MATLAB8Simulink子系统的创建及应用.ppt

第7章Simulink子系统的创建及应用 7 1创建子系统7 1 1通过已有的模块建立子系统7 1 2通过Subsystem模块建立子系统7 2子系统的封装7 3子系统创建及封装应用实例 第7章Simulink子系统的创建及应用 对于复杂系统的Simulink仿真模型 可以把模型中完成特定功能的一部分模块组合起来 创建一个新的模块 这新的模块称为子系统 Subsystem 子系统减少了系统Simulink框图中模块数量 使模型的层次 结构及功能更加清晰 一目了然 子系统形成的新的模块 也可以被其他Simulink模型调用 具有可移植性 子系统有两种 未封装的子系统和封装的子系统 前者没有对话框 用户可以打开子系统相关模块直接设置参数 后者带有对话框 交互式地设置子系统的参数 这两种子系统在Simulink框图模型中都有应用 7 1创建子系统 仿真建立子系统有两种方法 通过已有的模块建立子系统和通过Subsystem模块建立子系统 这两种创建的子系统最后实现一模一样的功能 只不过操作顺序不同 两者的区别是 前者先将结构搭建起来 然后把相关模块封装起来建立子系统 后者先做一个封装容器 然后再封装容器中添加模块 操作步骤为 1 先选中要建立子系统的模块 不包括输入端口和输出端口 2 选择模型编辑窗口Edit菜单中的CreateSubsystem命令 这样 子系统就创建好了 在这种情况下 系统会自动把输入模块和输出模块添加到子系统中 并把原来的模块变为子系统的图标 7 1 1通过已有的模块建立子系统 例7 1 对下面的仿真模型中被选中的模块生成子系统 图7 1系统模型图 要生成子系统首先右击选中的模块 在弹出的菜单中选择CreateSubsystem命令 生成如图7 2所示 图7 2封装子系统后的模型图 操作步骤系为 1 先打开Simulink模块库浏览器 新建一个仿真模型 2 打开Simulink模块库中的Ports Subsystems模块库 将Subsystem模块添加到模型编辑窗口中 3 双击Subsystem模块 打开一个空白的Subsystem窗口 将要组合的模块添加到该窗口中 另外还要根据需要添加输入模块和输出模块 表示子系统的输入端口和输出端口 这样 一个子系统就建好了 对于简单的模型 可以采用第一种 这种操作一般不容易出错 能够顺利搭建模型 而对于复杂的系统 我们事先将模型分成若干个子系统 然后再采用第二种方法进行建模 7 1 2通过Subsystem模块建立子系统 在使用Simulink子系统建立系统模型时 常用到以下几种操作 子系统命名 命名方法与模块命名类似 是用有代表意义的文字来对子系统进行命名 有利于增强模块的可读性 子系统的编辑 用鼠标双击子系统模块的图标 打开子系统并对其进行编辑 子系统输入 使用Sources模块库中的Inport输入模块 即In1模块 作为子系统的输入端口 子系统输出 使用Sinks模块库中的Outport输出模块 即Out1模块 作为子系统的出处端口 7 2子系统的封装 所谓子系统的封装 Masking 就是为子系统定制对话框和图标 使子系统本身有一个独立的操作界面 把子系统中的各模块的参数对话框合成一个参数设置对话框 在使用时不必打开每个模块进行参数设置 这样使子系统的使用更加方便 有利于进行复杂的大系统的仿真 右击生成的子系统Subsystem模块 再选择Masksubsystem命令 弹出如7 3所示的MaskEditor参数对话框 在其中可以进行各种设置 MaskEditor参数对话框可以创建和编辑封装子系统 MaskEditor对话框中共包括4个选项卡 Icon Parameters Initialization和Documentation 子系统的封装主要就是对这4页参数进行设置 每个选项卡都可以定义封装mask的一个特性 如对例7 1中的子系统可以进行封装 Icon选项卡 允许定义模块图标 Parameters选项卡 允许定义和描述封装对话框和参数对的字符变量 Initialization选项卡 允许制定初始化命令 Documentation选项卡 允许定义封装的类型 并且设定模块的描述和帮助 Unmask按钮 解除封装 并关闭MaskEditor参数对话框 但是封装的信息仍然保留 为了恢复封装 右击选择的模块 在弹出的菜单中选择CreateMask命令 