3Matlab语言与应用Simulink

1、Simulink,仿真集成环境SIMULINK（.avi）,建模、仿真和分析动态多维系统的交互工具,1 启用Simulink并建立系统模型 2 Simulink模块库简介与使用 3 构建Simulink框图 4 使用Simulink进行简单的仿真,启用Simulink并建立系统模型,启动Simulink有两种方式： (1) 用命令行方式启动Simulink。即在MATLAB的命令窗口中直接键入如下命令： simulink (2) 使用工具栏按钮启动Simulink。即用鼠标单击MATLAB工具栏中的Simulink按钮。,启动Simulink，建立系统模型的基本操作,Simulink的模块库浏

2、览器,Simulink公共模块库 Simulink公共模块库是Simulink中最为基础、最为通用的模块库，它可以被应用到不同的专业领域中。Simulink公共模块库共包含9个模块库。,Simulink的公共模块库,连续系统模块库及其功能,离散系统模块库及其功能,函数与表库及其功能,数学运算库及其能,非线性系统模块库及其功能,信号与系统模块库及其功能,系统输出模块库及其功能,子系统模块库及其功能,专业模块库,模块选择 这里用一个非常简单的例子介绍如何建立动态系统模型。此简单系统的输入为一个正弦波信号，输出为此正弦波信号与一个常数的乘积。要求建立系统模型，并以图形方式输出系统运算结果。已知系统的

3、数学描述为 系统输入： ,t0 系统输出：,构建Simulink框图,启动Simulink并新建一个系统模型文件。欲建立此简单系统的模型，需要如下的系统模块（均在Simulink公共模块库中）： (1) 系统输入模块库Sources中的Sine Wave模块：产生一个正弦波信号。 (2) 数学库Math中的Gain模块：将信号乘上一个常数（即信号增益）。 (3) 系统输出库Sinks中的Scope模块：图形方式显示结果。 选择相应的系统模块并将其拖到新建的系统模型中，如图所示。,选择系统所需模块,在选择构建系统模型所需的所有模块后，需要按照系统的信号流程将各系统模块正确连接起来。连接系统模块的

4、步骤如下： (1) 将光标指向起始块的输出端口，此时光标变成“+”。 (2) 单击鼠标左键并拖动到目标模块的输入端口，在接近到一定程度时光标变成双十字。这时松开鼠标键，连接完成。完成后在连接点处出现一个箭头，表示系统中信号的流向。,系统模块之间的连线,在Simulink的新版本中，连接系统模块还有如下更有效的方式： (1) 使用鼠标左键单击起始模块。 (2) 按下Ctrl键，并用鼠标左键单击目标块。,模块操作 1. 模块的复制 如果需要几个同样的模块，可以使用鼠标右键单击并拖动某个块进行拷贝。也可以在选中所需的模块后，使用Edit菜单上的 Copy 和Paste 或使用热键Ctrl+C和Ctr

5、l+V完成同样的功能。,模块的复制,2. 模块的插入 如果用户需要在信号连线上插入一个模块，只需将这个模块移到线上就可以自动连接。注意这个功能只支持单输入单输出模块。对于其他的模块，只能先删除连线，放置块，然后再重新连线。,系统模块的插入,3. 连线分支与连线改变 在某些情况下，一个系统模块的输出同时作为多个其它模块的输入，这时需要从此模块中引出若干连线，以连接多个其它模块。对信号连线进行分支的操作方式为：使用鼠标右键单击需要分支的信号连线（光标变成“+”），然后拖动到目标模块。,图4.17 连线分支与连线改变,运行仿真 1. 系统模块参数设置与系统仿真参数设置 系统模块参数的设置方法如下：

6、(1) 双击系统模块，打开系统模块的参数设置对话框。 (2) 在参数设置对话框中设置合适的模块参数。,系统模块参数设置,2. 运行仿真 当对系统中各模块参数以及系统仿真参数进行正确设置之后，单击系统模型编辑器上的Play图标（黑色三角）或选择Simulation菜单下的Start便可以对系统进行仿真分析。采用上述的模块参数设置与默认的仿真参数进行仿真。仿真结束后双击Scope模块以显示系统仿真的输出结果。,图4.20 系统仿真及结果输出,设计Simulink框图的界面,模块及框图属性编辑 1. 框图的视图调整 在Simulink系统模型编辑器中，可以对系统模型的视图进行调整以便更好地观察系统模

7、型。视图调整的方法如下所述： (1) 使用View菜单控制模型在视图区的显示，用户可以对模型视图进行任意缩放。 (2) 使用系统热键R（放大）或V（缩小）。 (3) 按空格键可以使系统模型充满整个视图窗口。,图4.21 改变系统模型的视图,2. 模块的名称操作 对于复杂系统，给每个模块取一个具有明显意义的名称非常有利于系统模型的理解与维护。,(1) 模块命名：使用鼠标左键单击模块名称，进入编辑状态，然后键入新的名称。 (2) 名称移动：使用鼠标左键单击模块名称并拖动到模块的另一侧，或选择Format菜单中的Flip Name翻转模块名称。 (3) 名称隐藏：选择Format菜单中的Hide N

