計算機仿真技術(shù)與CAD-基于MATLAB的電氣工程（第2版） 課件 第6章Simulink動態(tài)仿真集成環(huán)境

1第6章Simulink動態(tài)

仿真集成環(huán)境

本章內(nèi)容(1)

注意區(qū)分書中Simulink庫瀏覽窗口與Simulink模塊庫的區(qū)別；(2)

熟悉Simulink模塊庫和Simulink附加模塊庫中常用標準模塊的功能及其應(yīng)用；(3)

利用Simulink標準模塊在用戶模型窗口中建立控制系統(tǒng)仿真模型；(4)

熟悉利用Simulink進行系統(tǒng)仿真的兩種仿真方法：菜單法和行命令法；(5)

仿真算法和參數(shù)以及常用標準模塊參數(shù)的設(shè)置；(6)

仿真結(jié)果的三種處理方法，并注意輸出接口模塊(Out1)和將數(shù)據(jù)輸出到工作空間模塊(ToWorkspace)的不同用法及其利用它們輸出信號時的仿真參數(shù)的設(shè)置；(7)

利用MATLAB求解非線性系統(tǒng)的線性化模型；(8)

熟悉子系統(tǒng)的兩種建立方法：菜單法和模塊法，以及條件子系統(tǒng)的應(yīng)用(9)

模型封裝模板編輯器的參數(shù)設(shè)置及系統(tǒng)模型的封裝步驟。2Simulink為用戶提供了一個圖形化的用戶界面（GUI）。對于用方框圖所表示的系統(tǒng)，通過Simulink圖形界面，利用鼠標點擊和拖拉方式，建立系統(tǒng)模型就像用鉛筆在紙上繪制系統(tǒng)的模型圖一樣簡單，它與用微分方程和差分方程建模的傳統(tǒng)仿真軟件包相比，具有更直觀、更方便、更靈活的優(yōu)點。它不但實現(xiàn)了可視化的動態(tài)仿真，也實現(xiàn)了與MATLAB、C或者FORTRAN甚至和硬件之間的數(shù)據(jù)傳遞，大大地擴展了它的功能。3Simulink是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包。它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，同時它也支持具有不同部分擁有不同采樣率的多種采樣速度的系統(tǒng)仿真。6.1Simulink簡介46.1.1Simulink的啟動要啟動Simulink必須先啟動MATLAB。在MATLAB中，有三種方法啟動Simulink：

(1)在MATLAB操作界面的命令窗口中，直接鍵入simulink命令；

(2)在MATLAB6.x/7.x操作界面的工具欄中，單擊Simulink的快捷啟動按鈕“”；或在MATLAB8.x/9.x操作界面的主頁（HOME）中，單擊Simulink的快捷啟動按鈕“”或“”；

(3)在MATLAB6.x/7.x操作界面的左下角“Start”菜單中，單擊“Simulink”子菜單中的“LibraryBrowser”選項。5

利用MATLAB6.x/7.x/8.x啟動Simulink后，啟動Simulink后，便可顯示如圖6-1所示的Simulink庫瀏覽窗口（SimulinkLibraryBrowser）。圖6-1Simulink模塊庫瀏覽窗口

窗口左邊列出了該系統(tǒng)中所有安裝的一個樹狀結(jié)構(gòu)的仿真模塊集或工具箱，同時右邊顯示當(dāng)前左邊所選仿真模塊集或工具箱中所包含的標準模塊庫。6

但利用MATLAB9.x啟動Simulink后，首先出現(xiàn)如圖6-2所示SimulinkStartPage窗口。圖6-2MATLAB9.x的SimulinkStartPage頁面7

單擊圖6-2所示窗口中New頁面下Simulink選項里的BlankModel或BlankLibrary后，得到如圖6-3所示的Simulink空白模型窗口。再單擊空白模型窗口中的快捷按鈕“

”，便可顯示類似圖6-1所示的Simulink庫瀏覽窗口（SimulinkLibraryBrowser）。

(a)較低版本(b)較高版本圖6-3MATLAB9.x的Simulink空白模型窗口8MATLAB6.x/7.x/8.x中的Simulink庫瀏覽窗口由功能菜單、工具欄和模塊集或工具箱三大部分組成。但MATLAB9.x中的Simulink庫瀏覽窗口僅由工具欄和模塊集或工具箱兩大部分組成。創(chuàng)建系統(tǒng)模型時，將從這些仿真模塊集或工具箱中利用鼠標復(fù)制標準模塊到用戶模型編輯窗口中。

9

盡管MATLAB最新版本的Simulink庫內(nèi)容有所增加，但對于本課程涉及的內(nèi)容沒有太大影響，再加上最新版本安裝程序大、啟動和運行速度較慢。故本書以下仍以目前流行的經(jīng)典版本MATLAB7.5(R2007b)中的Simulink庫為基礎(chǔ)來進行敘述。106.1.2Simulink庫瀏覽窗口的功能菜單為了充分利用仿真模塊庫(集)中的標準模塊對控制系統(tǒng)進行有效的動態(tài)仿真，在MATLAB6.x/7.x/8.x的Simulink庫瀏覽窗口中設(shè)計了以下各個功能菜單。*File文件操作菜單

New新建用戶模型編輯窗口/模塊庫窗口

Open打開用戶模型編輯窗口

Close關(guān)閉用戶模型編輯窗口

Preferences參數(shù)選擇*Edit編輯菜單

Addtothecurrentmodel增加到當(dāng)前用戶模型編輯窗口中

Findblock查找模塊

Findnewblock查找新模塊11*View查看菜單

Toolbar顯示/關(guān)閉工具條開關(guān)

Statusbar顯示/關(guān)閉狀態(tài)條開關(guān)

Description顯示/關(guān)閉描述窗口開關(guān)

Stayontop位于上層

Collapseentirebrowser壓縮整個樹狀結(jié)構(gòu)

Expandentirebrowser展開整個樹狀結(jié)構(gòu)

Largeicons大圖標

Smallicons小圖標

Showparametersforselectedblock顯示所選模塊參數(shù)*Help幫助菜單12

但在MATLAB9.x的Simulink庫瀏覽窗口中取消了以上各個功能菜單，而在其模塊集、標準模塊庫和用戶模型窗口中增加了很多功能菜單（如Display、Diagram和Analysis等）、快捷按鈕（如

等）和頁面（如SIMULATION、DEBUG、MODELING、FORMAT、APPS/APP）。

Simulink庫瀏覽窗口工具欄中的四個按鈕“

”或“”分別用來快捷創(chuàng)建一個新用戶模型編輯窗口(Createanewmodel)、打開一個模型(Openamodel)、位于上層(StayonTop)和查找模塊(FindBlock)。136.1.3仿真模塊庫（集）

在Simulink庫瀏覽窗口中，包含了由眾多領(lǐng)域著名專家與學(xué)者以MATLAB為基礎(chǔ)開發(fā)的大量實用模塊集或工具箱，本書限于篇幅，僅介紹與動態(tài)仿真Simulink有關(guān)的幾種模塊集。1.Simulink模塊集（Simulink）在Simulink庫瀏覽窗口的Simulink節(jié)點上，通過單擊鼠標右鍵后，便可打開如圖6-4所示的Simulink模塊集窗口14

