MATLAB_SIMULINK讲解完整版.ppt

第三章SIMULINK应用基础，3.1SIMULINK仿真环境，3.2 SIMULINK基本操作，3.3SIMULINK系统建模，3.4SIMULINK操作仿真，3.5SIMULINK模块库，3.6SIMULINK系统仿真练习，3.1SIMULINK仿真环境SIMULINK是MATLAB的一个分支产品，主要用于工程问题的建模和动态仿真。SIMULINK体现了模块化设计和系统级仿真的思想。模块化组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，使建模和仿真像积木一样简单。SIMULINK现在已经成为仿真领域的首选计算机环境。就电力系统仿真而言，原来的MATLAB编程仿真是在文本命令窗口中进行的，编程的程序是一行行的命令和MATLAB函数，不直观，难以与实际的电力模型建立形象的联系。在SIMULINK环境中，电力系统元件的模型都用框图表示，框图之间的连接线指示信号流的方向。对于用户来说，只要熟悉SIMULINK仿真平台的使用和模型库的内容，就可以用鼠标和键盘来绘制和组织系统模型，实现系统的仿真，而无需从头设计模型函数或记忆那些复杂的函数。图3-1打开SIMULINK模块库浏览器的方法。3.1.1SIMULINK模块库浏览器的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命令窗口中输入“simulink”并再次输入，或点击工具栏中的SIMULINK图标，打开SIMULINK模块库浏览器窗口，如图3-2所示。图3-2 SIMULINK模块库的浏览器窗口，包括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、显示器等子模块库。由于SIMULINK在工程仿真领域的广泛应用，各个领域的专家已经开发了通信系统、数字信号处理、电力系统、模糊控制、神经网络等20多个专业模块库。来满足需求。在图3-2的“树形结构目录窗口”中，点击每个模块库名称前面带有“”的小方框，展开二级子模块库的目录。模块窗口显示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带 ，表示图标下仍有一个三级目录。直接点击图标，在窗口的三级目录下显示模块图标。为便于描述，本书将模块库中图标表示的典型链接称为模块，由典型链接模块组成的系统仿真模型简称为模型。Simulink仿真平台从MATLAB窗口进入SIMULINK仿真平台有两种方式：(1)点击MATLAB菜单栏中的【文件新建模型】，如图3-3所示。(2)点击SIMULINK模块库浏览器窗口工具栏上的按钮。图3-3进入SIMULINK仿真平台方法1。完成上述操作后，将出现图3-4所示的SIMULINK仿真平台。模拟平台标题栏上的“未命名”代表尚未命名的新模型文件。仿真平台中的菜单栏和工具栏是SIMULINK系统仿真的重要工具。图3-4SIMULINK仿真平台，1。仿真平台菜单栏SIMULINK仿真平台中的菜单包括“文件”、“编辑”、“查看”、“仿真”、“格式”、“工具”和“帮助”。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。用鼠标选择后，可以执行菜单项命令指定的操作。其中，编辑和模拟菜单使用最频繁。各种菜单命令的等效快捷键和功能描述见附录A。2.仿真平台工具栏仿真平台工具栏可分为五类。SIMULINK 3.2.1基本操作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元素，不同的模块代表不同的功能。尺寸、放置方向、标签、属性等。每个模块可以设置一个表3-1列出了SIMULINK中模块基本操作方法的简单描述。表3-1显示了模块的基本操作方法和延续表。如图3-5所示，模块以三种方式操作：模块顺时针旋转90，标签内容被修改，标签位置被改变。2.信号线的基本操作信号线是系统模型中另一种最基本的元素。