MATLAB-SIMULINK讲解完整版ppt课件VIP

第3章SIMULINK应用基础、3.1SIMULINK模拟环境3.2SIMULINK的基本操作3.3SIMULINK系统建模3.4SIMULINK运行模拟3.5SIMULINK模块库3.6SIMULINK系统3.1SIMULINK仿真环境SIMULINK是MATLAB的分支产品，主要用于实现工程问题的建模和动态仿真。 SIMULINK体现了模块设计和系统级仿真思想，采用模块相结合的方法，使用户能够快速准确地创建动态系统的计算机模型，建模仿真就像积木一样简单。 SIMULINK现在成为在仿真领域优先的计算机环境。具体而言，在电力系统模拟中，原来的MATLAB编程模拟在文本命令窗口中进行，所制作出的程序是一行命令和MATLAB函数，不是直观的，也难以将实际的电力模型与图像相关联。 在SIMULINK环境中，电力系统部件的所有模型都以框图来表示，框图之间的连接表示信号的流动方向。 如果用户熟悉SIMULINK仿真平台的使用方法和模型库的内容，则可以使用鼠标和键盘创建系统模型，实现系统仿真，从头开始设计模型函数，或者加密复杂的函数图3-1如何打开SIMULINK模块库浏览器，3.1.1SIMULINK模块库浏览器SIMULINK仿真环境包括SIMULINK模块库和SIMULINK仿真平台。 如图3-1所示，在MATLAB命令窗口中键入simulink，然后按enter键或单击工具栏上的simulink图标，将打开simulink模块库浏览器窗口，如图3-2所示。 图3-2SIMULINK模块库浏览器窗口和SIMULINK模块库有两种类型：标准模块库和专业模块库。 标准模块库是最早在MATLAB中开发的模块库，包括连续系统、非连续系统、离散系统、信号源、显示等各种子模块库。 SIMULINK在工程仿真领域应用广泛，各领域专家为满足需求，开发了通信系统、数字信号处理、电力系统、模糊控制、神经网络等20多种专业模块库。 在图3-2的“树目录”窗口中，单击每个模块库名称前面带有“”的小框，以展开辅助模块库的目录。 “模块”窗口显示了用户在“树目录”窗口中选择的模块库中包含的模块图标。 如果显示的模块图标前面有一个小框“”，则表示该图标下面有一个3级目录，直接单击该图标可在窗口中显示3级目录下面的模块图标。 为方便起见，在本说明书中，将在模块库中以图标形式表示的典型环节称为模块，将由典型的环节模块构成的系统仿真模型简称为模型。 3.1.2SIMULINK仿真平台从MATLAB窗口进入SIMULINK仿真平台的方法有以下两种： (1)点击MATLAB菜单栏的FileNewModel，如图3-3所示(单击SIMULINK模块库浏览器窗口工具栏中的按钮。图3-3进入SIMULINK仿真平台方法1，当完成上述操作时，出现图3-4所示的SIMULINK仿真平台。 模拟平台标题栏中的“untitled”表示未命名的新模型文件。 模拟平台菜单栏和工具栏是SIMULINK系统模拟的重要工具。图3-4SIMULINK的仿真平台、1 .仿真平台菜单栏SIMULINK仿真平台的菜单为“文件”、“编辑”、“视图”、“简化”、“格式” 每个主菜单项都有一个下拉菜单，下拉菜单中的每个小菜单都是一个命令，只需用鼠标选择即可执行菜单项命令中指定的操作。 其中，最常用的是编辑和模拟菜单。 相当于各菜单命令的快捷键和功能说明请参照附录a。 2 .仿真平台工具栏SIMULINK仿真平台工具栏总共分为5种。3.2SIMULINK的基本操作3.2.1模块和信号线的基本操作1 .模块的基本操作模块是系统模型中最基本的要素，不同的模块表示不同的功能。 各模块的大小、配置方向、标签、属性等可进行设定调整。表3-1简要说明了SIMULINK中模块的基本操作方法。表3-1SIMULINK中模块的基本操作方法、2 .信号线的基本操作信号线是系统模型中最基本的要素，熟悉并正确使用信号线是模型制作的基础。 SIMULINK的信号线不是单纯的连接，具有一定的流向属性，不是反向，而是表示实际模型中的信号流向。 表3-2表示SIMULINK中信号线的基本操作方法的简单说明。