将弹出MaskEditor参数对话框 并显示以前的设置 当模型被关闭后 其中的封装信息就被清除了 OK按钮 应用所有的设定 并关闭MaskEditor参数对话框 Cancel按钮 关闭MaskEditor参数对话框 不应用所有的设定 Help按钮 显示封装帮助文档 Apply按钮 应用所作的参数设定 但是并不关闭MaskEditor参数对话框 MaskEditor参数对话框下面的5个按钮的功能 如果想查看没有封装的子系统 可以右键单击子系统 然后再弹出的菜单中选择命令 将会打开子系统 而且模块封装不会受影响 可以自定义封装子系统的图标 双击封装后的子系统 弹出参数对话框 其中对话框是自定义的 封装子系统的帮助文档都是自定义编写的 封装子系统有自己的工作区域 以上功能为模型设计带来很大方便 由此 我们可以将子系统作为一个黑匣子 用户可以不用了解其中的具体细节而可以直接使用 封装子系统具有如下功能 封装后的子系统可以作为用户的自定义模块 和普通模块一样添加到Simulink模型中应用 也可添加到模块库中以供应用 封装后的子系统可以定义自己的图标 参数和帮助文档 完全与Simulink的其它普通模块一样 双击封装后的子系统模块 弹出对话框 进行参数设置 若出现问题 可单击help按钮 但须注意的是这些帮助文件是创建者自己封装时编写的 7 3子系统创建及封装应用实例 下面通过一个实际例子来说明如何创建及封装子系统 例7 2 已知二阶系统的开环传递函数为求 1 建立Simulink仿真模型并显示开环单位阶跃响应 2 利用PID构成单位负反馈闭环系统 系数分别为 建立PID闭环控制仿真模型 3 对PID控制部分进行封装 建立子系统 解 1 从以下模块库中建立Simulink仿真模型 Sources模块库 一个Step模块 产生阶跃输入信号 参数设置如图7 4 Continuous模块库 一个TransferFcn模块 开环传递函数 参数设置如图7 5 Sinks模块库 一个Scope模块 显示响应曲线 Step模块参数设置 TransferFcn模块参数设置 在仿真参数设置窗口的Solver标签页将仿真时间设置为50秒 将以上模块进行连线和参数设置完毕后所建立仿真模型如图7 6所示 图7 6仿真模型 单击菜单Simulation 再单击Start开始仿真 从Scope模块显示中可观察到单位阶跃响应曲线如图7 7所示 图7 7Scope模块显示的单位阶跃响应曲线 2 从Scope显示的单位阶跃响应曲线可以看出系统达到稳态所需要的时间很长 因此 采用PID控制规律 建立闭环控制系统 在原有开环仿真模型的基础上 要增加以下模块 根据以下模块以及控制规律建立闭环仿真系统模型如图7 8所示 其中 Continuous模块库 一个Integrater模块 实现积分运算 参数使用系统默认 Continuous模块库 一个Derivative模块 实现微分运算 参数使用系统默认 PID闭环控制仿真模型 MathOperations模块库 2个Sum模块 进行求和运算 Sum1设置成2个输入 Sum2参数由题要求设置为3个输入 如图7 9所示 图7 9Sum2模块参数设置 Math模块库 3个Gain模块 实现比例 微分和积分的增益 参数设置如图7 10所示 三个Gain模块参数设置相似 只是将 分别设置为5 10 1即可 图7 10Gain模块参数设置 为了和开环控制结果相比较 仍然选用50秒仿真时间 仿真结果如图7 11 图7 11PID闭环控制系统的单位阶跃响应 由输出结果可见 系统采用PID控制后 单位阶跃响应时间变短 超调量变小 过度过程平稳快速 首先将图7 8中的将要作为子系统的一组模块选中 如图7 12所示 图7 12选中将作为子系统的模块 3 建立PID子模型 然后点击菜单Edit中的CreateSubsystem 或直接按Ctrl G键 则生成子系统模块 生成新的系统模型如图7 13 图7 13子系统模型 图7 14Subsystem子系统内部的模块 双击Subsystem子系统 则可看到子系统内部的模块如图 选中该模块 点击菜单Edit中的EditMask窗口 设置窗口里的标签页如图所示 对创建的Subsystem子系统封装 图7 16子系统Documentation标签页的设置 完成设置后 点击OK 则封装结束 若双击该模块 则弹出该模块的设置窗口 如图7 17所示 然后可以根据要求设置子系统参数 图7 17子系