经典Simulink动态仿真集成环境ppt课件

1、 SIMULINK动态仿真集成环境动态仿真集成环境1 Simulink操作根底操作根底2 系统仿真模型系统仿真模型3 系统的仿真系统的仿真4 运用命令操作对系统进展仿真运用命令操作对系统进展仿真5 子系统及其封装技术子系统及其封装技术6 S函数的设计与运用函数的设计与运用12.1 Simulink操作根底操作根底12.1.1 Simulink简介简介 Simulink是是MATLAB的重要组成部分，提供建立系统模型、的重要组成部分，提供建立系统模型、选择仿真参数和数值算法、启动仿真程序对该系统进展仿选择仿真参数和数值算法、启动仿真程序对该系统进展仿真、设置不同的输出方式来察看仿真结果等功能。真

2、、设置不同的输出方式来察看仿真结果等功能。12.1.2 Simulink的启动与退出的启动与退出 1Simulink的启动的启动在在MATLAB的命令窗口输入的命令窗口输入simulink或单击或单击MATLAB主窗主窗口工具栏上的口工具栏上的Simulink命令按钮即可启动命令按钮即可启动Simulink。Simulink启动后会显示启动后会显示Simulink模块库阅读器模块库阅读器Simulink Library Browser窗口。窗口。在在MATLAB主窗口主窗口File菜单中选择菜单中选择New菜单项下的菜单项下的Model命命令，在呈现令，在呈现Simulink模块库阅读器的同时

3、，还会呈现一个模块库阅读器的同时，还会呈现一个名字为名字为untitled的模型编辑窗口。在启动的模型编辑窗口。在启动Simulink模块库模块库阅读器后再单击其工具栏中的阅读器后再单击其工具栏中的Create a new model命令按命令按钮，也会弹出模型编辑窗口。利用模型编辑窗口，可以经钮，也会弹出模型编辑窗口。利用模型编辑窗口，可以经过鼠标的拖放操作创建一个模型。过鼠标的拖放操作创建一个模型。模型创建完成后，从模型编辑窗口的模型创建完成后，从模型编辑窗口的File菜单项中选择菜单项中选择Save或或Save As命令，可以将模型以模型文件的格式扩展名命令，可以将模型以模型文件的格式扩

4、展名为为.mdl存入磁盘。存入磁盘。假设要对一个曾经存在的模型文件进展编辑修正，需求翻开假设要对一个曾经存在的模型文件进展编辑修正，需求翻开该模型文件，其方法是，在该模型文件，其方法是，在MATLAB命令窗口直接输入命令窗口直接输入模型文件名不要加扩展名模型文件名不要加扩展名.mdl。在模块库阅读器窗口。在模块库阅读器窗口或模型编辑窗口的或模型编辑窗口的File菜单中选择菜单中选择Open命令，然后选择或命令，然后选择或输入欲编辑模型的名字，也能翻开曾经存在的模型文件。输入欲编辑模型的名字，也能翻开曾经存在的模型文件。另外，单击模块库阅读器窗口工具栏上的另外，单击模块库阅读器窗口工具栏上的Op

5、en a model命命令按钮或模型编辑窗口工具栏上的令按钮或模型编辑窗口工具栏上的Open model命令按钮，命令按钮，也能翻开曾经存在的模型文件。也能翻开曾经存在的模型文件。2Simulink的退出的退出为了退出为了退出Simulink，只需封锁一切模型编辑窗口和，只需封锁一切模型编辑窗口和Simulink模块库阅读器窗口即可。模块库阅读器窗口即可。12.2 系统仿真模型系统仿真模型12.2.1 Simulink的根本模块的根本模块Simulink的模块库提供了大量模块。单击模块库阅的模块库提供了大量模块。单击模块库阅读器中读器中Simulink前面的前面的“+号，将看到号，将看到Sim

6、ulink模块库中包含的子模块库，单击所需求的子模块模块库中包含的子模块库，单击所需求的子模块库，在右边的窗口中将看到相应的根本模块，选库，在右边的窗口中将看到相应的根本模块，选择所需根本模块，可用鼠标将其拖到模型编辑窗择所需根本模块，可用鼠标将其拖到模型编辑窗口。同样，在模块库阅读器左侧的口。同样，在模块库阅读器左侧的Simulink栏上栏上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中单击单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中单击Open the Simulink Libray 命令，将翻开命令，将翻开Simulink根本根本模块库窗口。单击其中的子模块库图标，翻开子模块库窗口。单击其中的子模块库图标，翻开子