Simulink模塊庫由標題、功能菜單和標準模塊庫三部分組成。

圖6-415(1)信號源模塊庫(Sources)Sources庫中所包含的各個標準模塊及其功能如圖6-5和表6-1所示。1)Simulink的標準模塊庫16(2)接收模塊庫(Sinks)Sinks庫中所包含的各個標準模塊及其功能如圖6-6和表6-2所示。17(3)連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(Continuous)Continuous庫中所包含的各個標準模塊及其功能如圖6-7和表6-3所示。18(4)離散系統(tǒng)模塊庫（Discrete）Discrete庫中所包含的各個標準模塊及其功能如圖6-8和表6-4所示。19(5)非連續(xù)系統(tǒng)模塊庫（Discontinuities）

Discontinuities庫中所包含的各個標準模塊及其功能如圖6-9和表6-5所示。20(6)信號路由模塊庫(SignalRouting)SignalRouting庫中所包含的各個標準模塊及其功能如圖6-10和表6-6所示。21(7)信號屬性模塊庫(SignalAttributes)SignalAttributes庫中所包含的各個標準模塊及其功能如圖6-11和表6-7所示。22(8)數(shù)學(xué)運算模塊庫(MathOperations)MathOperations庫中所包含的各個標準模塊及其功能如圖6-12和表6-8所示。23(9)邏輯和位操作模塊庫(LogicandBitOperations)LogicandBitOperations庫中所包含的各個標準模塊及其功能如圖6-13和表6-9所示。24(10)查表模塊庫(LookupTables)LookupTables庫中所包含的各個標準模塊及其功能如圖6-14和表6-10所示。25(11)用戶自定義函數(shù)模塊庫(User-DefinedFunctions)User-DefinedFunctions庫中所包含的各個標準模塊及其功能如圖6-15和表6-11所示。26(12)模型檢測模塊庫(ModelVerification)ModelVerification庫中所包含的各個標準模塊及其功能如圖6-16和表6-12所示。27(13)端口與子系統(tǒng)模塊庫(Ports&Subsystems)Ports&Subsystems庫中所包含的各個標準模塊及其功能如圖6-17和表6-13所示。28(14)模型擴展功能模塊庫(Model-WideUtilities)Model-WideUtilities庫中所包含的各個標準模塊及其功能如圖6-18和表6-14所示。29(15)模塊集和工具箱(Blocksets&Toolboxes)Blocksets&Toolboxes中所包含的模塊集和工具箱如圖6-19所示。30(16)常用模塊庫(CommonlyUsedBlocks)CommonlyUsedBlocks庫中所包含的各個標準模塊如圖6-20所示。31(17)附加數(shù)學(xué)與離散模塊庫(AdditionalMath&Discrete)在AdditionalMath&Discrete庫中包含了兩個標準模塊庫：附加數(shù)學(xué)庫（AdditionalMath）和附加離散庫（AdditionalDiscrete）。322)Simulink模塊集的功能菜單為了充分利用Simulink中的各個標準模塊對控制系統(tǒng)進行有效的動態(tài)仿真，Simulink模塊集中設(shè)計了以下各個功能菜單。

*File文件操作菜單

*Edit編輯菜單

*View查看菜單

*Help幫助菜單33*File文件操作菜單

New新建模型編輯窗口/模塊庫窗口

Open打開模型文件

Close關(guān)閉模型文件

Save保存模型文件

Saveas另存模型文件

Sourecontrol來源控制

Modelproperties模型屬性

Preferences參數(shù)選擇

Print打印

Printersetup打印設(shè)置

ExitMATLAB退出MATLAB34*Edit編輯菜單

Can’tundo不能撤消

Can’tredo不能重復(fù)

Cut剪切

Copy復(fù)制

Paste粘貼

Clear清除

SelectAll全部選定

Copymodeltoclipboard復(fù)制模型到剪切板

Find查找

Createsubsystem創(chuàng)建子系統(tǒng)

Masksubsystem封裝子系統(tǒng)

Lookundermask查看封裝子系統(tǒng)

Linkoptions連接選項

Unlocklibrary解鎖庫

Updatediagram更新圖標35*View查看菜單

Gotoparent轉(zhuǎn)到根

Toolbar顯示/關(guān)閉工具條開關(guān)

Statusbar顯示/關(guān)閉狀態(tài)條開關(guān)

Modelbrowseroptions模型瀏覽器選項

Blockdatatipsoptions模塊信息選項

Showlibrarybrowser顯示庫瀏覽器

Zoomin放大模塊視圖

Zoomout縮小模塊視圖

Fitsystemtoview將框圖縮放到正好符合窗口的大小

Normal顯示框圖的實際大小*Help幫助菜單36

關(guān)于某些菜單的進一步操作方法在后面的有關(guān)部分中將陸續(xù)詳細介紹。另外，當(dāng)在一個模型或模塊庫窗口上單擊鼠標右鍵時，也會顯示前后相關(guān)的菜單。菜單的內(nèi)容取決于是否選中模塊，如果選中模塊，菜單顯示的命令僅僅適用于所選模塊，否則，菜單顯示的命令作用于整個模型或模塊庫。372.Simulink附加模塊集（SimulinkExtras）在Simulink庫瀏覽窗口的SimulinkExtras節(jié)點上，通過單擊鼠標右鍵后，便可打開如圖6-23所示的SimulinkExtras模塊集窗口。38

在SimulinkExtras模塊集中附加了以下一些模塊庫，用鼠標的左鍵雙擊各個模塊庫的圖標，便可打開相應(yīng)的模塊庫，各模塊庫中所包含各個標準模塊的功能如下所示。*附加接收模塊庫(AdditionalSinks)*附加離散系統(tǒng)模塊庫(AdditionalDiscrete)*附加線性模塊庫(AdditionalLinear)PIDController--PID控制器模塊

PIDController(WithApproximateDerivative)--具有實際微分的PID控制器模塊*轉(zhuǎn)換庫(Transformations)*觸發(fā)器庫(FilpFlops)*線性化庫(Linearization)393.Simulink響應(yīng)優(yōu)化模塊集（SimulinkResponseOptimization）(MATLAB7.5)

在Simulink庫瀏覽窗口的SimulinkResponseOptimization節(jié)點上，通過單擊鼠標右鍵后，便可打開如圖6-24所示的SimulinkResponseOptimization模塊集窗口。404.電力系統(tǒng)模塊集（SimPowerSystems）

在Simulink庫瀏覽窗口的SimPowerSystems節(jié)點上，通過單擊鼠標右鍵后，便可打開如圖6-25所示的電力系統(tǒng)模塊集（SimPowerSystems）窗口。圖6-25SimPowerSystems窗口41

在SimPowerSystems中提供了電力傳輸和拖動控制中用到的各種元器件模型，它包含在以下7類模塊庫中，用鼠標的左鍵雙擊各個模塊庫的圖標，便可打開相應(yīng)的模塊庫，各模塊庫中所包含各個標準模塊的功能如下所示。42(1)電源模塊庫(ElectricalSources)

43(2)元件模塊庫(Elements)

44(3)電力電子模塊庫(PowerElectronics)

45(4)電機塊庫(Machines)

46(5)測量模塊庫(Measurements)

47(6)應(yīng)用模塊庫(ApplicationLibraries)

