第7章-MATLAB仿真与应用总结.ppt

第7章MATLAB仿真与应用,第7章MATLAB仿真与应用,学习目标了解MATLAB仿真的作用；了解MATLAB仿真的常见模块；理解MATLAB仿真的基本方法；掌握MATLAB仿真的一般步骤和MATLAB仿真的一些常见应用,7.1Simulink概述,Simulink提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，只需通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点。Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。,7.1.1Simulink简介,Simulink是实现动态系统建模、仿真的一个集成环境支持线性和非线性系统，连续时间、离散时间，或两者的相结合的仿真，而且系统可以是多进程的Simulink把MATLAB的许多功能都设计成一个个直观的功能模块,7.1.2Simulink相关产品,MathWorks公司提供了几十种系统仿真模块，这些相关的仿真能够帮助用户实现各种各样的仿真任务。了解更多相关的信息可以采用以下两个途径：（1）如果在安装MATLAB软件的时候安装有在线帮助文档的话可以查看帮助文档。（2）可以访问MathWorks的官方网站,表7-1MATLAB仿真模块,7.1.3一个使用Simulink的小例子,在这个例子中，用Simulink来实现两个正弦信号的相加，即计算。操作步骤如下：（1）在MATLAB的命令窗口中输入Simulink，按【Enter】键（2）在功能模块函数库窗口中，选择FileNewModel命令（3）在功能模块函数库窗口中双击Sources或者单击模块浏览器中Simulink前面的“+”号，在Simulink基本模块库中找到Sources，打开一个子函数库（4）在Sinks接收子模块中，把示波器Scope添加到模型窗口中,（5）编辑模块组成模型（6）将整个模型连接起来（7）进行系统仿真,7.2功能模块函数库介绍,Simulink的模块库中提供了大量用于各种应用范畴的模块，但各类模块的基本类型是一样的。在命令窗口中输入Simulink，按【Enter】键，打开功能模块函数窗口。可以看到窗口的左边是一个树状目录，右边就是进行仿真设计时常用的、最基本的功能模块函数库，它包括：CommonlyUsedBlocks模块库：提供一些常用的仿真模块。Continuous模块库：为仿真提供（连续的）线性元件。Discontinuities模块库：为仿真提供一些不连续的非线性的模块。Discrete模块库：为仿真提供常用的离散仿真模块。LogicandBitOperations模块库：为仿真提供一些常见的逻辑运算和位运算模块。LookupTables模块库：为仿真提供一些常见的查找表模块。,Math模块库：为仿真提供数学运算功能元件。ModelVerification模块库：提供一些信号检查或者模型检测的模块。Model-WideUtilities模块库：为仿真提供一些公共的文本或信息显示模块。Ports&Subsystems模块库：为仿真提供子系统端口和模块。SignalAttributes模块库：为仿真提供常用的数据类型转换的模块。图7-7输入源模块库SignalRouting模块库：为仿真提供信号和数据操作模块。Sinks模块库：提供输出设备元件。Sources模块库：为仿真提供各种信号源。User-DefinedFunctions模块库：为仿真提供用户自定义函数的模块。Function&Tables模块库：为仿真提供特定的功能函数。AdditionalMath&Discrete模块库：提供附加的数学和离散模块。,7.2.1输入源模块库,7.2.2接收模块,7.2.3连续系统模块,7.2.4数学运算模块,7.3Simulink模块的操作,Simulink进行仿真的本质就是用模块构成模型，因此模块操作是Simulink仿真中十分重要的一个环节，本节主要对各个模块的详细操作进行简单介绍。,7.3.1添加和选取模块,1添加模块当要把一个模块添加到模型中时，首先在Simulink模块库中找到它，然后在模块库中单击该模块，不要释放鼠标，将这个模块拖动到模型窗口中即可。2选取模块当模块已经位于模型窗口中时，只要用鼠标在这个模块上单击就可以选中该模块，这时模块上出现一个黑色的小方块，这些小方块就是该模块的关键点，拖动这些黑色的小方块可以改变模块的大小。,7.3.2模块的复制和删除,1复制模块在同一个模型窗口中复制模块时，按住【Ctrl】键不放，按下鼠标左键不放，拖动该模块，在拖动过程中，会显示该模块的虚框和一个加号，最后将模块放到合适的位置，释放鼠标和【Ctrl】键即可。2删除模块选定模块，选择EditCut命令，将模块剪切到剪切板；在右键快捷菜单中选择Clear命令将模块彻底删除，也可以使用【Delete】键进行彻底删除。右击模块，在弹出菜单中也有相应命令。