环境管理_simulink交互式仿真集成环境

Matlab教程 第8讲 SIMULINK交互式仿真集成环境 快速入门模型的创建连续系统建模子系统的创建 封装及受控执行离散时间系统和混合系统常用工具箱简介 8 1快速入门 SIMULINK是一个进行动态系统建模 仿真和综合分析的集成软件包 它可以处理的系统包括 线性 非线性系统 离散 连续及混合系统 单任务 多任务离散事件系统 在SIMULINK提供的图形用户界面GUI上 只要进行鼠标的简单拖拉操作就可构造出复杂的仿真模型 它外表以方块图形式呈现 且采用分层结构 从建模角度讲 这既适于自上而下 Top down 的设计流程 概念 功能 系统 子系统 直至器件 又适于自下而上 Bottum up 逆程设计 从分析研究角度讲 这种SIMULINK模型不仅能让用户知道具体环节的动态细节 而且能让用户清晰地了解各器件 各子系统 各系统间的信息交换 掌握各部分之间的交互影响 8 1快速入门 在SIMULINK环境中 用户将观察到现实世界中非线性因素和各种随机因素对系统行为的影响 在SIMULINK环境中 用户可以在仿真进程中改变感兴趣的参数 实时地观察系统行为的变化 在MATLAB5 3版中 可直接在SIMULINK环境中运作的工具包很多 已覆盖通信 控制 信号处理 DSP 电力系统等诸多领域 所涉内容专业性极强 本讲由浅入深地讲述SIMULINK对各种数学 工程问题的建模 仿真和分析的基本方法 采用 算例 作为主体 配以适量的归纳性表述 例8 1 1 信号发生器和示波器 例8 1 2 实现两个正弦信号的相乘 例8 1 1 信号发生器和示波器 返回 通过这个例子 对于系统仿真工具箱的使用有一个比较具体的认识 首先从源模块库内拖出三个信号发生器模块 然后对它们分别进行设置 一个为噪声源 另外两个为正弦波 频率分别为0 2Hz和0 6Hz 接着从Simulink Math模块库内拖出一个加法器 将它的输入端设置为三个 最后从输出模块库内拖出一个示波器 将上述五个模块连接在一起 进行系统仿真 例8 1 2 实现两个正弦信号的相乘 计算 将两个正弦源的频率设置为1Hz和10Hz 信号幅度均为1V 要求显示两个正弦波以及相乘后的波形 因此要求示波器有三个输入端 进行系统仿真 仿真参数设置 仿真时间设置 0到2s 仿真步长设置 定步长 Fixed Step 仿真算法设置 龙格 库塔法的5阶算法 ode5 返回 8 2模型的创建和模型文件 8 2 1SIMULINK模型是什么 SIMULINK模型有以下几层含义 在视觉上表现为直观的方框图 在文件上则是扩展名为mdl的ASCII代码 在数学上表现为一组微分方程或差分方程 在行为上则模拟了实际系统的动态特性 SIMULINK模型通常包含三种 组件 信源 Sources 可以是常数 时钟 白噪声 正弦波 阶梯波 扫频信号 脉冲生成器 随机数产生器等信号源 系统 System 即指被研究系统的SIMULINK方框图 信宿 Sink 可以是示波器 图形记录仪等 对于具体的SIMULINK模型而 不一定完全地包含这三大组件 例如 研究初始条件对系统影响就不必包含信源组件 8 2模型的创建和模型文件 8 2 2SIMULINK模型的创建 创建模型文件 选择对象 模块的操作 连线的操作 常用的Source库信源 常用的Sink库信宿 对模型的注释 仿真的配置 8 3连续系统建模 线性系统建模举例 例8 3 1 复位积分器的功用示例 例8 3 2 积分模块直接构造微分方程求解模型 例8 3 3 直接利用传递函数模块求解方程 在仿真启动时 积分器从零开始对0 5t进行积分 当复位口信号t 5 0瞬间 积分器被重置为零 此后 再对0 5 t 5 进行积分 假设从实际自然界 力学 电学 生态等 或社会中 抽象出有初始状态为0的二阶微分程 是单位阶跃函数 本例演示如何用积分器直接构搭求解该微分方程的模型 对二阶微分程进行拉氏变换 可以得到 例8 3 1 例8 3 2 例8 3 3 8 3连续系统建模 非线性系统 8 3连续系统建模 非线性系统 8 4子系统的创建 封装及受控执行 利用SIMULINK的封装 Mask 功能 可以定做一个模块或一个子系统的对话框和图标 引用子系统的理由是 研究分析系统时 进行概念抽象 Abstractionofconcepts 的需要 为提高工作效率和可靠性 实施模块 重用 Reuse 的需要 仿真建模中子系统的作用 类似于MATLAB指令运行中的M函数文件 前面介绍了如何利用库标准模块建立被研究系统的仿真模型 下面着重介绍如何利用 