用鼠標的左鍵雙擊各個模塊庫的圖標，便可打開相應(yīng)的模塊庫，它們包含的標準模塊的符號、名稱及封裝形式分別如圖6-31的(a)、(b)和(c)所示。48

(a)電能驅(qū)動庫(b)交流輸電系統(tǒng)庫(c)分布式資源庫圖6-32ApplicationLibraries模塊庫中的子模塊庫49(7)附加模塊庫(ExtraLibrary)50(8)電力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置圖形用戶界面(Powergui)

電力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置圖形用戶分析界面（Powergui）模塊是一種用于電路和系統(tǒng)分析的圖形接口界面，如圖6-34所示。該窗口分為三大部分：第一部分是仿真類型(Simulationtype)：包括相量仿真(Phasorsimulation)、離散系統(tǒng)仿真(Discretizeelectricalmodel)和連續(xù)仿真(Continuous)三種類型。第二部分是選項(Options)：包括在分析過程中顯示消息(Showmessagesduringanalysis)和恢復(fù)被禁用的鏈接(Restoredisabledlinks?)，其中Restoredisabledlinks?下拉式菜單中的可選項有：yes，warning和no。51

第三部分是分析工具(Analysistools)：包括穩(wěn)態(tài)電壓和電流(Steady-VoltagesandCurrents)、初始狀態(tài)設(shè)置(InitialStatesSetting)、負載流和機器初始化(LoadFlowandMachineInitialization)、使用線性瀏覽器(UseLTIViewer)、阻抗與頻率測量(ImpedancevsFrequencyMeasurement)、快速傅里葉分析(FFTAnalysis)、生成報告(GenerateReport)、滯后的設(shè)計工具(HysteresisDesignTool)和計算可編程控制器的線路參數(shù)(ComputePLCLineParameters)等分析工具。用鼠標左鍵單擊各分析工具便可打開其對應(yīng)的參數(shù)設(shè)置與分析窗口。電力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置圖形用戶分析界面（Powergui）模塊的具體使用方法，將在第7～10中詳細介紹。526.2模型的構(gòu)造Simulink完全采用方框圖的“抓取”功能來構(gòu)造動態(tài)系統(tǒng)模型，系統(tǒng)的創(chuàng)建過程就是繪制方框圖的過程。在Simulink環(huán)境中方框圖的繪制完全依賴于鼠標操作。536.2.1模型編輯窗口若想新建一個控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，則首先應(yīng)該打開一個標題為“Untitled”的空白模型編輯窗口，如圖6-35所示。

圖6-3554創(chuàng)建一個新的模型編輯窗口有以下三種方法：1）在Simulink庫瀏覽窗口中，點擊工具條中的新建模型窗口按鈕

或

。2）在Simulink的標準模塊庫窗口中選擇菜單命令File|New|Model；3)在MATLAB6.x/7.x操作界面中，選擇菜單命令File

New

Model；或在MATLAB8.x操作界面的主頁(HOME)中，利用新建(New)菜單下的SimulinkModel命令；或在MATLAB9.x操作界面的主頁（HOME）中，首先利用Simulink快捷啟動按鈕“”或新建（New）菜單下的SimulinkModel命令，顯示如圖6-2所示的SimulinkStartPage窗口，然后單擊該窗口中New頁面下Simulink選項里的BlankModel。55利用MATLAB6.x/7.x/8.x打開的空白模型編輯窗口，如圖6-35所示；利用MATLAB9.x打開的空白模型編輯窗口，如圖6-3所示。模型編輯窗口由標題、功能菜單和用戶模型編輯區(qū)三部分組成。在模型編輯窗口中允許用戶對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖進行編輯、修改和仿真。對控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖的繪制必須在用戶模型編輯區(qū)中進行，結(jié)構(gòu)圖中所需的各種模塊，可直接從Simulink庫瀏覽窗口中的各模塊庫(集)中復(fù)制相應(yīng)的標準模塊得到。模型編輯窗口的標題實際上是擴展名為.mdl的模型文件名，它可利用菜單命令File|Saveas將其任意更名保存。56

為了方便用戶建模，模型編輯窗口中設(shè)計了以下多種功能菜單。

*File文件操作菜單參Simulink模塊庫中功能菜單的File項。

*Edit編輯菜單參Simulink模塊庫中功能菜單的Edit項。

*View查看菜單參Simulink模塊庫中功能菜單的View項。57*Simulation仿真操作菜單

Start開始仿真

Stop停止仿真

SimulationParameters仿真參數(shù)設(shè)置

Normal正常的

Accelerator加速的

External外部的58*Format格式菜單

Font字體設(shè)置

Textalignment文字對齊

Flipname模塊名置于模塊的相反一邊

Show/Hidename顯示/隱藏模塊名

Flipblock模塊旋轉(zhuǎn)180度

Rotateblock模塊順時針方向旋轉(zhuǎn)90度

ShowdropShadow顯示陰影

Showportlabels顯示端口標注

Foregroundcolor前景顏色設(shè)置

Backgroundcolor背景顏色設(shè)置

Screencolor屏幕顏色設(shè)置

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如果方框圖模型文件已經(jīng)存在，則可利用以下三種方法打開一個具有一定內(nèi)容的模型編輯窗口：1）在Simulink庫瀏覽窗口中，點擊工具條中的打開模型文件按鈕

，然后選擇或者輸入要編輯的模型文件名；2）在庫窗口中選擇菜單命令File|Open，然后選擇或者輸入要編輯的模型文件名；3)在MATLAB指令窗口中直接鍵入模型文件名（不帶.mdl擴展名）。

利用MATLAB高版本可以打開由MATLAB低版本編輯的模型文件，但MATLAB低版本打不開由高版本編輯的模型文件。而對于MATLAB的M文件，高低版本均可打開。606.2.2對象的選定在建模操作中，諸如拷貝一個模塊或者刪除一條連線，都需要首先選定一個或多個模塊或連線，我們把這些模塊或連線稱做對象。