图3-5模块的基本操作例、表3-2SIMULINK中信号线的基本操作方法、3.2.2系统模型的基本操作不仅需要熟悉模块和信号线的基本操作方法，用户还需要熟悉SIMULINK系统模型本身的基本操作。 表3-3简要说明了SIMULINK中系统型号的基本操作方法。表3-3SIMULINK中系统模型的基本操作方法如图3-6所示，在模型中添加注释字符，使模型更加可读性。 3.2.3子系统和包装1 .子系统的构建一般来说，电力系统仿真模型复杂、规模大、包括数量庞大的各种模块。 如果这些模块直接显示在SIMULINK仿真平台的窗口中，则会变得拥挤、拥挤和不便于用户建模和分析。 实现相同功能或若干功能的多个模块被组合到单个子系统中，以简化模型，如其他高级语言的子例程或函数功能。 在SIMULINK上创建子系统通常有两种方法。 1 )在“子系统”模块的方法中，需要在用户的模型中追加被称为Subsystem的子系统模块，在该模块中追加构成子系统的各种模块。 该方法适合采用自上而下设计方式的用户，具体实现步骤如下： (1)新的空白模型。 (2)打开“端口和子系统”模块库，选择其中的“子系统”模块并将其复制到新的模拟平台窗口中。 (3)双击“子系统”模块，显示子系统编辑窗口。 In1和Out1输入端子和输出端子会自动添加到该窗口中。 这是子系统连接到外部的端口。 (4)将构成子系统的所有模块追加到子系统编辑窗口，合理配置。 (5)根据需要用信号线连接各模块。 (6)修改外部端子标签，重新定义子系统标签，使子系统可读。2 )在现有模块的组合方法中，在用户的模型中配置子系统所需的所有模块都必须已经存在并正确连接。 该方法适用于采用自下而上设计方式的用户，具体实现步骤如下： (1)打开已存在的模型。 (2)包括各模块及其连接在内，选择要耦合到子系统的所有对象。 (3)选择菜单EditCreateSubsystem命令后，模型将自动转换为子系统。 (4)修改外部端子标签，重新定义子系统标签，使子系统可读。 图3-6所示的模型以第二方式创建子系统，图3-7到3-12示出创建过程。 图3-7选择复合子系统中的所有对象(拖动以界定范围框的方法)，图3-8转换到子系统(选择菜单EditCreateSubsystem )，图3-9是子系统的内部配置图(在子系统图标上双击鼠标按钮) 图3-10显示了改变外部端子标签(在原始标签上单击鼠标按钮进入标签编辑框)并修改了图3-11子系统的标签图(在原始标签上单击鼠标按钮进入标签编辑框)后，图3-12子系统转换的结果值得注意的是仿真系统的信号源和输出显示模块通常不进入子系统之内。 2 .子系统封装是指将SIMULINK子系统“封装”到一个模块中，以隐藏所有内部结构。访问模块时只显示一个参数设置对话框，可以统一设置模块中需要设置的所有参数。 创建子系统包模块的主要步骤是： (1)创建子系统。 (2)如果选择目标子系统，然后从仿真平台的窗口菜单中选择“EditMaskSubsystem”选项，将显示Mask编辑器窗口，其中包含四个选项卡页，如图3-13所示。图3-13软件包编辑器窗口、(3)使用软件包编辑器选项卡设置软件包图标、参数、初始化和文本。 四个选项卡页的主要功能是：图标(Icon )选项卡页：用于在包模块中设计自定义图标。 “Drawingcommands”命令窗口使用MATLAB语句绘制图标的编辑区域，并在“Drawingcommands”命令窗口中输入函数设置包模块的图标。 图标标签的一般绘制命令如表3-4所示。表3-4图标标签的一般描绘指令，参数标签：最重要的标签页可以追加或删除子系统参数对话框的变量和属性。 其中，Variable项必须与子系统中对应模块设置的变量名称匹配，以便在软件包模块内部变量和软件包对话框之间建立关系。 变量类型有三个可选类别。 可编辑类型(Edit )指定输入资料为可编辑类型。 这意味着最常见的类型是用户可以自定义输入数据。“复选框类型”(Checkbox )指定输入数据为复选框类型。 也就是说，用户只能设置复选框。下拉菜单类型(Popup )指定输入数据为下拉菜单类型。 也就是说，无法编辑输入数据，只能从下拉菜单中提供的选项中进行选择。 