8、ame隐藏系统模块名称。 注意，系统模型中模块的名称应当是唯一的，否则Simulink会给出警告并自动改变名称。,系统模型中模块的名称操作,3. 模块的其它操作 Simulink允许用户对模块的几何尺寸进行修改，以改善系统模型框图的界面。例如，对于具有多个输入端口的模块，需要调整其大小使其能够较好地容纳多个信号连线，而非采用模块的默认大小；另外，对于某些系统模块，当模块的尺寸足够大时，模块的参数将直接显示在模块上面，这非常有利于用户对模型的理解。,Simulink允许改变模块的颜色。使用鼠标右键单击模块，选择Foreground color或Background color菜单来设置颜色；或使

9、用模型编辑器中Format菜单中的相应命令设置模块颜色。 此外，还可以使用Format菜单中的Show Drop Shadow为模块生成阴影，或使用Flip Block、Rotate Block对模块进行翻转与旋转，或使用Font对模块字体进行设置等。,模块的其它操作,4. 系统框图注释 在Simulink中对系统模型框图进行注释的方法非常简单，只需在系统模型编辑器的背景上双击鼠标左键以确定添加注释文本的位置，并打开一个文本编辑框，用户便可以在此输入相应的注释文本。,系统模型框图注释,Simulink子系统介绍 对于简单的动态系统而言，用户很容易建立系统模型并分析系统模型中各模块之间的相互关系

10、，以及模块的输入输出关系。但是对于比较复杂的系统，系统模型中包含的模块数目较多，模块之间的输入输出关系比较复杂。这时对于分析与设计系统而言，都会给用户带来诸多的不便，而使用子系统技术则可以较好地解决这一问题。,1. 子系统生成 Simulink提供的子系统功能可以大大地增强Simulink系统模型框图的可读性。所谓的子系统可以理解为一种“容器”，此容器能够将一组相关的模块封装到一个单独的模块中，并且与原来系统模块组的功能一致。,子系统的建立方法有如下两种： (1) 在已有的系统模型中建立子系统：首先框选待封装的区域，即在模型编辑器背景中单击鼠标左键并拖动，选中需要放置到子系统中的模块与信号（或

11、在按下Shift键的同时，用鼠标左键单击所需模块）；然后选择Edit菜单下的Create Subsystem，即可建立子系统。,子系统建立：选择模块生成子系统,(2) 建立空的子系统：使用Subsystems模块库中的模块建立子系统。这样建立的子系统内容为空，然后双击子系统对其进行编辑。,子系统建立：生成并编辑空子系统,建立此系统模型所需要的系统模块如下所述：Subsystems模块库中的Subsystem模块、Sources模块库中的Sine Wave、Sinks模块库中的Scope模块、Sinks模块库中的Out1模块（Subsystem模块的缺省设置为单输入单输出，使用Out1模块可以产

12、生多个输出）、Math模块库中的Gain模块以及Signals % 表示信号输入时间范围与时间步长 x=func(t); % 表示在每一时刻的信号值 input=t,x; %表示信号的输入向量，输入变量第一列须为时间序列，接下来的各列代表信号的取值 例如，在MATLAB命令窗口中键入如下的语句并运行。 t=0:0.1:10; x=sin(t); input=t,x;,MATLAB工作空间变量作为系统输入信号,运行此系统进行仿真，系统输入信号input的作用相当于Sources模块中的Sine Wave模块，其结果如图4.35所示（Scope1显示结果）,图4.35 使用input信号作为输入的

13、仿真结果,向量与矩阵 在前面的系统模型中，Simulink所使用的信号均是标量。其实，Simulink 也能够传递和使用向量信号。例如，向量增益可以作用在一个标量信号上，产生一个向量输出。在缺省情况下，模块对向量中的逐个元素进行操作，就像MATLAB中的数组运算一样，如图4.37所示。,向量增益示意图,Simulink 最重要的特性就是支持矩阵形式的信号，它可以区分行和列向量并传递矩阵。通过对模块做适当的配置，可以使模块能够接受矩阵作为模块参数。在上面的例子中，如果Constant模块的参数为一矩阵，并且Gain增益模块被配置成按矩阵乘的定义从左边乘上输入向量，则Display 块能够感知到输

14、入信号的尺寸，即12行向量，并对边框做适当调整，如图4.38所示。,矩阵输入与向量增益示意图,使用Simulink进行简单的仿真,信号平方运算。系统的功能是对输入的信号进行平方运算。现要求建立系统的Simulink模型并进行简单的仿真分析。具体要求如下： (1) 系统输入信号源：幅值为 2 的正弦波。 (2) 使用Scope 显示原始信号和结果信号。 (3) 生成系统运算部分的子系统,解：首先选择系统所需的如下模块（组件）： (1) Sources 库中的Sine Wave块。 (2) Math 库中的Product块。 (3) Signals and Systems库中的Mux块。 (4) Sinks 库中的Scope块。,然后进行如下的操作： (1) 连接系统模块。 (2) 选择一个包含Product和Mux块的区域，建立相应的子系统。 (3) 在主系统中