分层 思想建立比较复杂的仿真模型 介绍建立这种分层模型所需的各种子系统 Subsystem 封装的一个重要用途是帮助用户创建一个对话框来接受参数 这样就无需打开子系统中各个模块的对话框 然后再逐个输入参数 8 4封装子系统的创建及受控执行 8 4封装子系统的创建及受控执行 8 4封装子系统的创建及受控执行 8 4 2条件执行子系统 在SIMULINK模块库中 有两个特殊模块 Enable模块和Trigger模块 如果把这种模块放到某个子系统中 则该子系统是否起作用将取决于外界的某个条件 状态或事件 是否满足 这样就构成了所谓的条件执行子系统 ConditionallyExecutedSubsystem 常用的条件执行子系统有 使能子系统 EnabledSubsystem 触发子系统 TriggedSubsystem 触发使能子系统 TriggedandEnabledSubsystem 使能子系统 例8 4 3 利用使能原理构成一个半波整流器 本例演示使能子系统的创建及工作机理 1 打开SIMULINK的新建模型窗口 2 从SIMULINK库中提取三个模块Sinewave Subsystem Scope到新建窗 然后进行文件保存操作 并起文件名为exm084 3s 这保存操作只为以后调用方便 并非必要 3 双击空子系统模块Subsystem 打开其结构模型窗 4 从SIMULINK库中拷贝In输入口模块 Out输出口模块 Enable使能模块到子系统的结构模型窗 把In模块的输出直接送到Out模块的输入端 Enable模块无须进行任何连接 且本例采用它的缺省设置 便实现了题目所需使能子系统 5 完成exm084 3s窗口中各模块间的连接 6 双击示波器模块 打开显示窗 然后选择exm084 3s窗口菜单项 Simulation Start 就可看到半波整流后的波形 使能子系统 触发子系统 把触发模块和使能模块装置在同一个子系统中 就构成触发使能子系统 该系统的行为方式与触发子系统相似 但只有当使能信号为 正 时 触发事件才起作用 触发子系统 8 5离散时间系统和混合系统 多速率离散时间系统 计算机就是这样的系统 它的CPU 串行 并行控制器 磁盘驱动器 输入键盘就采用不同的工作速率 再如通信系统也是多速率系统 离散 连续混合系统 在现代控制系统中 通常被控的对象是连续时间的 物理 子系统 而控制器是由逻辑控制器或计算机构成的离散子系统 对于这种离散 连续混合系统 模型参数设置页中的几乎所有Solver解算方法都能采用 可以使该模型及其所有子系统按采样速率着色 连续时间部分用黑色 离散时间部分用红色 离散 连续混合的子系统被着黄色 8 5离散时间系统和混合系统 8 6常用工具箱简介 具有16种功能强大的应用工具箱 我们常用工具箱有SIMULINK COMM DSP等 MATLAB5 3版中的16种工具箱 返回1 Simulink库 CommunicationsBlockset 通信模块集 ControlSystemToolbox 控制系统工具箱 Dials GaugesBlockset 面板和仪表模块集 DSPBlockset 数字信号处理模块集 Fixed PointBlockset 定点模块集 FuzzyLogicToolbox 模糊逻辑工具箱 NCDBlockset 非线性控制设计模块集 NeuralNetworkBlockset 神经网络模块集 MPCBlockset MPC模块集 PowerSystemBlockset 电源系统模块集 Real TimeWindowsTarget 实时窗口目标库 Real TimeWorkshop 实时工作空间库 Stateflow 状态流程库 SimulinkExtras Simulink附加库 SystemIDBlockset 系统辨识模块集 Simulink库 返回 Sources库 Sinks库 Discrete库 Continuous库 Math库 Nonlinear库 Signals Systems库 Functions Tables库 Sources库 返回 Band LimitedWhiteNoise 限带白噪声 ChirpSignal 扫频信号 Clock 时钟 Constant 常量 DigitalClock 数字时钟 DiscretePulseGenerator 离散脉冲生成器 FromWorkspace 从工作空间读取数据 FromFile 从文件读数据 PulseGenerator 脉冲生成器 Ramp 倾斜 RandomNumber 