1.選定單個對象用鼠標單擊待選對象，小黑四方塊的“句柄”就會出現(xiàn)在被選中模塊的四個角上，或在被選中連線的兩個端點旁。612.選定一組對象選定一組對象的方法有以下三種：選定一組不連續(xù)對象在按下Shift鍵的同時，用鼠標單擊每一待選的對象。要取消一個已被選定的對象的選定狀態(tài)，在按下Shift鍵的同時，再一次用鼠標單擊該對象。選定一組連續(xù)對象按住鼠標左鍵向右下方拉出一個矩形虛線框，將所有待選模塊包圍在其中，然后松開按鍵，則矩形框里所有的對象同時被選中。62選定整個模型要選定一個活動窗口的所有對象，只要選擇窗口菜單下的Edit|Selectall命令即可。但不能通過此種方法來選擇所有的模塊和連線來創(chuàng)建子系統(tǒng)模塊。如果想放棄選中的對象，則只需在空白處點擊即可636.2.3模塊的操作模塊是Simulink模型構(gòu)造的基本元素，利用鼠標點擊和拖拉方式可將仿真模塊庫(集)中標準模塊拷貝到用戶模型編輯窗口中，并使其相互連接，便可得到系統(tǒng)方框圖。641．模塊的復(fù)制1）從一個窗口復(fù)制模塊到另一個窗口建立模型時，會經(jīng)常從Simulink模塊庫、其它庫(集)或者模型編輯窗口中復(fù)制標準模塊到當(dāng)前正在編輯的模型編輯窗口中。復(fù)制標準模塊，可按以下步驟進行。①打開相關(guān)的模塊庫(集)或模型編輯窗口以及正在編輯的模型編輯窗口；65②將光標定位于要復(fù)制的模塊上，按下鼠標左鍵并保持住，拖動鼠標到正在編輯的模型編輯窗口中適當(dāng)位置，然后松開鼠標左鍵，就會在選定的位置上復(fù)制出相應(yīng)的模塊，新復(fù)制的模塊和原模塊的名字相同，如果同一模塊在同一窗口中復(fù)制了一次以上，它們會自動在模塊名字末加進次序號，以資區(qū)別。新復(fù)制的模塊繼承了原模塊的所有參數(shù)。但在復(fù)制Sum、Mux、Demux和BusSelector模塊時，Simulink會隱藏其名字，以避免模型圖中不必要的混亂，增加可讀性。由此可見，從一個窗口拖動模塊到另一個窗口，其實是從一個窗口復(fù)制模塊到另一個窗口。662）在同一窗口中復(fù)制模塊在按下Ctrl鍵的同時，用鼠標左鍵選中待復(fù)制的模塊后，將其拖到希望位置后，松開按鍵，便完成復(fù)制工作。如果采用鼠標右鍵，以上拷貝過程中就省掉按Ctrl鍵了。另外，還可通過Edit菜單下的Copy和Paste命令來復(fù)制模塊。672．模塊的移動1）從一個窗口移動模塊到另一個窗口模塊的移動，可按以下步驟進行。①打開相關(guān)的模塊庫(集)或模型編輯窗口以及正在編輯的模型編輯窗口；②在按下Shift鍵的同時，從一個窗口拖動模塊到另一個窗口。682）在同一窗口中移動模塊在同一窗口中移動單個模塊時，只需將光標置于待移動模塊圖標上，按住鼠標將模塊拖到合適的位置放開鼠標即可，模塊移動時，與模塊的連線也隨之移動，這時Simulink將會自動地重畫與被移動模塊相連的連線。當(dāng)移動多個模塊及其連線時，首先要選中要移動的模塊和連線，然后把光標置于待移動模塊及其連線的任一處，將其拖動到指定位置即可。另外，也可通過Edit菜單下的Cut和Paste命令來移動模塊。693．模塊的刪除按Delete或Backspace鍵即可以刪除所選定的一個或多個模塊。另外，也可通過Edit菜單下的Cut或Clear命令來刪除所選定的模塊。但Edit|Cut命令，可將選定的模塊移到Windows的剪貼板上，可供Edit|Paste命令重新粘貼。704．模塊的旋轉(zhuǎn)因從標準模塊庫中復(fù)制到模型編輯窗口中模塊，在默認狀態(tài)下是輸入端（大于符號）在左，而輸出端（三角符號）在右，在繪制系統(tǒng)方框圖時，有時為了使得連線更容易，避免不必要的交叉線，增加框圖的可讀性，需要對某些模塊翻轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)，使得其輸入端和輸出端改變方向。如在反饋回路中的模塊希望輸入端在右輸出端在左。在Simulink下實現(xiàn)這一功能是輕而易舉的事情，首先用鼠標選中要旋轉(zhuǎn)處理的模塊，然后執(zhí)行Format|Flipblock命令將對此模塊旋轉(zhuǎn)180度；或執(zhí)行Format|Rotateblock命令將對此模塊順時針方向旋轉(zhuǎn)90度。716.2.4模塊間的連接線系統(tǒng)框圖中的信號沿模塊間的連接線傳輸，連接線可傳輸標量或向量信號。1.模塊間的連接線模塊間的連接線是從某模塊的輸出端（三角符號）出發(fā)直指另一模塊的輸入口（大于符號）的有向線段。它的生成方法是：把鼠標光標移到起點模塊的輸出端，按鼠標左右的任何一鍵，看到光標變?yōu)椤?”字后，拖動“+”字光標到終點模塊的輸入端，再釋放鼠標按鈕，則會自動產(chǎn)生一條帶箭頭的線段，將兩個模塊連接起來，箭頭方向表示信號流向。如想消去某段連線，可先用鼠標單擊的方法選定該連線后，按Delete鍵，則可刪除用方塊標定的連線。722．畫支線支線是從一條已存在的有向線段上任意一點出發(fā)，指向另一模塊輸入口的有向線段。已存在的有向線段和支線傳輸?shù)氖窍嗤男盘枺褂弥Ь€可以將一個信號傳輸給多個模塊，它也一般用于連接方框圖中的反向模塊。這類支線生成的方法是：把鼠標光標移到有向線段上的任意點處，在按下Ctrl鍵的同時，按下鼠標左鍵，光標由箭頭變?yōu)椤?”字，拖動鼠標到適當(dāng)位置后放開左鍵，屏幕上就出現(xiàn)一條由此點引出的箭頭線，再從此箭頭開始按住鼠標左右任何一鍵，沿另一方向拖到適當(dāng)位置后松開按鍵，照此操作，直到整個支線繪完為止。如果采用鼠標右鍵，以上過程中就省掉按Ctrl鍵了。736.2.5模型的保存在模型編輯窗口中編輯好系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖后，可用窗口中的菜單命令File|Save將其保存為模型文件(擴展名為.mdl)，模型文件中存有模塊圖和模塊的一些屬性，它是以ASCII碼形式存儲的，它也可用窗口中的菜單命令File|Saveas將其任意更名保存。模型文件名必須是以字母開頭的且不能超過31個字母、數(shù)字和下劃線組成的字符串。74例6-1建立如圖6-36所示的系統(tǒng)模型，并將其保存為ex6_1.mdl模型文件。圖6-36756.2.6模塊名字的處理1.模塊名字的修改模塊名字是指標識模塊圖標的字符串，為了增加可讀性，那些被用戶所復(fù)制到用戶窗口中的標準模塊的標題常作必要的修改，具體方法如下：先用鼠標單擊所選標題，輸入新的標題（MATLAB7.4版僅限西文字符，MATLAB6.5版中西文均可）然后用鼠標單擊窗口中的任一地方，修改工作完成。模塊名字的字體、字形和大小也可通過選擇菜單命令Format|Font來改變。762.模塊名字位置的改變模型中所有模塊的名字都必須是唯一的，并且必須包含至少一個字符。缺省情況下，如果模塊的端口在它的左右兩邊時，模塊的名字顯示在它的下面，而如果模塊的端口在它的上下兩邊時，模塊的名字顯示在它的左邊。但所選模塊的模塊名字可通過以下兩種方法改變位置：1）將模塊名用鼠標拖至模塊相反的一邊；2)選擇菜單命令Format|Flipname，可將所選模塊的名字置于模塊的相反一邊。773.改變是否顯示模塊名字選擇Format菜單下的Hidename或Showname命令，便可隱藏或顯示所選模塊的模塊名。786.2.7模塊內(nèi)部參數(shù)的修改被復(fù)制到用戶窗口中的各種模塊，開始包含著與原始標準模塊一樣的內(nèi)部參數(shù)設(shè)置，即內(nèi)部參數(shù)開始均為缺省值。如：階躍輸入函數(shù)模塊（StepFcn）的缺省的階躍時刻是1，而不是0，傳遞函數(shù)模塊（TranceferFcn）的缺省值為1/(s+1)等。為了適合用戶的不同需要，常需對模塊的內(nèi)部參數(shù)作必要的修改。具體操作如下：用鼠標的左鍵雙擊待修改內(nèi)部參數(shù)模塊的圖標，則可打開該模塊的參數(shù)設(shè)置對話框，通過改變對話框中適當(dāng)欄目中的數(shù)據(jù)便可。在參數(shù)設(shè)置時任何MATLAB工作內(nèi)存中已有的變量、合法表達式和MATLAB語句等都可以填寫在設(shè)置欄中，某些模塊的方框大小是可以用鼠標操作調(diào)整的。79例6-2把例6-1中的系統(tǒng)模型修改成圖6-37所示的系統(tǒng)模型。圖6-3780解①對傳遞函數(shù)模塊參數(shù)的修改②對求和模塊輸入極性的修改