熟悉和正确使用信号线是创建模型的基础。SIMULINK中的信号线不是一个简单的连接，它具有一定的流向属性，不能反向，这表明了信号在实际模型中的流向。表3-2列出了SIMULINK中信号线基本操作方法的简单描述。除了熟悉模块和信号线的基本操作方法外，用户还应熟悉3-2系统模型本身的基本操作，包括模型文件的创建、打开、保存和注释。表3-3列出了SIMULINK中系统模型的基本操作方法的简单描述。表3-3中系统模型的基本操作方法如图3-6所示。注释文本被添加到模型中，以使模型更易读。图3-6添加注释文本的例子(a)没有注释文本；添加解释性文本，3.2.3子系统建立和封装1。子系统建立一般来说，电力系统仿真模型复杂、规模大，并且包含大量的各种模块。如果这些模块直接显示在SIMULINK仿真平台窗口中，会显得拥挤和凌乱，不利于用户建模和分析。实现相同功能或几个功能的多个模块可以组合成一个子系统，从而简化模型，并具有与其他高级语言中的子程序和功能相同的效果。在SIMULINK中创建子系统通常有两种方法。通过“子系统”模块的方法，这种方法需要在用户模型中添加一个称为子系统的子系统模块，然后在模块中添加组成子系统的各种模块。这种方法适用于采用自顶向下设计的用户。具体实现步骤如下：(1)创建新的空白模型。(2)打开“端口系统”模块库，选择“子系统”模块，并将其复制到新创建的仿真平台窗口。(3)双击“子系统”模块，打开子系统编辑窗口。系统会自动在该窗口中添加一个名为In1和Out1的输入和输出终端，它是子系统与外界联系的端口。(4)将构成子系统的所有模块添加到子系统编辑窗口，并合理安排。(5)根据需要用信号线连接模块。(6)修改外部终端标签并重新定义子系统标签，使子系统更易读。通过组合现有模块，该方法要求形成子系统所需的所有模块已经在用户模型中，并且已经进行了正确的连接。这种方法适用于采用自底向上设计的用户。具体实现步骤如下：(1)打开现有模型。(2)选择要合并到子系统中的所有对象，包括模块及其连接。(3)选择菜单编辑创建子系统命令，自动将模型转换为子系统。(4)修改外部终端标签并重新定义子系统标签，使子系统更易读。图3-6所示的模型用于通过第二种方法创建子系统，创建过程如图3-7至图3-12所示。图3-7选择组合子系统的所有对象(通过拖动鼠标来划定范围框)，图3-8转换为子系统(选择菜单编辑创建子系统)，图3-9子系统内部结构图(双击子系统图标上的鼠标按钮进入)，图3-10修改外部终端标签(点击原始标签上的鼠标按钮进入标签编辑框)，图3-11修改子系统标签图(点击原始标签上的鼠标按钮进入标签编辑框)。图3-12子系统转换结果显示，子系统创建过程相对简单，但非常有用。值得注意的是，仿真系统的信号源和输出显示模块一般不放在子系统中。2.子系统的封装所谓的“屏蔽”是将SIMULINK的子系统“封装”到一个模块中，并隐藏所有内部结构。访问模块时，只出现一个参数设置对话框，模块中所有要设置的参数都可以通过该对话框统一设置。创建子系统封装模块的主要步骤是：(1)创建子系统。(2)选择目标子系统，在仿真平台窗口菜单中选择【编辑掩膜子系统】选项，打开掩膜编辑器窗口，包含四个选项卡，如图3-13所示。图3-13包编辑器窗口，(3)使用包编辑器的不同选项卡来设置包图标、参数、初始化和文本。四个标签的主要功能如下：图标标签：用于设计包装模块的自定义图标。“绘图命令”命令窗口用MATLAB语句绘制图标的编辑区域，封装模块的图标通过填写“绘图命令”命令窗口中的函数来设置。图标标签页的常用绘图命令如表3-4所示。表3-4图标选项卡和参数选项卡的常用绘图命令：在子系统参数对话框中添加或删除变量和属性的最关键的选项卡，如图3-14所示。其中，“变量”项非常重要，必须与子系统中相应模块中设置的变量名称一致，以建立包装模块内部变量与包装对话框之间的联系。变量类型有三种：可编辑指定输入数据是可编辑的，即变量可以是用户定义的输入数据，这是最常见的类型；“复选框”指定输入数据为复选框类型，即用户只能设置是否被选中；“弹出”指定输入数据是下拉菜单类型，即输入数据不可编辑，只能从下拉菜单中提供的选项中选择。