随机数产生器 RepeatingSequence 重复序列 Sources库 续 SignalGenerator 信号发生器 SineWave 正弦波 Step 阶跃 UniformRandomNumber 均匀分布随机数 Sinks库 Display 显示 Scope 示波器 StopSimulation 停止仿真 ToFile 写入文件 ToWorkspace 写到工作空间 XYGraph 显示平面图形 Discrete库 DiscreteFilter 离散滤波器 DiscreteStateSpace 离散状态空间 Discrete TimeIntegrator 离散时间积分器 DiscreteTransferFcn 离散传递函数 DiscreteZero Pole 数字零极点函数 First OrderHold 一阶保持 Zero OrderHold 零阶保持 UnitDelay 单位延迟 返回 Continuous库 Derivative 导数 Integrator 积分器 Memory 记忆 StateSpace 状态空间 TransferFcn 传递函数 TransportDelay 传递延迟 VariableTransportDelay 可变传输延迟 Zero Pole 零 极点 返回 Math库 Abs 绝对值 AlgebraicConstraint CombinatorialLogic 组合逻辑 ComplextoMagnitude Angle ComplextoReal Image DotProduct 点乘 Gain 增益 LogicalOperator 逻辑运算 Magnitude AngletoComplex MathFunction 数学函数 MatrixGain 矩阵增益 MinMax 最大最小值 Math库 续 Product 乘积 Real ImagetoComplex RelationalOperator 关系运算 RoundingFunction 圆整函数 Sign 符号 SliderGain 滑块增益 Sum 和 TrigonometricFunction 三角函数 返回 Nonlinear库 Backlash模块 CoulombandViscousFriction 库仑和粘性摩擦 DeadZone 死区 ManualSwitch 手动开关 MultiportSwitch 多路转换开关 Quantizer 量化 RateLimiter 限速器 Relay 继电器 Saturation 饱和 Switch 选择开关 返回 Signals Systems库 BusSelector 总线选择器 ConfigurableSubsystem 可配置子系统 DataStoreMemory 数据存储器 DataStoreRead 读数据存储 DataStoreWrite 写数据存储 DataTypeConversion 数据类型转换 Demux 解混 Enable 激活 From 导入 Goto 传出 GotoTagVisibility 传出标记符的可见性 Ground 接地 HitCrossing 捕获穿越点 返回 Signals Systems库 续 IC 初始状态 Inport 输入端口 Merge 合并 ModelInfo 模型信息 Mux 混合 Outport 输出端口 Probe 探测器 Selector 选择器 Subsystem 子系统 Terminator 终结器 Trigger 触发器 Width 宽度 Function CallGenerator 函数调用发生器 返回 Functions Tables库 Fcn 函数表达式 Look UpTable 查找表 Look UpTable 2 D 二维查找表 MATLABFcn MATLAB函数 S Function S函数 返回 CommunicationsBlockset 返回 ChannelCoding 信道编码库 Channels 信道库 CommSinks 通信接收库 CommSources 通信源库 Modulation 调制和解调库 SourceCoding 源编码库 Synchronization 同步库 UtilityFunctions 实用函数库 ChannelCoding 信道编码库 该库中又包含的有 模块编码库和卷积编码库 模块编码库中包含有各种编码和解码成对模块以及演示模块 线性编码模块组 有二进制向量线性编码 解码和演示三个模块 二进制序列线性编码 解码和演示三个模块 循环编码模块组 