816.2.8模塊的標量擴展標量擴展是指將一個標量值轉(zhuǎn)變成一個具有相同元素的向量。幾乎所有的模塊都能接受標量輸入或向量輸入，產(chǎn)生標量或向量輸出，并且允許用戶來定義標量或向量參數(shù)，這樣的模塊將稱之為向量化了的模塊。用戶可通過Format菜單中的Widenonscalarlines命令來定義模型中的哪些信號線傳遞的是向量信號，并且將向量信號連線用粗線表示，標量信號連線用細線表示。利用Edit菜單中選擇UpdateDiagram選項可隨時更新顯示。另外，在仿真開始時也可進行這樣的更新顯示。821．輸入的標量擴展當(dāng)模塊有一個以上的輸入時，可以把向量輸入和標量輸入混合起來。在這種情況下，那個標量輸入信號就要進行標量擴展，形成一個具有和向量輸入信號維數(shù)一樣的具有相同元素的向量，如圖6-38所示。

832．參數(shù)的標量擴展對于可以進行標量擴展的那些模塊，其參數(shù)既可以定義為標量，也可以定義為向量。當(dāng)為一個向量參數(shù)時，向量參數(shù)中的每一個元素與輸入向量中的每一個元素相對應(yīng)。而當(dāng)定義為一個標量參數(shù)時，Simulink就對標量參數(shù)進行標量擴展，自動形成一個具有相應(yīng)維數(shù)的向量，如圖6-39所示。843.顯示/關(guān)閉連線的寬度可以通過選擇菜單命令Format

Port/Signaldisplays

WidenonscalarLines來顯示和關(guān)閉模型中用粗線表示的向量信號連線。4.信號標注要對某一連線進行標注，只需雙擊標注處，并且在插入點處輸入標注即可，標注可移動到連線的任何位置。標注的字體、字形和大小也可通過選擇菜單命令Format

Font來改變。

856.3連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真

創(chuàng)建好系統(tǒng)模型后，就可以在用戶模型窗口中利用Simulink的菜單命令或者在MATLAB的命令窗口中利用MATLAB的指令操作方式對系統(tǒng)進行仿真了。866.3.1利用Simulink菜單命令進行仿真Simulink的菜單命令方式對于交互式工作非常方便，這種在Simulink窗口下進行的仿真最直觀，它可使用Scopes或者其他的顯示模塊，在運行仿真時觀察仿真結(jié)果。仿真的結(jié)果還可保存到MATLAB工作空間的變量中，以待進一步的處理。另外，在這種仿真方式下，無論是對框圖模型本身還是對數(shù)值算法及參數(shù)的選擇都可以很方便地修改和操縱。模型及仿真參數(shù)不僅在仿真前允許編程和修改，而且在仿真過程中也允許作一定程度的修改。在這種菜單仿真方式下，在一個系統(tǒng)仿真的同時，允許打開另一個系統(tǒng)。87

在啟動仿真開始之前，首先應(yīng)選擇系統(tǒng)模型窗口中的Simulation

ConfigurationParameters命令來設(shè)置仿真算法和參數(shù)，這時將給出一個如圖6-40所示的對話框，它包括七個頁面和四個功能按鈕。其中，前兩個頁面是經(jīng)常需要用戶改變設(shè)置的。圖6-40(a)MATLAB7.x/8.x/9.x版的Solver頁面1.仿真參數(shù)設(shè)置88

(b)MATLAB6.x版的Solver頁面1(c)MATLAB6.x版的Solver頁面2圖6-40Solver頁面對話框891）求解器(Solver)頁面該頁面用來設(shè)置仿真開始和停止時間、選擇仿真算法和指定算法的參數(shù)等，如圖6-31所示。(1)仿真時間(Simulationtime)

仿真時間是由參數(shù)對話框中的開始時間(StartTime)和停止時間(StopTime)框中的內(nèi)容來確定的，它們均可修改，缺省的開始時間為0.0秒，停止時間為10.0秒。在仿真過程中允許實時修改仿真的終止時間(StopTime)90(2)求解器選項(Solveroptions)

仿真涉及常微分方程組的數(shù)值積分，由于動態(tài)系統(tǒng)行為的多樣性，目前還沒有一種算法能夠保證所有模型的數(shù)值仿真結(jié)果總是準確、可靠的。為此，Simulink提供了變步長(Variable-step)和定步長(Fixed-step)兩大類數(shù)值積分算法供用戶選擇。對于變步長算法，可以設(shè)定最大步長（Maxstepsize）、最小步長(Minstepsize)、起始步長（Initialstepsize）、相對容差(Relativetolerance)和絕對容差(Absolutetolerance)。對于定步長算法，可以設(shè)定固定步長（Fixedstepsize）和選擇仿真模式(Mode)。因此為得到準確仿真結(jié)果，用戶必須針對不同模型仔細選擇算法及參數(shù)。91①仿真算法在求解器選項(Solveroptions)最上面的兩個選擇框中，可選擇相應(yīng)的仿真算法。變步長(Variable-step)算法可以選擇的變步長算法有以下幾種。缺省情況下，連續(xù)系統(tǒng)采用ode45；離散系統(tǒng)采用discrete。定步長(Fixed-step)算法可以選擇的定步長算法有以下幾種。92②仿真步長在求解器選項(Solveroptions)下面的選擇框中。對于變步長算法，可以設(shè)定最大步長（Maxstepsize）、最小步長(Minstepsize)和起始步長（Initialstepsize）。對于定步長算法，可以設(shè)定固定步長（Fixedstepsize）。缺省情況下，這些參數(shù)均為auto，即這些參數(shù)將被自動地設(shè)定。對于變步長算法，采用變步長的方法進行仿真，仿真開始時是以起始步長作為計算步長的，在仿真過程中，算法會把算得的局部估計誤差與誤差容限相比較，在滿足仿真精度的前提下，自動拉大步長，提高計算效率。