7、模块库，找到仿真所需求的根本模块。模块库，找到仿真所需求的根本模块。12.2.2 模块的编辑模块的编辑1添加模块添加模块2选取模块选取模块3复制与删除模块复制与删除模块4模块外形的调整模块外形的调整 5模块名的处置模块名的处置12.2.3 模块的衔接模块的衔接1衔接两个模块衔接两个模块2模块间连线的调整模块间连线的调整3连线的分支连线的分支4标注连线标注连线5删除连线删除连线12.2.4 模块的参数和属性设置模块的参数和属性设置1模块的参数设置模块的参数设置Simulink中几乎一切模块的参数都允许用户进展设置，只需中几乎一切模块的参数都允许用户进展设置，只需双击要设置的模块或在模块上按鼠标右

8、键并在弹出的快捷双击要设置的模块或在模块上按鼠标右键并在弹出的快捷菜单中选择相应模块的参数设置命令就会弹出模块参数对菜单中选择相应模块的参数设置命令就会弹出模块参数对话框。该对话框分为两部分，上面一部分是模块功能阐明，话框。该对话框分为两部分，上面一部分是模块功能阐明，下面一部分用来进展模块参数设置。下面一部分用来进展模块参数设置。同样，先选择要设置的模块，再在模型编辑窗口同样，先选择要设置的模块，再在模型编辑窗口Edit菜单下菜单下选择相应模块的参数设置命令也可以翻开模块参数对话框。选择相应模块的参数设置命令也可以翻开模块参数对话框。2模块的属性设置模块的属性设置选定要设置属性的模块，然后在

9、模块上按鼠标右键选定要设置属性的模块，然后在模块上按鼠标右键并在弹出的快捷菜单中选择并在弹出的快捷菜单中选择Block properties，或，或先选择要设置的模块，再在模型编辑窗口的先选择要设置的模块，再在模型编辑窗口的Edit菜单下选择菜单下选择Block properties命令，将翻开模块属命令，将翻开模块属性对话框。该对话框包括性对话框。该对话框包括General、Block annotation和和Callbacks 3个可以相互切换的选项卡。个可以相互切换的选项卡。其中选项卡中可以设置其中选项卡中可以设置3个根本属性：个根本属性：Description阐明、阐明、Priorit

10、y优先级优先级 、Tag标志。标志。例例12-1 有系统的微分方程，试建立系统仿真模型。有系统的微分方程，试建立系统仿真模型。操作过程如下：操作过程如下：1 在在MATLAB主菜单中，选择主菜单中，选择File菜单中菜单中New菜单项的菜单项的Model命令，翻开一个模型编辑窗口。命令，翻开一个模型编辑窗口。2 将所需模块添加到模型中。将所需模块添加到模型中。3 设置模块参数并衔接各个模块组成仿真模型。设置模块参数并衔接各个模块组成仿真模型。设置模块参数后，用连线将各个模块衔接起来组成设置模块参数后，用连线将各个模块衔接起来组成系统仿真模型。模型建好后，从模型编辑窗口的系统仿真模型。模型建好后

11、，从模型编辑窗口的File菜单中选择菜单中选择Save或或Save as命令将它存盘。命令将它存盘。12.3 系统的仿真系统的仿真12.3.1 设置仿真参数设置仿真参数翻开系统仿真模型，从模型编辑窗口的翻开系统仿真模型，从模型编辑窗口的Simulation菜单中选菜单中选择择Simulation parameters命令，翻开一个仿真参数对话框，命令，翻开一个仿真参数对话框，在其中可以设置仿真参数。仿真参数对话框包含在其中可以设置仿真参数。仿真参数对话框包含5个可以个可以相互切换的选项卡：相互切换的选项卡：1 Solver选项卡：用于设置仿真起始和停顿时间，选择选项卡：用于设置仿真起始和停顿时

