據(jù)輸入/輸出)頁的設置10.5.2連續(xù)系統(tǒng)仿真【例10.3】建立二階系統(tǒng)的仿真模型。(1)在模塊庫中選擇模塊

(2)用信號線連接各模塊(3)設置模塊參數(shù)(4)添加信號線文本注釋(5)仿真并分析10.5.3離散系統(tǒng)仿真【例10.4】控制部分為離散環(huán)節(jié)，被控對象為兩個連續(xù)環(huán)節(jié)，其中一個有反饋環(huán)，反饋環(huán)引入了零階保持器，輸入為階躍信號。10.5.4仿真結(jié)構(gòu)參數(shù)化當系統(tǒng)參數(shù)需要經(jīng)常改變或由函數(shù)得出時，可以使用變量來作為模塊的參數(shù)，變量的賦值通過MATLAB的工作空間或M文件等。例如，二階系統(tǒng)的時域響應實驗。10.6子系統(tǒng)與封裝

10.6.1建立子系統(tǒng)1.在已建立的模型中新建子系統(tǒng)(1)先新建一個模型。(2)用鼠標拖一個虛線框?qū)⑿枰⒆酉到y(tǒng)的部分框起來，然后選擇菜單“Edit”——“Createsubsystem”。(3)更改子系統(tǒng)名。(4)重命名輸入輸出端口名稱。2.在已有的子系統(tǒng)基礎上建立(1)將已有的子系統(tǒng)復制到新窗口；(2)雙擊打開子系統(tǒng)模型窗口，重新放置模塊，建立連接和輸入輸出端口；(3)將子系統(tǒng)與其它模塊連接。(4)修改子系統(tǒng)名和其它參數(shù)。10.6.2條件執(zhí)行子系統(tǒng)1.使能子系統(tǒng)(EnabledSubsystem)當控制信號從負數(shù)朝正數(shù)變化當大于零時執(zhí)行，而當控制信號變?yōu)樨摂?shù)時停止執(zhí)行。

在“Ports&Subsystems”子模塊庫中?！纠?0.8】建立一個用使能子系統(tǒng)控制正弦信號為半波整流信號的模型。2.觸發(fā)子系統(tǒng)(TriggeredSubsystem)觸發(fā)子系統(tǒng)是指當觸發(fā)事件發(fā)生時開始執(zhí)行的子系統(tǒng)?！纠?0.9】建立一個用觸發(fā)子系統(tǒng)控制正弦信號輸出階梯波形的模型。10.6.3子系統(tǒng)的封裝1.封裝子系統(tǒng)的步驟(1)選中子系統(tǒng)雙擊打開，給需要進行賦值的參數(shù)指定一個變量名；(2)選擇菜單“Edit”——“Masksubsystem”，出現(xiàn)封裝對話框；(3)在封裝對話框中的設置參數(shù)，主要有“Icon”、“Parameters”、“Initialization”和“Documentation”四個選項卡。2.Icon選項卡

用于設定封裝模塊的名字和外觀。3.Parameters選項卡用于輸入變量名稱和相應的提示。Prompt：輸入變量的含義。Variable：輸入變量的名稱。type：給用戶提供設計編輯區(qū)的選擇?！癊dit”提供一個編輯框；“Checkbox”提供一個復選框；“Popup”提供一個彈出式菜單。Evaluate：用于配合“type”的不同選項提供不同的變量值，有兩個選項“Evaluate”和“Literal”。【例10.10】創(chuàng)建一個二階系統(tǒng)，并將子系統(tǒng)進行封裝。(1)創(chuàng)建模型(2)用虛線框框住反饋環(huán)，選擇菜單“Edit”——“CreateSubsystem”。(3)封裝子系統(tǒng)，選擇菜單“Edit”——“Masksubsystem”出現(xiàn)封裝對話框。設置Icon選項卡:disp('二階系統(tǒng)')plot([012310],-exp(-[012310]))在Parameters選項卡中，單擊“Add”按鈕添加兩個輸入?yún)?shù):設置“Prompt”分別為“阻尼系數(shù)”和“無阻尼振蕩頻率”，對應的“Variable”為“zeta”和“wn”,并設置“type”欄為“edit”。在Initialization選項卡初始化輸入?yún)?shù)：

zeta=0.707wn=1雙擊該子系統(tǒng)出現(xiàn)輸入?yún)?shù)對話框。在對話框中輸入“阻尼系數(shù)”zeta和“無阻尼振蕩頻率”wn的值。10.7用MATLAB命令創(chuàng)建和運行Simulink模型10.7.1用MATLAB命令創(chuàng)建Simulink模型1.Simulink模型與文件new_system(‘newmodel’,option)%創(chuàng)建新模型open_system(‘model’) %打開模型2.添加模塊和信號線使用add_block命令添加新模塊：add_block(’源模塊名’，’目標模塊名’,’屬性名1’,屬性值1，’屬性名2’,屬性值2,…)添加信號線使用add_line命令：add_line(