93

一般情況下，最大步長可以選擇一個較大的數(shù)值，但如果選擇的過大，可能會出現(xiàn)在仿真點處仿真結(jié)果是正確的，但仿真曲線不是很光滑的情況，故最大步長一般選擇為仿真范圍的1/50。通常，最小步長都取的很小，但如果取的太小，會增大計算量。仿真的最小步長和最大步長均可在仿真過程中進行實時修改。94③誤差容限相對容差(Relativetolerance)和絕對容差(Absolutetolerance)中所填寫的容差值是用來定義仿真精度的。在變步長仿真過程中，算法會把算得的局部估計誤差與這里填寫的容許誤差限來相比較，當(dāng)誤差超過這一誤差限時會自動地對仿真步長作適當(dāng)?shù)男拚哉f在變步長仿真時，誤差限的設(shè)置是很重要的，它將關(guān)系到微分方程求解的精度。誤差限經(jīng)常在0.1和1e-6之間取值，它越小，積分的步數(shù)就越多，精度也越高，但是過?。ㄈ?e-10）由于計算舍入誤差的顯著增加，而影響整個精度，誤差限在仿真過程中允許實時修改。95④仿真模式(Mode)

在采用定步長(Fixed-step)算法進行仿真時，需要在求解器選項(Solveroptions)下面的仿真模式(Mode)選擇框列表中選擇仿真模式。

多任務(wù)模式(MultiTasking)

如果檢測到模塊間進行非法采樣類轉(zhuǎn)換，即直接相連模塊之間以不同的采樣類運算，單模式會出現(xiàn)錯誤。在實時多任務(wù)系統(tǒng)中，任務(wù)間非法采樣類轉(zhuǎn)換可能導(dǎo)致當(dāng)另一個任務(wù)需要時，某一任務(wù)輸出不能用。通過此類轉(zhuǎn)換檢查，多任務(wù)模式可以幫助創(chuàng)建現(xiàn)實中的合法的多任務(wù)系統(tǒng)模型，模型中何處表示是同時執(zhí)行的任務(wù)。96

單任務(wù)模式(SingleTasking)

該模式不檢查模塊間的采樣類轉(zhuǎn)換。該模式對于建造單任務(wù)系統(tǒng)模型非常有用，在此類系統(tǒng)中，任務(wù)同步不是問題。

自動模式(Auto)

當(dāng)選用此模式時，如果模型中所有模塊運行于同樣的采樣率下，Simulink使用單任務(wù)模式；如果模型包含有不同采樣率運行的模塊，則使用多任務(wù)模式。97(3)輸出選項(Outputoptions)

在輸出選項(Outputoptions)中，可以選擇以下三種輸出。

細化輸出(Refineoutput)

產(chǎn)生額外的輸出(Produceadditionaloutput)

只產(chǎn)生指定的輸出(Producespecifiedoutputonly)982）數(shù)據(jù)輸入/輸出(DataImport/Export)頁面該頁面可以將仿真的輸出結(jié)果保存到MATLAB的工作空間變量中，也可以從MATLAB的工作空間取得輸入和初始狀態(tài)，如圖6-41所示。(a)MATLAB7.x/8.x版的數(shù)據(jù)輸入/輸出(DataImport/Export)頁面99(b)MATLAB6.x版的工作空間輸入/輸出(WorkspaceI/O)頁面圖6-41輸入/輸出頁面對話框100(1)從MATLAB的工作空間裝入輸入和初始狀態(tài)(Loadfromworkspace)

系統(tǒng)開始仿真時的初始狀態(tài)，通常在模塊中指定，也可以在DataImport/Export頁的Loadfromworkspace域的初始狀態(tài)(Initialstates)編輯框中重新指定，以重新裝載在模塊中指定的初始條件。在仿真運行期間，Simulink也可以把MATLAB工作空間的變量值當(dāng)作模型的輸入信號，它是通過輸入端口輸入到模型中。要指定這一選項，在DataImport/Export頁面的Loadfromworkspace域中，選中Input選框，然后在其后的編輯框中輸入外部輸入變量(缺省內(nèi)容為[t，u])，并選擇Apply或OK按鈕。101外部輸入可以采用下列任何一種形式。

外部輸入矩陣(Array)

外部輸入矩陣的第一列必須是升序排列的時間向量，其余列指定輸入值。每列代表不同輸入模塊信號序列，每行則是相應(yīng)時間的輸入值。如果選擇了數(shù)據(jù)插值(interpolatedata)選項，必要時Simulink對輸入值進行線性插值或外推。輸入矩陣的總列數(shù)必須等于n+l，其中n為進入模型的信號輸入端口總數(shù)。如果在MATLAB工作空間中定義了t和u，則可以直接采用缺省的外部輸入標識[t，u]。102

具有時間的結(jié)構(gòu)(StructurewithTime)Simulink可以從MATLAB工作空間中讀入結(jié)構(gòu)形式的數(shù)據(jù)，但其名字必須在Input后的編輯框中指定。輸入結(jié)構(gòu)必須有兩個字段：時間和信號。時間字段包含一列仿真時間的向量；信號字段包含子結(jié)構(gòu)數(shù)組，每個對應(yīng)模型的一個輸出端口；每個子結(jié)構(gòu)有字段:值；值字段包含相應(yīng)輸入端口的輸入列向量。103

結(jié)構(gòu)(Structure)

結(jié)構(gòu)格式與具有時間的結(jié)構(gòu)格式一樣，只是其時間字段為空。如在上例中，可以指定:ex.time=[]。

外部輸入時間表達式(Externalinputtimeexpression)

時間表達式可以是任何MATLAB表達式、計算行向量，其長度與模型輸入端口的信號數(shù)一樣。104(2)將結(jié)果保存到MATLAB的工作空間變量中(Savetoworkspace)Simulink將仿真結(jié)果存放在SavetoWorksPace域中指定名字的向量中。它可以通過在WorkspaceI/O頁面的Savetoworkspace域中，任意選擇時間(Time)、狀態(tài)(States)、輸出(Output)和最終狀態(tài)(Finalstate)選框，并指定返回的變量名。變量名即可任意指定，也可采用默認值。若要將某一結(jié)果輸出到多個變量中，可在此參數(shù)輸入框中同時指定多個變量名，各變量名之間用逗號分開后外加方括號。指定的返回變量使得Simulink將時間、狀態(tài)、輸出和最終狀態(tài)值的軌跡輸出到MATLAB工作空間中，以便進一步對其分析。如果想保存一個穩(wěn)定狀態(tài)的結(jié)果并從那個已知的狀態(tài)重新啟動仿真，那么保存最終狀態(tài)(Finalstate)將非常有用。105

可以通過Saveoptions域來限制保存輸出的數(shù)量和指定輸出存儲的格式。

①如果計算出來的結(jié)果太多，要限制數(shù)據(jù)的點數(shù)，可選擇Limitdatapointstolast編輯框。在一般情況下，該參數(shù)選擇為1000也就足夠了。要使用抽取(Decimation)因子，在Decimation文本框中輸入數(shù)值。例如，在Decimation文本框中輸入的值為2時，產(chǎn)生的點將每隔一個保存一個。(3)保存選項(Saveoptions)106②輸出存儲格式(Format)選項可以指定輸出數(shù)據(jù)采用下列任何一種形式輸出。

矩陣(Array)

具有時間的結(jié)構(gòu)(StructurewithTime)