图3-14参数选项卡式页面窗口，初始化选项卡式页面：通过命令功能，允许用户在调用子系统之前通过MATLAB命令窗口设置子系统参数的初始值，也可以设置图标绘制功能的初始值。(4)文档标签页：可以设置文本描述，如包装子系统的类型、描述和帮助。“masktype”文本框中的内容将作为模块类型显示在封装模块的参数对话框中。“掩码描述”多行文本框的内容将显示在“包模块参数”对话框的上部，以描述包模块的功能和其他注意事项。在“maskhelp”多行文本框中输入有关模块的帮助。当按下参数对话框中的“帮助”按钮时，MATLAB的帮助系统将显示该软件包模块的帮助多行文本框的内容。示例3.1创建一个子系统并将其打包。子系统需要实现以下功能：y=MSIN (x) n .解决方案：(1)创建子系统。显然，子系统结构与图3-12所示的子系统结构完全一致，除了图3-12所示的子系统中的增益模块和常数模块都是固定值，而这个例子要求子系统中的两个模块是变量值。设置方法是分别双击增益模块和常数模块图标，在弹出的参数对话框中设置参数值为M和N。完整的系统模型和子系统的内部结构如图3-15所示。图3-15系统模型完成，子系统内部结构(A)系统模型完成；(2)子系统内部结构，(2)设置选项卡页面。选择目标子系统，选择仿真平台窗口菜单中的【编辑子系统】选项，在弹出的包编辑器窗口中分别设置每个选项卡页面。初始标签。为了实现模块的图标绘制，必须首先在初始标签页的初始命令区输入绘制向量的初始化命令，如图3-16(a)所示。(2)图标标签页。在图标选项卡的绘图命令区域输入如图3-16(b)所示的命令。图3-16描述了包装模块的图标(a)的初始化。(b)画一个图标，点击图3-16(b)中的“应用”按钮。子系统包装模块的图标如图3-17所示。图3-17子系统封装模块图标，图3-18参数选项卡设置，4文本选项卡。设置可以增加模块的可读性，设置后如图3-19所示。单击包编辑器窗口中的“确定”按钮，完成子系统的包过程。双击图3-17中的打包模块，弹出该模块的参数对话框，如图3-20所示。图3-19文本选项卡设置，图3-20包模块参数对话框，可见，变量字符、类型、描述以及包子系统类型、描述等设置符合要求。封装模块和SIMULINK内部模块的参数对话框的结构和特点完全一致。(3)使用包装模块。在图3-20所示的参数对话框中设置参数，即在参数设置区的“增益”和“常数”编辑框中分别输入参数设置值，如图3-21所示。在SIMULINK仿真平台窗口菜单中选择仿真开始选项，开始仿真。仿真结束后，双击图3-17中的示波器模块，弹出示波器窗口，显示系统输出信号波形，如图3-22所示。图3-21封装模块的参数设置图3-22系统仿真结果显示，在3.3SIMULINK系统建模之前，已经讨论了SIMULINK建模中的一些基本操作方法，下面将分析创建SIMULINK模型的步骤。SIMULINK系统的建模过程和具体操作步骤一般如下：(1)分析待仿真系统，确定待建模型的功能需求和结构。(2)启动模块库浏览器窗口，选择菜单中的文件新建模型选项，创建新的模型文件。(3)在模块库的浏览器窗口中找到模型所需的各个模块，分别拖拽到新建的仿真平台窗口。(4)正确布置模块，并用信号线正确连接。有几点需要注意：建模前，要对模块和信号线进行全面、清晰、细致的布置，这样可以省去建模过程中很多不必要的麻烦；(2)模块的输入端只能与上层模块的输出端相连；(3)模块的每个输入必须有一个指定的输入信号，但输出可以是空的。(5)重新标记模块和信号线。(6)根据实际需要为相应模块设置合适的参数值。(7)如有必要，可以对模型进行子系统构建和封装。(8)保存模型文件。工业控制领域中常用的温度变送器的功能是将现场温度信号转换成相应的电信号并传输给监控设备。温度变送器的温度测量范围设置为Tmin TmaxC，相应的输出为4 20ma电流信号。SIMULINK用于创建能够反映系统工作特性的仿真模型。解决方案：(1)