有二进制向量循环编码 解码和演示三个模块 二进制序列循环编码 解码和演示三个模块 Hamming编码模块组 有二进制向量Hamming编码 解码和演示三个模块 二进制序列Hamming编码 解码和演示三个模块 BCH编码模块组 有二进制向量BCH编码 解码和演示三个模块 二进制序列BCH编码 解码和演示三个模块 返回 ChannelCoding 信道编码库 续 Reed Solomon编码模块组 有整数向量RS编码 解码和演示三个模块 二进制向量RS编码 解码和演示三个模块 整数序列RS编码 解码和演示三个模块 二进制序列RS编码 解码和演示三个模块 卷积编码库中包含有 卷积编码 Viterbi解码和演示三个模块 返回 Channels 信道库 该库中包含的模块有 加零均值Gauss白噪声 AWGN 信道模块及四个演示模块 加二进制误差信道模块及演示模块 有限二进制误差信道模块及演示模块 定参数Rayleigh衰减信道模块 变参数Rayleigh衰减信道模块及演示模块 定参数加Rician噪声信道模块 变参数加Rician噪声信道模块及两个演示模块 返回 CommSinks 通信接收库 该库中包含的模块有 触发写文件模块及触发文件I O演示模块 触发眼孔图样 散布图模块及演示模块 采样时间眼孔图样 散布图模块及演示模块 误差率计算模块及演示模块 返回 CommSources 通信源库 该库中包含的模块有 触发文件读入模块及触发文件I O演示模块 采样读工作空间变量模块 具有同步脉冲的采样读工作空间变量模块 具有采样率的向量脉冲模块 伪随机序列发生器模块及演示模块 均匀分布噪声发生器模块及演示模块 Gauss分布噪声发生器模块及演示模块 随机整数发生器模块及均匀分布整数演示模块 返回 CommSources 通信源库 续 Poisson分布随机整数发生器模块及演示模块 二进制向量发生器模块及演示模块 Bernoulli分布随机数发生器模块及演示模块 Rayleigh分布噪声发生器模块及演示模块 Rician分布噪声发生器模块及演示模块 返回 Modulation 调制和解调库 调制库中包含四个模块库 它们是 数字基带调制模块库 数字通带调制模块库 模拟基带调制模块库 模拟通带调制模块库 数字基带调制模块库 包含的模块有 基带MASK MultipleAmplitudeShiftKeying 多幅键控法 调制 解调及演示三个模块 基带S QASK QuadratureAmplitudeShiftKeying 正交振幅相移键控法 调制 解调及演示三个模块 基带A QASK调制 解调及演示三个模块 基带MFSK MultipleFrequencyShiftKeying 多频移键控法 调制模块 基带相干MFSK调制模块 基带非相干MFSK调制模块及演示四个模块 基带MPSK MultiplePhaseShiftKeying 多相移键控法 调制 解调及演示三个模块 返回 Modulation 调制和解调库 续1 数字通带调制模块库 包含的模块有 通带MASK调制 解调及演示三个模块 通带S QASK调制 解调及演示三个模块 通带A QASK调制 解调及演示三个模块 通带MFSK调制模块 通带相干MFSK调制模块 通带非相干MFSK调制模块及演示四个模块 通带MPSK调制 解调及演示三个模块 通带DPSK DifferentialPhaseShiftKeying 差分相移键控法 调制 解调两个模块 通带MSK MinimunPhaseShiftKeying 最小相移键控法 调制 解调两个模块 通带OQPSK OffsetQuadraturePhaseShiftKeying 偏移正交相移键控法 调制 解调两个模块 返回 Modulation 调制和解调库 续2 模拟基带调制模块库 包含的模块有 基带DSB SC DoubleSideBandShiftControl 双边频带移位控制 AM AmplitudeModulation 调幅 解调及演示三个模块 基带QAM QuadratureAmplitudeModulation 正交幅度调制 解调及演示三个模块 基带FM FrequencyModulation 调频 解调及演示三个模块 基带PM PhaseModulation 相位调制 解调及演示三个模块 基带SSB AM SingleSideBandAmplitudeModulation 单边带调幅 解调及演示三个模块 具有传输载波的基带AM 解调及演示三个模块 返回 Modulation 调制和解调库 续3 模拟通带调制模块库 包含