結(jié)構(gòu)(Structure)1073）優(yōu)化(Optimazition)頁面在該頁面中，可以選擇不同的選項來提高仿真性能以及產(chǎn)生代碼的性能。其中，SimulationandcodeGeneration欄設(shè)置對模型仿真及代碼生成共同有效；CodeGeneration欄設(shè)置僅對代碼生成有效。1084）診斷(Diagnostics)頁面在診斷頁面中，可以設(shè)定一致性檢查(Consistencychecking)和邊界檢查(Boundschecking)。對于每一事件類型，可以選擇是否需要提示消息，是警告消息還是錯誤消息。警告消息不會終止仿真，錯誤消息則會終止仿真的運行。1095）硬件設(shè)置(HardwareImplementation)頁面該頁面主要針對于計算機系統(tǒng)模型，如嵌入式控制器。允許設(shè)置這些用來執(zhí)行模型所表示系統(tǒng)的硬件參數(shù)。6）模型參考(ModeiReferencing)頁面該頁面允許用戶設(shè)置模型中的其它子模型，或者包含在其它模型中的此模型，以便仿真的調(diào)試和目標代碼的生成。7）實時工作空間(Real-timeWorkshop)頁面在該頁面中，可以設(shè)置影響Real-timeWorkshop生成代碼和構(gòu)建可執(zhí)行文件的諸多參數(shù)和選項。1102.仿真結(jié)果分析設(shè)置完以上仿真控制參數(shù)后，則可選擇Simulation|Start命令來啟動仿真過程,在仿真結(jié)束時會自動發(fā)出一聲鳴叫。在仿真過程中還允許采用Simulation菜單下的Pause和Continue命令來暫停或繼續(xù)仿真過程，若選擇Simulation|Stop命令,則人為中止仿真過程。結(jié)果分析有助于模型的改進和完善，同時結(jié)果分析也是仿真的主要目的。仿真結(jié)果可采用以下幾種方法得到。111(1)利用示波器模塊(Scope)得到輸出結(jié)果當(dāng)利用示波器模塊作輸出時，它不僅會自動地將仿真的結(jié)果從示波器上實時地顯示出來。而且也可同時把示波器緩沖區(qū)存儲的數(shù)據(jù)，送到MATLAB工作空間指定的變量中保存起來，以便利用繪圖命令在MATLAB命令窗口里繪制出圖形。112

在示波器模塊的窗口中，利用快捷按鈕“”或“”，可打開如圖6-42所示的示波器模塊參數(shù)(parameters)對話框。示波器參數(shù)對話框中有兩個頁面，圖6-42（a）為一般參數(shù)設(shè)置（General），圖6-44（b）為數(shù)據(jù)存儲參數(shù)設(shè)置（Datahistory）。圖6-44113例6-4對圖6-45所示的系統(tǒng)進行仿真。圖6-45114解

在求解器選項(Solveroptions)頁面中，把固定步長（Fixed-stepsize）一欄中的默認值auto改為0.05，以確保最大仿真步長小于周期的1/10，否則波形就失真，設(shè)置完參數(shù)后用鼠標單擊【OK】按鈕接收新參數(shù)，同時關(guān)閉此對話框。

在Simulink中，仿真中的動態(tài)數(shù)據(jù)的計算都是由數(shù)值積分實現(xiàn)的。盡管本例從信號發(fā)生器到示波器沒通過其他環(huán)節(jié)(實際上可認為經(jīng)過一個增益為1的比例環(huán)節(jié))，但動態(tài)數(shù)據(jù)仍是經(jīng)數(shù)值積分計算得到的，因此在仿真前，仍需執(zhí)行Simulation

ConfigurationParameters命令來設(shè)置仿真控制面板中相應(yīng)的參數(shù)，參圖6-40。115

選擇Simulation

Start命令啟動仿真過程，便可在示波器上看到相應(yīng)的曲線。另外，在MATLAB命令窗口中利用以下命令，便可得到如圖6-47所示的輸出曲線。>>plot(y(:,1),y(:,2));title('sin')圖6-47116

除了示波器形象的輸出之外，用戶還可以用ToWorkspace模塊或Out1模塊將仿真結(jié)果返回到MATLAB的工作空間變量中，這樣返回的結(jié)果當(dāng)然可以利用MATLAB命令來進一步處理。117(2)利用輸出接口模塊(Out1)得到輸出結(jié)果利用輸出接口(Out1)模塊把仿真結(jié)果返回到MATLAB的工作空間時，就必須選定圖6-45所示的DataImport/Export頁面中的時間變量(Time)和輸出變量(Output)對話框，對話框中的變量名即可采用默認的，也可根據(jù)需要更名。狀態(tài)變量(States)和終值狀態(tài)變量(Finalstate)對話框為任選。118例6-5

對圖6-48所示的模型框圖進行仿真。`圖6-48119

選擇Simulation

ConfigurationParameters命令，打開仿真參數(shù)控制面板，在圖6-37所示的求解器選項(Solveroptions)頁面，把終止時間(Stoptime)欄中的內(nèi)容改為20，其余參數(shù)采用默認值；在圖6-39所示的數(shù)據(jù)輸入/輸出(DataImport/Export)頁面，把時間變量(Time)和輸出變量(Output)對話框中的變量改為t和y，其余參數(shù)采用默認值，按【OK】鍵返回。選擇Simulation

Start命令開始仿真，等聽到一聲嘟后仿真便結(jié)束，此時可返到MATLAB工作窗口，運行命令>>plot(t,y)120便可得到圖6-49所示的輸出響應(yīng)曲線。121(3)利用把數(shù)據(jù)傳送到工作空間模塊(ToWorkspace)得到輸出結(jié)果

利用ToWorkspace模塊向MATLAB工作空間傳送數(shù)據(jù)時，應(yīng)該為其指定一個變量名，它是通過用鼠標左鍵雙擊該模塊的圖標來完成的，這將給出如圖6-50所示的對話框。用戶可以在Variablename(變量名)引導(dǎo)的編輯框中輸入相應(yīng)的變量名。122例6-6對圖6-51所示系統(tǒng)模型進行仿真圖6-51123MATLAB工作窗口，運行命令：>>plot(t,y)便可得到如圖6-49所示的圖形。1246.3.2利用MATLAB的指令操作方式進行仿真除了利用Simulink菜單對系統(tǒng)進行仿真外，還可以在MATLAB工作窗口中，利用命令函數(shù)sim()或ode45()對系統(tǒng)進行仿真，MATLAB命令行方式對于處理成批的仿真比較有用。1251．利用函數(shù)sim()進行仿真當(dāng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖描述時，在MATLAB的工作窗口中，通常利用函數(shù)sim()對系統(tǒng)進行仿真，函數(shù)sim()的調(diào)用格式為

[t,x,y]=sim(‘model’,tf,options,ut)或[t,x,y1,y2,…,yn]=sim(‘model’,tf,options,ut,)126例6-7

對例6-5中圖6-48所示系統(tǒng)進行初始狀態(tài)不同設(shè)置的仿真。解①對于圖6-48所示的系統(tǒng)模型ex6_5，在數(shù)據(jù)輸入/輸出(DataImport/Export)頁面中，選定從工作空間輸入?yún)?shù)功能欄(Loadfromworkspace)中的初始狀態(tài)選擇框(Initialstate)，并輸入初始狀態(tài)向量[0.50]，其余參數(shù)同例6-5，在接收以上參數(shù)后，將其另存為模型文件ex6_7；