通过、图3-14参数标签窗口、初始化标签页：命令函数，在调用子系统之前，可以在MATLAB命令窗口中进行子系统的参数值的初始设定，也可以设定图标描绘函数的初始值。 “文本”(Documentation )选项卡页：用于设置包子系统类型、说明和帮助等文本说明。 其中遮罩类型(masktype )文字方块的内容会显示为封装模组的参数对话方块中的模组类型，而封装模组描述(maskdescription )多行文字方块的内容则会显示为， 显示在封装模组参数对话方块顶端，说明封装模组的角色和其他注意事项。在封装模组说明的多行文字方块中输入模组说明，然后在参数对话方块中按一下说明按钮另外，示例3.1创建和封装子系统，并请求子系统实现y=msin(x) n的功能。 解： (1)建立子系统。 显然，该子系统结构与图3-12所示的子系统结构完全一致，但是在图3-12所示的子系统中，Gain模块和恒定模块都是恒定的，而在这个示例中，这两个模块在子系统中可以是可变值双击Gain和Constant模块的图标，设置弹出式参数对话框中将参数值设置为m和n的方式。 完成的系统模型和子系统内部结构如图3-15所示。图3-15完成的系统模型和子系统内部结构(a )制作完成的系统模型的(b )子系统内部结构、(2)设置标签页。 选择目标子系统，然后从仿真平台窗口菜单中选择“EditMaskSubsystem”选项，在弹出式包编辑器窗口中单独设置每个选项卡页。 初始标签。 为了实现模块的图标描绘，首先，如图3 (a )所示，需要在初始标签页的初始命令区域中输入描绘向量的初始命令。 图标标签。 在图标选项卡页面的绘图命令区域中，输入图3-16(b )所示的命令。图3-16绘制包模块图标(a )的初始化(b )图标，单击图3-16(b )的“应用”按钮时，子包模块图标如图3-17所示。图3-17子系统包图标、图3-18参数标签的设置、文本标签。 设定会增加模组的可读性，设定完成后如图3-19所示。单击包编辑器窗口中的“确定”(OK )按钮可终止子系统的包进程。 双击图3-17中的软件包模块，将显示该模块的参数对话框，如图3-20所示。 在、图3-19文本标签页的设置、图3-20软件包模块的参数对话框中，变量的字符、类型、说明、软件包子系统的类型、说明等设置均满足要求。 这个软件包模块和SIMULINK内部模块的参数对话框的结构和特性也完全一致。 (3)运用包装模块。 对图3-20所示的参数设定对话框进行参数设定后，如图3-21所示，在参数设定区域的“Gain”和“Constant”编辑框中分别输入参数设定值。 从SIMULINK仿真平台窗口菜单中选择“simonstarter”选项，然后开始仿真。 模拟结束后，双击图3-17的示波器模块，弹出示波器窗口，显示如图3-22所示的系统输出信号波形。图3-21软件包模块的参数设置、图3-22系统仿真的结果是，3.3SIMULINK系统建模已经描述了SIMULINK建模的基本操作方法，然后分析了创建SIMULINK模型的过程。 SIMULINK系统的建模过程和具体操作步骤一般如下： (1)分析仿真对象系统，确定构建模型的功能需求和结构。 (2)启动模块库浏览器窗口，从菜单中选择“FileNewModel”选项，创建新的模型文件。 (3)在模块库浏览器窗口中找到模型所需的各个模块，分别拖动到新的模拟平台窗口中。(4)适当排列各模块，用信号线正确连接。 在建模之前，模块和信号线在整体上都有明确、慎重的配置，因此建模时需要注意省去很多不必要的工夫模块的输入侧只能与上位模块的输出侧连接每个模块的输入端子都需要指定的输入信号，但输出端子可以是空的(5)在模块和信号线上重新贴上标签。 (6)根据实际需要在该模块中设定适当的参数值。 (7)根据需要，可以对模型进行子系统的构筑和打包处理。 (8)保存模型文件。 此外，在工业控制领域中经常使用的温度发送器的功能将现场的温度信号转换为对应的电信号，并且将电信号发送到监控装置。 该温度变送器的温度测定范围为TminTmaxC，对应的输出为420mA的电流信号。 试用SIMULINK建立反映此系统行为特性的模拟模型。 解： (1)确定要构建的