第7章Simulink动态仿真集成环境ppt课件

1、第7章 SIMULINK动态仿真集成环境主要内容 Simulink操作根底系统仿真模型系统的仿真子系统及其封装技术运用命令操作对系统进展仿真S函数的设计与运用7.1 Simulink操作根底7.1.1 Simulink简介 Simulink是MatLab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真、设置不同的输出方式来察看仿真结果等功能。Simulink是MatLab的仿真工具箱，可以用来对动态系统进展建模与仿真分析，支持离散、延续以及线性和非线性的系统，也支持具有多种采样速率的系统。 Simulink是面向框图的仿真软件，具有以下功能：1用绘制方框图

2、替代编写程序。2智能化地建立和运转仿真。3顺应面广，包括线性、非线性系统；延续、离散及混合系统；单义务、多义务离散事件系统。7.1.2 Simulink的启动与退出 1Simulink的启动 在MATLAB的命令窗口输入simulink或单击MATLAB主窗口工具栏上的Simulink命令按钮即可启动Simulink。Simulink启动后会显示Simulink模块库阅读器(Simulink Library Browser)窗口。Simulink的文件操作方式非常灵敏，常用的文件操作有新建文件、翻开文件和保管文件三种。新建仿真模型文件有以下三种方法：1在MATLAB的命令窗口选择菜单FileN

3、ewModel。2在Simulink模块库阅读器窗口选择菜单FileNewModel，或者单击工具栏的图标。3在Simulink模型窗口选择菜单FileNewModel，或者单击工具栏的图标。翻开仿真模型文件有以下四种方法：1在MATLAB的命令窗口直接输入不加扩展名的文件名，该文件必需在当前搜索途径中。2在MATLAB的命令窗口选择菜单FileOpen或者单击工具栏的图标翻开文件。3在Simulink模块库阅读器窗口选择菜单FileOpen或者单击工具栏的图标翻开.mdl文件。4在Simulink模型窗口中选择菜单FileOpen或者单击工具栏的图标翻开文件。保管文件 模型创建修正编辑完成后

4、，从模型编辑窗口的File菜单项中选择Save或Save As命令，可以将模型以模型文件的格式(扩展名为.mdl)存入磁盘。2Simulink的退出为了退出Simulink，只需封锁一切模型编辑窗口和Simulink模块库阅读器窗口即可。7.2 系统仿真模型7.2.1 Simulink的根本模块Simulink的模块库提供了大量模块。单击模块库阅读器中Simulink前面的“+号，将看到Simulink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Simulink栏上单击鼠标右键，在弹

5、出的快捷菜单中单击Open the Simulink Libray 命令，将翻开Simulink根本模块库窗口。单击其中的子模块库图标，翻开子模块库，找到仿真所需求的根本模块。Simulink 6.5的根本模块库包括16个子模块库，常用的模块库:常用的模块子库Commonly Used Blocks延续模块子库Continuous离散模块子库Discrete逻辑和位操作模块子库logic and bit operation查表函数模块子库lookup Tables普通数学函数子库Math信宿模块子库Sinks信源模块子库(Sources) 用户定义的函数模块子库(User_defined Fu

6、nctions) 端口与子系统(Ports & Subsystems)一个典型的Simulink仿真模型由以下3种类型的模块构成。 1.信号源模块 信号源为系统的输入，包括常数信号源、函数信号发生器如正弦波和阶跃函数等查看表7.2。 2.被模拟的系统模块 系统模块作为仿真的中心模块，是仿真建模所要处理的主要问题。 3.输出显示模块 系统的输出由显示模块接纳。输出显示的方式包括图形、示波器和输出到文件3种，详细见表7.3。7.2.2 模块的编辑1添加模块2选取模块3复制与删除模块4模块外形的调整 5模块名的处置7.2.3 模块的衔接1衔接两个模块2模块间连线的调整3连线的分支4标注连线5删除连线

7、7.2.4 模块的参数和属性设置1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。同样，先选择要设置的模块，再在模型编辑窗口Edit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。2模块的属性设置 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Block properties，或先选择要设置的模块，再在模型编辑窗口的Edit菜单下选择Block prope

8、rties命令，将翻开模块属性对话框。该对话框包括General、Block annotation和Callbacks 3个可以相互切换的选项卡。其中选项卡中可以设置3个根本属性：Description(阐明)、Priority(优先级) 、Tag(标志)。例7-1 有系统的模块，试建立系统仿真模型。操作过程如下：(1) 在MATLAB主菜单中，选择File菜单中New菜单项的Model命令，翻开一个模型编辑窗口。(2) 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File菜单中选