②在MATLAB指令窗口中，運行以下指令，可得圖6-50所示的相軌跡圖。>>[t,x1,y1]=sim('ex6_5',20);[t,x2,y2]=sim('ex6_7',20);>>plot(x1(:,1),x1(:,2),'r:',x2(:,1),x2(:,2),'b-');>>legend('零初始狀態(tài)','非零初始狀態(tài)')127

對圖6-51所示框圖模型，采用以上命令將不可能獲得輸出響應(yīng)，因為ToWorkspace模塊不同于輸出接口模塊(out1)，因由這條指令運行所得的輸出y將是空“[]”。圖6-521282．利用函數(shù)ode45()進行仿真當(dāng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以微分方程給出時，通常在MATLAB的工作窗口中，利用函數(shù)ode45()對系統(tǒng)進行仿真求解運算，函數(shù)ode45()的調(diào)用格式為[t,x]=ode45(fun,tspan,x0,tol)其中，fun為函數(shù)名，為用來描述系統(tǒng)狀態(tài)方程的M函數(shù)文件；tspan為仿真時間區(qū)間，當(dāng)其為標量tf時，默認仿真時間區(qū)間為[0,tf]，當(dāng)其為二元行向量[t0,tf]時，仿真時間區(qū)間為[t0,tf]；x0為狀態(tài)方程的初始向量值；tol用來指定精度，其默認值為10-3；返回變量t為時間，x為狀態(tài)方程的解向量。129

另外，利用函數(shù)ode45(),ode23(),ode113(),ode15s(),ode23s(),ode23t()和ode23tb()也可對系統(tǒng)進行同樣的仿真，他們的調(diào)用格式與函數(shù)ode45()完全相同。這些函數(shù)的使用范圍與Simulink求解器選項（Solveroptions）中變步長仿真算法相對應(yīng)。130例6-8

求微分方程在其初始條件下的解。解首先根據(jù)以上微分方程編寫一個函數(shù)ex6_9.m。

%ex6_8.mfunctiondx=ex6_8(t,x)dx=[x(2);(1-x(1)^2)*x(2)-x(1)];再利用以下MATLAB命令，即可求出微分方程在時間區(qū)間[0,30]上的解曲線（見圖5-6）。>>[t,x]=ode45('ex6_8',[0,30],[1;0]);>>plot(t,x(:,1),t,x(:,2));xlabel('t');ylabel('x(t)')1316.3.3模塊參數(shù)的動態(tài)交換1.在MATLAB工作空間中定義變量框圖模塊在仿真時所需的參數(shù)和初始變量取自模塊對話框，而模塊對話框中填寫的MATLAB變量以及表達式又來自MATLAB工作空間，不管仿真以何種方式進行,總可以在MATLAB工作空間中為Simulink模塊預(yù)定義參數(shù)和初始變量,也可以在指令窗口或命令文件中交互地進行變量的數(shù)值傳遞。132例6-9在MATLAB空間中預(yù)定義框圖模塊參數(shù)?？紤]一個單輸入雙輸出的狀態(tài)空間表達式其中矩陣A,b,C,d和初始條件向量x0分別為133解（1）構(gòu)造如圖6-53所示的框圖系統(tǒng)并將其保存為ex6_9文件；（2）輸入接口(In1)和輸出接口(Out1)分別復(fù)制于信號源與接收模塊庫，并將兩個輸出接口模塊的標題依次改為y1和y2。圖6-53134（3）Demux模塊(分離模塊)復(fù)制于信號與系統(tǒng)模塊庫(Signals&Systems)，它將一個向量信號分解為若干個輸出信號，輸出信號的數(shù)目由Demux模塊參數(shù)對話框中的輸出數(shù)目(Numberofoutputs)欄中的內(nèi)容確定。（4）狀態(tài)空間表達式模塊(State-Space)復(fù)制于連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(Continuous)中,用鼠標打開狀態(tài)空間模塊的參數(shù)對話框，并將A,b,C,d分別填入?yún)?shù)對話框中的A,B,C,D四個矩陣參數(shù)輸入欄中,而在初始條件(InitialConditions)欄中直接填入初始向量參數(shù)[1;1;1]，如圖6-54所示。135圖6-47136（5）在MATLAB方式下,運行以下指令,得圖6-55>>A=[-0.3,0,0;2.9,-0.62,-2.3;0,2.3,0];>>b=[1;0;0];C=[1,1,0;1,-3,1];d=[0;1];>>[t,x,y]=sim(‘ex6_10’,10);>>plot(t,y(:,1),‘:b’,t,y(:,2),‘-r’);>>legend(‘y1’,‘y2’)圖6-48137在本例中如把矩陣A,b,C,d的值直接填入狀態(tài)空間參數(shù)對話框中相應(yīng)的欄目中，則以上前兩行的指令可省略。當(dāng)然初始向量x0的值也可利用以下MATLAB命令給定。>>x0

=[1;1;1];1382．使用全局變量實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換在參數(shù)優(yōu)化、靈敏度等計算中，常需要實現(xiàn)幾個文件之間的數(shù)據(jù)交換,那么采用前面所說的預(yù)定義方式是不可行的，這時,可以采用全局變量來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞，定義全局變量的命令格式如下globalabc在此,參數(shù)a,b,c

被定義為全局變量。使用全局變量要注意，全局變量應(yīng)在使用它們的所有命令文件、函數(shù)文件、工作內(nèi)存中加以定義才能被共享。即當(dāng)其中某一個文件使全局變量數(shù)值發(fā)生改變后，新值馬上傳送到其它文件，當(dāng)然也包括參與運行的框圖模型。1393．使用set_param()指令傳送數(shù)據(jù)指令set_param（）是專門設(shè)計來更改Simulink模塊參數(shù)的。事實上，模塊對話框中的參數(shù)設(shè)置都是靠這個指令來實現(xiàn)的，該函數(shù)的調(diào)用格式為

set_param(Name,Parameter1,Value1,Parameter2,Value2,…,)其中Name是系統(tǒng)/模塊名，Parameter是待修改的參數(shù)名，Value是新指定值。140例6-10對圖6-56所示系統(tǒng)模型進行仿真。圖6-56141解（1）構(gòu)造圖6-54所示的簡單系統(tǒng)，并保存文件名為ex6_10，為了保證以下指令正常運行，系統(tǒng)ex6_10窗口不要關(guān)閉；（2）在MATLAB指令方式下，運行以下指令，可得圖6-55所示的輸出曲線。>>set_param(‘ex6_10/Gain’,‘Gain’,‘2’);%表示把系統(tǒng)mod5中的比例模塊（Gain）中的增益（Gain）設(shè)置為2>>[t,x,y]=sim(‘ex6_10’,10);>>plot(t,y(:,1),‘:b’,t,y(:,2),‘-r’);>>legend(‘y1’,‘y2’)142圖6-571436.3.4Simulink調(diào)試器由用戶建立的系統(tǒng)模型，有時可能會出現(xiàn)這樣或那樣的問題，為了便于用戶查找問題，Simulink設(shè)置了動態(tài)仿真調(diào)試器（SimulinkDebugger）。在利用Simulink調(diào)試器調(diào)試時，系統(tǒng)能實時地顯示模型的狀