,7.3.3模块属性和参数的设置,1模块参数的设置选中要设置参数的模块，选择SimulationConfigurationParameters命令，打开仿真的环境参数对话框左边树形列表框内分为七大项，分别是:SolverDataImport/ExportOptimizationDiagnosticsHardwareImplementationModelReferencingReal-TimeWorkshop,2模块属性的设置选定要设置属性的模块，然后选择EditBlockProperties命令，将得到属性设置对话框。各项属性的意义：（1）Description（说明）文本框（2）Priority（优先级）文本框（3）Tag（标记）文本框,7.3.4模块间连线,1连接两个模块方法是先移动鼠标到输出端，鼠标的箭头会变成十字光标，这时按住鼠标左键不放，拖动鼠标到另一个模块的输入端，当十字形光标出现“重影”时，释放鼠标即可完成连接。2模块间连线的调整单击连线选中该连线。这时会看到线上的一些黑色小方块，这些是连线的关键点。在关键点按住鼠标左键不放，拖动鼠标即可改变连线的走向。,3连线的分支先按下【Ctrl】键，然后按住鼠标左键不放，将连线拖动到目标模块，释放鼠标和【Ctrl】键即可。4标注连线双击某一条连线，可以打开一个文本框，在里面输入标注文字，按【Esc】键确定。我们还可以将这个文本框拖动到合适的位置。,7.4自定义功能模块,Simulink不仅给用户提供了大量现成的功能模块，可以让用户方便地实现各种仿真功能。还给用户提供了自定义模块，可以让用户根据自己的实际需求的不同，定义自己专用的功能模块。,7.4.1自定义功能模块的生成,自定义功能模块就是根据我们的需要自己“加工”所需要的功能模块。主要有两种方法：（1）在设计好一个具有某种功能的Simulink程序时，把程序中的所有功能模块都选中，然后右击鼠标，在弹出快捷菜单中选择CreateSubsystem命令，则一个自定义的功能模块就产生了。（2）选中模块库中的Subsystems模块，在打开的菜单中把Subsystem模块复制到设计区，双击设计区的Subsystem模块就会出现Subsystem的设计区域。在此设计区域进行设计，并把in和out两个模块放在输入端和输出端，返回上一层设计区域，于是一个自定义的功能模块就产生了。,需要注意的有以下几点：从子设计区域返回上一层设计区域，可以选择ViewGoToParent命令。在打开模块库的Subsystem时，可以看到许多可以自定义功能模块的模块，Subsystem只是其中的一个。这些模块都分别有自己的适用范围，不同的情况下设计自定义功能模块时，选用不同的模块。可以改变自定义功能模块的图标以及给自定义功能模块添加说明文档，设置自定义模块的初始选项卡。这些将在后面的范例中进行说明,7.4.2自定义功能模块选项卡的设置,选中自定义的功能模块，然后右击，在弹出的快捷菜单中选择Editmask命令或者选择所在窗口中的EditEditmask命令都可以打开选项卡。如果刚设计好的功能模块还没有设置选项卡，在菜单中的Editmask命令将不会出现，出现的是Masksubsystem命令。,7.5Simulink仿真的应用,Simulink仿真的应用领域非常广泛，如数字电路、数字信号处理、通信仿真、电力系统仿真、宇航仿真等各个领域。脉冲和数字技术广泛应用于电视、雷达、计算机、自动化、通信等各个方面。由于数字系统中高低电平分别用0和1表示，因此数字电路问题往往可以转化为一个数字上的逻辑问题。MATLAB提供了逻辑运算模块和各种触发器模块，可以方便地进行数字电路设计和仿真。,11位全加器的设计,首先设计1位的不带进位的加法器，有时也成为半加器。如果用A、B表示两个输入的加数，S表示相加的和（注意，由于不带进位，所以这里S也是一位的二进制数），这个半加器的逻辑表达式如下：,1位的二进制的全加器。所谓全加器，就是带进位输入和进位输出的加法器。1位全加器有3个输入，分别是加数A、B和来自低位的进位C；还有2个输出端，分别是和数S以及向高位进位D。一位全加器的输入输出逻辑表达式如下：,从逻辑表达式中可以看出，和数S的逻辑形式相当复杂，如果用基本的逻辑门（与门、或门、非门）来实现，需要4个与门，3个或门，还有6个非门。但是如果将S进行一次变形，会发现S的表达式原来如此简单：,实现了一位全加器后，就可以很轻松地得到4位全加器。只要将4个1位全加器级联起来，前一个的高位进位端D送入后一个的地位进位端C，就可以实现4位数的相加了。这其实就是利用了进位端，将4个1位全加器分别用于个位、十位、百位、千位上的运算。,2用Simulink实现4位全加器,（1）添加模块：首先从MATLAB命令窗口运行Simulink，然后新建一个电路模型。这个电路中只需要:逻辑运算（SimulinkCommonlyUsedBlocksLogicalOperator）离散脉冲源（SimulinkSourcesPulseGenerator）示波器（SimulinkSinksScope）以及子系统（SimulinkCommonlyUsedBlocksSubsystem）。,（2）修改模块参数：首先要完成逻辑部分的电路。将逻辑运算模块复制到5个，其中3个设为2