合肥工业大学MATLAB基础与应用课件8MATLAB Simulink仿真

第八章

MATLAB

Simulink

仿真Simulink的基本操作Simulink模块库与系统仿真Simulink子系统与模块封装Simulink仿真实例合肥工业大学《MATLAB基础与应用》8.1

Simulink的基本操作8.1.1

Simulink的启动打开MATLAB，在命令窗口输入simulink后按回车键或用鼠标单击MATLAB主窗口工具栏上的Simulink快键命令按钮，即可启动Simulink，如图8.1所示。图8.1

Simulink启动窗口8.1

Simulink的基本操作Simulink启动后会在桌面弹出Simulink模块库浏览器（Simulink

LibraryBrowser）窗口，其中左侧列出的是模块库和工具箱，右侧列出的是左侧模块对应的子模块库；如图8.2所示。图8.2

Simulink模块库浏览器窗口8.1

Simulink的基本操作8.1.2

Simulink模型窗口的建立在MATLAB主菜单中，选择File菜单中New菜单项的Simulink

Model命令，便可打开模型编辑窗口，如图8.3所示。在模型窗口中用户可通过选择模块库中的仿真模块来建模和仿真。图8.3

Simulink模型编辑窗口8.2

Simulink模块库与系统仿真8.2.1

Simulink模块库Simulink的模块库提供了大量模块。单击模块库浏览器中Simulink前面的符号，将看到Simulink模块库中包含的子模块库，单击所需要的子模块库，在右边的窗口中将看到相应的基本模块，选择所需基本模块，可用鼠标将其拖到模型编辑窗口。常见的Simulink公共模块库如图8.4所示。图8.4

Simulink公共模块库【例8.1】利用Simulink设计一个简单模型，将一时间信号输出到示波器中。解题基本步骤如下：在MATLAB中打开Simulink模块库浏览器（Simulink

Library

Browser）窗口。选择菜单File→New→Model，新建一个名为untitled的空白模型窗口。在空白模型窗口右侧的子模块窗口中，单击Source子模块库前的“+”号便可看到各种输入源模块。用鼠标单击所需的输入信号源模块Clock（时间信号），将其拖放到的空白模型窗口untitled，则Clock模块就被添加到untitled窗口；用同样的方法打开接收模块库Sinks，选择其中的Scope模块（示波器）并拖放到

untitled窗口中。在untitled窗口中，用鼠标指向Clock右侧的输出端，当光标变为十字符时，按住鼠标拖向Scope模块的输入端，松开鼠标按键，就完成了两个模块间的信号线连接，即建成了一个简单的模型，如图8.5所示。开始仿真。单击untitled模型窗口中的“开始仿真”图标，或者选择菜单Simulink→Run，则仿真开始。双击Scope模块出现示波器显示屏，结果如图8.6所示。8.2

Simulink模块库与系统仿真8.2

Simulink模块库与系统仿真图8.5

Simulink模型窗口图8.6仿真结果（8）保存模型，单击工具栏的图标，将该模型保存为Ex0801.mdl文件。8.2

Simulink模块库与系统仿真8.2.2

Simulink环境下的仿真运行1．设置仿真参数在系统仿真过程中，需先对仿真算法、输出模式等各种仿真参数进行设置，如图8.9所示。图8.9仿真参数设置对话框8.2

Simulink模块库与系统仿真启动系统仿真与仿真结果分析设置完仿真参数后，从Simulation中选择Run菜单项或单击模型编辑窗口中的快键命令按钮，便可启动对当前模型的仿真。为了观察仿真结果的变化轨迹，可以采用三种方法：把输出结果送给Scope模块或XY

Graph模块。把仿真结果送到To

File模块并作为返回变量，默认文件名的后缀为.mat，然后使用MATLAB命令画出该变量的变化曲线。把输出结果送到To

Workspace模块，将结果直接存入工作空间，然后用MATLAB命令画出该变量的变化曲线。8.2

Simulink模块库与系统仿真【例8.2】用Simulink创建一个正弦信号的仿真模型。本例解题的基本步骤如下：打开Simulink模块库浏览器（Simulink