9、择Save或Save as命令将它存盘。7.3 系统的仿真7.3.1 设置仿真参数翻开系统仿真模型，从模型编辑窗口的Simulation菜单中选择Simulation parameters命令设置仿真参数。仿真参数包含7个可以相互切换的选项卡：(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。(2) Data Import /Export选项卡：用于设置Simulink与MATLAB任务空间交换数据的有关选项。(3)Optimization:用于设置仿真的优化参数。(4) Diagnostics选项卡：用于设置在仿真过程中出现各类

10、错误时发出警告的等级。(5) Hardware Implementation选项卡：用于设置仿真硬件特性。(6) Model Referencing：用于设置模型援用的有关参数。(7) Real-time Workshop选项卡：用于设置假设干实时工具中的参数。假设没有安装实时工具箱，那么将不出现该选项卡。7.3.2 启动系统仿真与仿真结果分析 设置完仿真参数之后，从Simulation中选择Start菜单项或单击模型编辑窗口中的Start Simulation命令按钮，便可启动对当前模型的仿真。此时，Start菜单项变成不可选, 而Stop菜单项变成可选, 以供中途停顿仿真运用。从Simul

11、ation菜单中选择Stop项停顿仿真后，Start项又变成可选。为了察看仿真结果的变化轨迹可以采用3种方法：(1) 把输出结果送给Scope模块或者XY Graph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MATLAB命令画出该变量的变化曲线。 (3) 把输出结果送到To Workspace模块，从而将结果直接存入任务空间，然后用MATLAB命令画出该变量的变化曲线。例7-2 利用Simulink仿真曲线。仿真过程如下：(1) 启动Simulink并翻开模型编辑窗口。(2) 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。 设置模块参数后，用连线将各

12、个模块衔接起来组成仿真模型。(4) 设置系统仿真参数。(5) 开场系统仿真。(6) 察看仿真结果。例7-3 利用Simulink仿真求定积分。仿真过程如下：(1) 翻开一个模型编辑窗口。(2) 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。(4) 设置系统仿真参数。(5) 开场系统仿真。(6) 察看仿真结果。7.3.3 系统仿真实例至此，可以总结出利用Simulink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、设置模块参数以及进展模块衔接等操作。(2) 设置仿真参数。(3) 启动仿真并分析仿真结果。例7-4运用simulink产生一个5s时出现的

13、单位阶跃输入信号，并在示波器中显示出来。例7-5产生一个6sin(t)和sin(6t)叠加的信号，而且还叠加了功率谱为1的限带宽白噪声。另外，课本例7.3和7.47.4 子系统及其封装技术7.4.1 子系统的建立 建立子系统有两种方法：经过Subsystem模块建立子系统和直接生成子系统即是对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；后者先建立好系统模型，再创建子系统。1经过Subsystem模块建立子系统操作步骤为：(1) 先翻开Simulink模块库阅读器，新建一个仿真模型。(2) 翻开Simulink模块库中的Ports & Subsystems模块库，

14、将Subsystem模块添加到模型编辑窗口中。(3) 双击Subsystem模块翻开一个空白的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。这样，一个子系统就建好了。2经过已有的模块建立子系统操作步骤为：(1) 先选择要建立子系统的模块，不包括输入端口和输出端口。(2) 选择模型编辑窗口Edit菜单中的Create Subsystem 命令，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，并把原来的模块变为子系统的图标。7.4.2 子系统的条件执行1使能子系统 建立使能子系统的方法

15、是：翻开Simulink模块库中的Ports & Subsystems模块库，将Enable模块复制到子系统模型中，那么系统的图标发生了变化。例7-6 利用使能子系统构成一个正弦半波整流器。操作步骤如下：(1) 翻开Simulink模块库阅读器并新建一个仿真模型。(2) 将Sine Wave、Enabled Subsystem、Scope 3个模块拖至新翻开的模型编辑窗口，衔接各模块并存盘。其中使能信号端接Sine Wave模块。为了便于比较，除显示半波整流波形外，还显示正弦波，故在示波器属性窗口将Number of axes设置为2。使能子系统建立好后，可对Enable模块进展参数设置。 (

16、3) 选择Simulink菜单中的Start命令，就可看到半波整流波形和正弦波形。2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。与使能子系统相类似，触发子系统的建立要把Ports & Subsystems模块库中的Trigger模块添加到子系统中或直接选择Triggered Subsystem模块来建立触发子系统。例7-7 利用触发子系统将一锯齿波转换成方波。操作步骤如下：(1) 用Signal Generator、Triggered Subsystem和Scope模块构成子系统。(2) 选择Simulink菜单中的Start命令，就可看到波形。3使能加触发子系统 所谓使能加触发