12、间，选择微分方程求解算法并为其规定参数，以及选择某些输出选微分方程求解算法并为其规定参数，以及选择某些输出选项。项。2 Workspace I/O选项卡：用于管理对选项卡：用于管理对MATLAB任务空任务空间的输入和输出。间的输入和输出。3 Diagnostics选项卡：用于设置在仿真过程中呈现各类选项卡：用于设置在仿真过程中呈现各类错误时发出警告的等级。错误时发出警告的等级。4 Advanced选项卡：用于设置一些高级仿真属性，更好选项卡：用于设置一些高级仿真属性，更好地控制仿真过程。地控制仿真过程。5 Real-time Workshop选项卡：用于设置假设干实时工选项卡：用于设置假设干实

13、时工具中的参数。假设没有安装实时工具箱，那么将不呈现该具中的参数。假设没有安装实时工具箱，那么将不呈现该选项卡。选项卡。12.3.2 启动系统仿真与仿真结果分析启动系统仿真与仿真结果分析设置完仿真参数之后，从设置完仿真参数之后，从Simulation中选择中选择Start菜单项或单菜单项或单击模型编辑窗口中的击模型编辑窗口中的Start Simulation命令按钮，便可启动命令按钮，便可启动对当前模型的仿真。此时，对当前模型的仿真。此时，Start菜单项变成不可选菜单项变成不可选, 而而Stop菜单项变成可选菜单项变成可选, 以供中途停顿仿真运用。从以供中途停顿仿真运用。从Simulatio

14、n菜单中选择菜单中选择Stop项停顿仿真后，项停顿仿真后，Start项又变成项又变成可选。可选。为了察看仿真结果的变化轨迹可以采用为了察看仿真结果的变化轨迹可以采用3种方法：种方法：1 把输出结果送给把输出结果送给Scope模块或者模块或者XY Graph模块。模块。2 把仿真结果送到输出端口并作为前往变量，然后运用把仿真结果送到输出端口并作为前往变量，然后运用MATLAB命令画出该变量的变化曲线。命令画出该变量的变化曲线。 3 把输出结果送到把输出结果送到To Workspace模块，从而将结果直接模块，从而将结果直接存入任务空间，然后用存入任务空间，然后用MATLAB命令画出该变量的变化命

15、令画出该变量的变化曲线。曲线。例例12-2 利用利用Simulink仿真曲线。仿真曲线。仿真过程如下：仿真过程如下：1 启动启动Simulink并翻开模型编辑窗口。并翻开模型编辑窗口。2 将所需模块添加到模型中。将所需模块添加到模型中。3 设置模块参数并衔接各个模块组成仿真模型。设置模块参数并衔接各个模块组成仿真模型。 设置模块参数后，用连线将各个模块衔接起来组成仿真模型。设置模块参数后，用连线将各个模块衔接起来组成仿真模型。4 设置系统仿真参数。设置系统仿真参数。5 开场系统仿真。开场系统仿真。6 察看仿真结果。察看仿真结果。例例12-3 利用利用Simulink仿真求定积分。仿真求定积分。

16、仿真过程如下：仿真过程如下：1 翻开一个模型编辑窗口。翻开一个模型编辑窗口。2 将所需模块添加到模型中。将所需模块添加到模型中。3 设置模块参数并衔接各个模块组成仿真模型。设置模块参数并衔接各个模块组成仿真模型。4 设置系统仿真参数。设置系统仿真参数。5 开场系统仿真。开场系统仿真。6 察看仿真结果。察看仿真结果。12.3.3 系统仿真实例系统仿真实例至此，可以总结出利用至此，可以总结出利用Simulink进展系统仿真的步骤如下：进展系统仿真的步骤如下：1 建立系统仿真模型，这包括添加模块、设置模块参数建立系统仿真模型，这包括添加模块、设置模块参数以及进展模块衔接等操作。以及进展模块衔接等操作

17、。2 设置仿真参数。设置仿真参数。3 启动仿真并分析仿真结果。启动仿真并分析仿真结果。例例12-4 有初始形状为有初始形状为0的二阶微分方程的二阶微分方程x+0.2x+0.4x=0.2u t, 其中其中ut是单位阶跃函数，试建立系统模型并仿是单位阶跃函数，试建立系统模型并仿真。真。方法方法1：用积分器直接构造求解微分方程的模型。：用积分器直接构造求解微分方程的模型。方法方法2：利用传送函数模块建模。：利用传送函数模块建模。方法方法3：利用形状方程模块建模。：利用形状方程模块建模。12.4 运用命令操作对系统进展仿真运用命令操作对系统进展仿真从命令窗口运转仿真的函数有从命令窗口运转仿真的函数有4