Library

Browser）窗口，如图

8.10所示。新建一个名为untitled的空白模型窗口。图8.10

Simulink

Library

Browser8.2

Simulink模块库与系统仿真用鼠标单击Source子模块库中的输入信号源模块Sine

Wave（正弦信号），将其拖放到的空白模型窗口untitled，如图8.11所示。用同样的方法打开接收模块库Sinks，选择其中的Scope模块（示波器）并拖放到untitled窗口中。图8.11

Simulink界面8.2

Simulink模块库与系统仿真在untitled窗口中，将两个模块连接起来，建成一个简单的模型，如图8.12所示。开始仿真。单击untitled模型窗口中的“开始仿真”图标，则仿真开始。双击Scope模块出现示波器显示屏，可以看到正弦波形，如图8.13所示。图8.13仿真结果图8.12

Simulink模型窗口（7）保存模型。单击工具栏上的图标，将该模型保存为Ex0802.mdl文件。8.3

Simulink子系统与模块封装8.3.1

Simulink子系统的建立建立子系统有两种方法：通过Subsystem模块建立子系统和通过已有的模块建立子系统。通过Subsystem模块建立子系统操作步骤如下：先打开Simulink模块库浏览器，新建一个空白模型编辑窗口。打开Simulink模块库中的Ports

&

Subsystems模块库，将

Subsystem模块添加到模型编辑窗口中，如图8.14所示。双击Subsystem模块，Simulink会在当前窗口或一个新的模型窗口中打开子系统，如图8.15所示。用户可将要组合的模块添加到该窗口中，这样就建好了一个子系统。子系统窗口中的Inport模块表示来自于子系统外的输入，Export模块表示外部输出。8.3

Simulink子系统与模块封装在图8.15的基础上，再添加一个In1模块、一个Add模块，并用线连接起，如图8.16(a)所示。原来的子系统也变成了新的子系统，这个子系统表示对两个外部输入求和，并将结果通过Export模块输出到子系统外的模块，如图8.16(b)所示。图8.14

Simulink模型窗口图8.15子系统模型窗口图8.16(a)新的子系统模型窗口图8.16(b)新的子系统模型窗口8.3

Simulink子系统与模块封装【例8.3】用Simulink创建一个子系统，求n个自然数之和。基本步骤如下：打开Simulink模块库浏览器，新建一个名为untitled的空白模型窗口。添加模块。将Sources子模块库中的Constant模块、Ports

&

Subsystems模块库

中的For

Iterator

Subsystem模块、Sinks模块库中的Display模块依次添加到模型编辑窗口中并连接，如图8.17所示。打开子系统模块。双击图8.17中r

For

Iterator

Subsystem模块，打开默认子系统模块，如图8.18所示。图8.17

Simulink模型窗口图8.18默认子系统模块8.3

Simulink子系统与模块封装设置模块属性。在图8.18的模型窗口中双击ForIterator模块，将ForIterator模块参数对话框中的Statewhenstarting参数设置为reset，将Iteration

limitsource参数设置为external，并选择Show

iteration

variable复选框，如图8.19所示。在子系统中添加模块。将Commonly

Used

Blocks子模块库中的Data

TypeConversion模块、Math

Operations模块库中的Add模块、Discrete模块库中的UnitDelay模块依次添加到模型编辑窗口中并连接，如图8.20所示。图8.19模块参数设置对话框图8.20子系统模块8.3

Simulink子系统与模块封装返回主系统，双击常数模块Constant，打开参数对话框，将参数Constant

Value的值设为100，如图8.21所示。开始运行。单击untitled模型窗口中的“开始仿真”图标，结果如图8.22所示。由运行结果可知前100个自然数之和为5050，这与理论计算结果是一致的。图8.21常数模块参数设置对话框图8.22运行结果8.3

Simulink子系统与模块封装通过已有的模块建立子系统操作步骤为：先选择要建立子系统的模块，不包括输入端口和输出端口。选择模型编辑窗口Diagram菜单中的Create

Subsystem

from

Selection命令，或者按快捷键Ctrl+G，就建好了子系统，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。【例8.4】为图8.22所示子系统模块建立一个新的子系统。基本步骤如下：在图8.22中的编辑模型窗口中，单击鼠标左键并拖动，全选所有模块，如图8.23所示。单击模型编辑窗口Diagram菜单中的Create