17、子系统就是把Enable和Tirgger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，触发事件才起作用。 7.4.3 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，在运用时不用翻开每个模块进展参数设置，这样使子系统的运用更加方便。子系统的封装过程很简单，先选中所要封装的子系统，再选择模型编辑窗口Edit菜单中的Mask subsystem命令，这时将出现封装编辑器(Ma

18、sk Editor)对话框。Mask Editor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页参数进展设置。7.5 运用命令操作对系统进展仿真在命令窗口中常用的Simulink模型文件操作有三种：创建新模型、翻开模型和保管模型。 1、创建新模型new_system命令用来在MATLAB的任务空间创建一个空白的Simulink模型,调用格式为：new_system(newmodel,option) 其中newmodel为模型名；option选项可以是library和model两种，也可以省略，默以

19、为model。2、翻开模型open_system命令用来翻开逻辑模型，在Simulink模型窗口显示该模型,调用格式为：open_system(model) 例如在命令窗口输入语句open_system(L7_2)，翻开已建立的L7_2模型文件。3、保管模型save_system命令用来保管模型为模型文件，扩展名为mdl,调用格式为：save_system(model,文件名)其中model为模型名可省略，假设不给出模型名，那么自动保管当前的模型；文件名指保管的文件名，是字符串，也可省略，假设不省略那么保管为新文件。Simulink模型文件编辑过程只需添加/删除模块和信号线即可。1 添加模块运

20、用add_block命令在翻开的模型窗口中添加新模块,调用格式为：add_block(源模块名，目的模块名,属性名1,属性值1，属性名2,属性值2,)其中源模块名为一个知的库模块名，或在其它模型窗口中定义的模块名，Simulink自带的模块为内在模块。例如正弦信号模块为built-in/Sine Wave，目的模块名为在模型窗口中运用的模块名。2 添加信号线模块需求用信号线衔接起来，添加信号线运用add_line命令,add_line命令的调用格式为：add_line(模块名,起始模块名/输出端口号, 终止模块名/输入端口号)add_line(模块名,m)其中模块名为在模型窗口中的模块名；m为

21、有两列元素的矩阵，每列给出一个转机点坐标。3 删除模块运用delete_block命令在翻开的模型窗口中删除指定的模块,调用格式为：delete_block(源模块名)其中源模块名为一个知的库模块名，或在其它模型窗口中定义的模块名。 4 删除信号线删除信号线运用delete_line命令,调用格式为：delete_line(模型名, 终止模块名/输入端口号,起始模块名/输出端口号)其中模型名为在模型窗口中的模型名。从命令窗口运转仿真的函数有4个，即sim、simset、simget和set_param。1sim函数sim函数的作用是运转一个由Simulink建立的模型，其调用格式为：t, x,

22、 y =sim(modname,timespan,options,data); 通常情况，除了modname参数外，其他参数均是空集，运用系统模型默许属性设置。 t, x, y =sim(six,5);%设置模型six仿真终止时间5s，仿真输出时间向量由默许求解算法决议。 t, x, y =sim(six,0:0.01:5)%设置模型six仿真起始时间为0，终止时间5s，时间间隔为0.01s。2simset函数 经过simset 命令了解仿真参数的根本含义它有如下4种用法：(1) options=simset(property,value,)：把property代表的参数赋值为value，结果

23、保管在构造option中。(2) options=simset(old_opstruct,property,value,)：把已有的构造old_opstruct(由simset产生)中的参数property重新赋值为value。 (3) options=simset(old_opstruct,new_opstruct)：用构造new_opstruct的值替代曾经存在的构造old_opstruct的值。(4) simset：显示一切的参数名和它们能够的值。3simget函数 simget函数用来获得模型的参数设置值。该函数有如下3种用法：(1) struct=simget(modname)：前往

24、指定模型model的参数设置的options构造。(2) value=simget(modname,property)：前往指定模型model的参数property的值。(3) value=simget(options,property)：获取options构造中的参数property的值。假设在该构造中未指定该参数，那么前往一个空阵。4set_param函数set_param函数的功能很多，这里只引见如何用set_param函数设置Simulink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。(1) 设置仿真参数set_param(modname,property,value,) (2) 控制仿真进程set_param(modname,SimulationCommand,cmd)其中cmd是控制仿真