18、个，即个，即sim、simset、simget和和set_param。1sim函数函数sim函数的作用是运转一个由函数的作用是运转一个由Simulink建立的模型，其调用建立的模型，其调用格式为：格式为：t, x, y =simmodname,timespan,options,data;2simset函数函数simset 函数用来为函数用来为sim函数建立或编辑仿真参数或规定算法，函数建立或编辑仿真参数或规定算法，并把设置结果保管在一个构造变量中。它有如下并把设置结果保管在一个构造变量中。它有如下4种用法：种用法：1 options=simsetproperty,value,：把：把prope

19、rty代表代表的参数赋值为的参数赋值为value，结果保管在构造，结果保管在构造options中。中。2 options=simsetold_opstruct,property,value,：把：把已有的构造已有的构造old_opstruct由由simset产生中的参数产生中的参数property重新赋值为重新赋值为value，结果保管在新构造，结果保管在新构造options中。中。3 options=simsetold_opstruct,new_opstruct：用构：用构造造new_opstruct的值替代曾经存在的构造的值替代曾经存在的构造old_opstruct的值。的值。4 sims

20、et：显示一切的参数名和它们能够的值。：显示一切的参数名和它们能够的值。3simget函数函数simget函数用来获得模型的参数设置值。假设参数值是用一函数用来获得模型的参数设置值。假设参数值是用一个变量名定义的，个变量名定义的，simget前往的也是该变量的值而不是变前往的也是该变量的值而不是变量名。假设该变量在任务空间中不存在即变量未被赋量名。假设该变量在任务空间中不存在即变量未被赋值，那么值，那么Simulink给出一个出错信息。该函数有如下给出一个出错信息。该函数有如下3种用法：种用法：1 struct=simgetmodname：前往指定模型：前往指定模型model的的参数设置的参数

21、设置的options构造。构造。2 value=simgetmodname,property：前往指定模型：前往指定模型model的参数的参数property的值。的值。3 value=simgetoptions,property：获取：获取options构造构造中的参数中的参数property的值。假设在该构造中未指定该参数，的值。假设在该构造中未指定该参数，那么前往一个空阵。那么前往一个空阵。用户只需输入可以独一识别它的那个参数称号的前几个字符用户只需输入可以独一识别它的那个参数称号的前几个字符即可，对参数称号中字母的大小写不作区别。即可，对参数称号中字母的大小写不作区别。4set_par

22、am函数函数set_param函数的功能很多，这里只引见如何用函数的功能很多，这里只引见如何用set_param函函数设置数设置Simulink仿真参数以及如何开场、暂停、终止仿真仿真参数以及如何开场、暂停、终止仿真进程或者更新显示一个仿真模型。进程或者更新显示一个仿真模型。1 设置仿真参数设置仿真参数调用格式为：调用格式为：set_parammodname,property,value,其中其中modname为设置的模型名，为设置的模型名，property为要设置的参数，为要设置的参数，value是设置值。这里设置的参数可以有很多种，而且和是设置值。这里设置的参数可以有很多种，而且和用用si

23、mset设置的内容不尽一样，相关参数的设置可以参考设置的内容不尽一样，相关参数的设置可以参考有关资料。有关资料。2 控制仿真进程控制仿真进程调用格式为：调用格式为：set_parammodname,SimulationCommand,cmd其中其中mode为仿真模型称号，而为仿真模型称号，而cmd是控制仿真进程的各个命是控制仿真进程的各个命令，包括令，包括start、stop、pause、comtinue或或update。在运用这两个函数的时候，需求留意必需先把模型翻开。在运用这两个函数的时候，需求留意必需先把模型翻开。 12.5 子系统及其封装技术子系统及其封装技术12.5.1 子系统的建立

24、子系统的建立建立子系统有两种方法：经过建立子系统有两种方法：经过Subsystem模块建立子系统和模块建立子系统和经过已有的模块建立子系统。两者的区别是：前者先建立经过已有的模块建立子系统。两者的区别是：前者先建立子系统，再为其添加功能模块；后者先选择模块，再建立子系统，再为其添加功能模块；后者先选择模块，再建立子系统。子系统。1经过经过Subsystem模块建立子系统模块建立子系统操作步骤为：操作步骤为：1 先翻开先翻开Simulink模块库阅读器，新建一个仿真模型。模块库阅读器，新建一个仿真模型。2 翻开翻开Simulink模块库中的模块库中的Ports & Subsystems模块库，模