Subsystem

from

Selection命令，

Simulink会将所选模块用Subsystem模块代替，如图8.24所示。8.3

Simulink子系统与模块封装图8.23选择子系统中全部模块图8.24新的子系统模块8.3

Simulink子系统与模块封装8.3.2

子系统的条件执行条件执行子系统也是一个子系统，但在模型中是否执行条件子系统则取决于其他条件信号。常见的有以下几种类型的条件执行子系统。1．使能子系统使能子系统（Enabled

Subsystem）模块可作为单个单元执行，用户可以按在子系统内放置Enable模块的方式来创建使能子系统，并设置使能子系统内Enable端口模块中的States

when

enabling参数来配置子系统内的模块状态，但它只有在驱动子系统使能端口的输入信号大于零时才会执行。建立使能子系统的方法是：打开Simulink模块库中的Ports

&Subsystems模块库，将Enable模块复制到子系统模型中，则系统的图标发生了变化。8.3

Simulink子系统与模块封装【例8.5】建立一个用使能子系统控制正弦信号为半波整流信号的模型。基本步骤如下：打开Simulink模块库浏览器，新建一个名为untitled的空白模型窗口。添加模块。模型以Sine

wave（正弦信号）为输入信号源，以

Enabled

Subsystem（使能子系统）为控制模块，以Scope（示波器）为接收模块，依次添加模块并连接模块，将Sine

wave模块的输出作为

Enabled

Subsystem的控制信号，模型如图8.25所示。设置模块参数。打开Enable模块对话框，如图8.26所示，States

when

enabling参数包括两个选项：held选项表示使状态保持为最近的值，reset选项表示使状态返回到初始条件。Enable模块对话框的另一个选项是Show

output

port复选框，选择这个选项表示允许用户输出使能控制信号。8.3

Simulink子系统与模块封装图8.25

使能子系统模型

图8.26

Enable模块参数设置打开使能子系统中每个Export输出端口模块的对话框，如图8.27所示。8.3

Simulink子系统与模块封装（4）开始仿真。由于EnabledSubsystem的控制为正弦信号，大于零时执行输出，小于零时就停止，因此示波器显示为半波整流信号，示波器的显示如图8.28所示。图8.27

Out1模块参数设置图8.28示波器显示的半波整流信号8.3

Simulink子系统与模块封装触发子系统触发子系统（Triggered

Subsystem）是指当触发事件发生时开始执行子系统。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8.6】建立一个用触发子系统控制正弦信号输出阶梯波形的模型。基本步骤如下：打开Simulink模块库浏览器，新建一个名为untitled的空白模型窗口。添加模块。模型以Sine

wave（正弦信号）为输入信号源，以

Triggered

Subsystem（触发子系统）为控制模块，以Scope（示波器）为接收模块，选择Sources模块库中的Pulse

Generator模块为控制信号。连接模块，将Pulse

Generator模块的输出作为Triggered

Subsystem的控制信号，模型如图8.29所示。8.3

Simulink子系统与模块封装（3）设置模块参数。打开Trigger模块的参数对话框，如图8.30所示，其中Trigger

type参数包括上升沿、下降沿、双边沿、函数调用触发。当触发事件发生时，触发子系

统不能重新设置它们的状态，任何离散模块的状态在两次触发事件之间会

一直持续下去。图8.29触发子系统模型图8.30

Trigger模块参数设置8.3

Simulink子系统与模块封装（4）开始仿真。由于Triggered

Subsystem的控制为Pulse

Generator模块的输出，示波器输出如图8.31所示。图8.31示波器显示的触发信号8.3

Simulink子系统与模块封装3．触发使能子系统所谓使能加触发子系统（Enabled

and

Triggered

Subsystem），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，即前两种子系统的综合。该系统的行为方式与触发子系统相似，但只有当使能控制信号为正值时，触发使能子系统才执行一次。8.3

Simulink子系统与模块封装8.3.3

Simulink子系统的封装所谓子系统的封装（Masking），是指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，把子系统中各模块要设置的参数设为变量进行封装，使变量可在封装系统的参数设置对话框中统一进行设置，从而不必打开每个模块进行参数设置，进而使子系统的使用更加便捷且不易出错。封装子系统的步骤：创建子系统。选择要封装的子系统并双击打开，给需要进行赋值的参数指定一个变量名。返回子系统，单击菜单栏中的Diagram选项或单击鼠标右键，选择

Mask→Create

Mask，即可打开封装对话框。在封装对话框中设置封装子系统的相关参数，主要有Icon

&

Ports、

Parameters、I