25、块库，将将Subsystem模块添加到模型编辑窗口中。模块添加到模型编辑窗口中。3 双击双击Subsystem模块翻开一个空白的模块翻开一个空白的Subsystem窗口，窗口，将要组合的模块添加到该窗口中，另外还要根据需求添加将要组合的模块添加到该窗口中，另外还要根据需求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。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。这样，一个子系统就建好了。2经过已有的模块建立子系统经过已有的模块建立子系统操作步骤为：操作步骤为：1 先选择要建立子系统的模块，不包括输入端口和输出先选择要建立子系统的模块，不包括输入端口和输

26、出端口。端口。2 选择模型编辑窗口选择模型编辑窗口Edit菜单中的菜单中的Create Subsystem 命命令，这样，子系统就建好了。在这种情况下，系统会自动令，这样，子系统就建好了。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。变为子系统的图标。例例12-5 PID控制器是在自动控制中经常运用的模块，试建立控制器是在自动控制中经常运用的模块，试建立PID控制器的模型并建立子系统。控制器的模型并建立子系统。步骤如下：步骤如下：1 先建立先建立PID控制器的模型。控制器的模型。2 建立子系统。建立

27、子系统。12.5.2 子系统的条件执行子系统的条件执行1使能子系统使能子系统建立使能子系统的方法是：翻开建立使能子系统的方法是：翻开Simulink模块库中的模块库中的Ports & Subsystems模块库，将模块库，将Enable模块复制到子系统模型中，模块复制到子系统模型中，那么系统的图标发生了变化。那么系统的图标发生了变化。例例12-6 利用使能子系统构成一个正弦半波整流器。利用使能子系统构成一个正弦半波整流器。操作步骤如下：操作步骤如下：1 翻开翻开Simulink模块库阅读器并新建一个仿真模型。模块库阅读器并新建一个仿真模型。2 将将Sine Wave、Enabled Subsy

28、stem、Scope 3个模块拖个模块拖至新翻开的模型编辑窗口，衔接各模块并存盘。其中使能至新翻开的模型编辑窗口，衔接各模块并存盘。其中使能信号端接信号端接Sine Wave模块。模块。为了便于比较，除显示半波整流波形外，还显示正弦波，故为了便于比较，除显示半波整流波形外，还显示正弦波，故在示波器属性窗口将在示波器属性窗口将Number of axes设置为设置为2。使能子系统建立好后，可对使能子系统建立好后，可对Enable模块进展参数设置。模块进展参数设置。 3 选择选择Simulink菜单中的菜单中的Start命令，就可看到半波整流命令，就可看到半波整流波形和正弦波形。波形和正弦波形。2

29、触发子系统触发子系统触发子系统是指当触发事件发生时开场执行子系统。与使能触发子系统是指当触发事件发生时开场执行子系统。与使能子系统相类似，触发子系统的建立要把子系统相类似，触发子系统的建立要把Ports & Subsystems模块库中的模块库中的Trigger模块添加到子系统中或直接模块添加到子系统中或直接选择选择Triggered Subsystem模块来建立触发子系统。模块来建立触发子系统。例例12-7 利用触发子系统将一锯齿波转换成方波。利用触发子系统将一锯齿波转换成方波。操作步骤如下：操作步骤如下：1 用用Signal Generator、Triggered Subsystem和和S

30、cope模模块构成子系统。块构成子系统。2 选择选择Simulink菜单中的菜单中的Start命令，就可看到波形。命令，就可看到波形。3使能加触发子系统使能加触发子系统所谓使能加触发子系统就是把所谓使能加触发子系统就是把Enable和和Tirgger模块都加到子模块都加到子系统中，使能控制信号和触发控制信号共同作用子系统的系统中，使能控制信号和触发控制信号共同作用子系统的执行，也就是前两种子系统的综合。该系统的行为方式与执行，也就是前两种子系统的综合。该系统的行为方式与触发子系统类似，但只需当使能信号为正时，触发事件才触发子系统类似，但只需当使能信号为正时，触发事件才起作用。起作用。 12.5.3 子系统的封装子系统的封装所谓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，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，把子系统和图标，使子系统本身有一个