MATLAB4-Simulink仿真環(huán)境ppt課件

1、Simulink仿真Simulink的演示Simulink文件操作和模型窗口模型創(chuàng)建Simulink根本模塊復(fù)雜系統(tǒng)仿真與分析子系統(tǒng)與封裝Simulink是MATLAB的仿真工具箱。它是面向框圖的仿真軟件，具有以下功能：用繪制方框圖替代編寫程序，構(gòu)造和流程明晰；智能化地建立和運(yùn)轉(zhuǎn)仿真，仿真精細(xì)、貼近實(shí)踐；順應(yīng)面廣：包括線性、非線性系統(tǒng)；延續(xù)、離散及混合系統(tǒng)；單義務(wù)、多義務(wù)離散事件系統(tǒng)演示一個(gè)Simulink的簡單程序經(jīng)過演示一個(gè)Simulink的簡單模型，了解建立模型的步驟。例：創(chuàng)建一個(gè)正弦信號(hào)的仿真模型。步驟如下： (1) 在MATLAB的命令窗口運(yùn)轉(zhuǎn)Simulink命令，或單擊工具欄中的圖

2、標(biāo)，就可以翻開Simulink模塊庫閱讀器(Simulink Library Browser) 窗口。 (2) 單擊工具欄上的圖標(biāo)或選擇菜單“File“New“Model，新建一個(gè)名為“untitled的空白模型窗口。 (3) 在上圖的右側(cè)子模塊窗口中，單擊“Source子模塊庫前的“+(或雙擊Source)，或者直接在左側(cè)模塊和工具箱欄單擊Simulink下的Source子模塊庫，便可看到各種輸入源模塊。 (4) 用鼠標(biāo)單擊所需求的輸入信號(hào)源模塊“Sine Wave(正弦信號(hào))，將其拖放到的空白模型窗口“untitled，那么“Sine Wave模塊就被添加到untitled窗口；也可以用鼠

3、標(biāo)選中“Sine Wave模塊，單擊鼠標(biāo)右鍵，在快捷菜單中選擇“add to untitled命令，就可以將“Sine Wave模塊添加到untitled窗口。 (5) 用同樣的方法翻開接納模塊庫“Sinks，選擇其中的“Scope模塊(示波器)拖放到“untitled窗口中。 (6) 在“untitled窗口中，用鼠標(biāo)指向“Sine Wave右側(cè)的輸出端，當(dāng)光標(biāo)變?yōu)槭址麜r(shí)，按住鼠標(biāo)拖向“Scope模塊的輸入端，松開鼠標(biāo)按鍵，就完成了兩個(gè)模塊間的信號(hào)線銜接，一個(gè)簡單模型曾經(jīng)建成。 (7) 開場仿真，單擊“untitled模型窗口中“開場仿真圖標(biāo)，或者選擇菜單“Simulink“Start，那

4、么仿真開場。雙擊“Scope模塊出現(xiàn)示波器顯示屏，可以看到黃色的正弦波形。 (8) 保管模型，單擊工具欄的圖標(biāo)。Simulink模型窗口示波器窗口Simulink的文件操作和模型窗口Simulink的文件操作1. 新建文件新建仿真模型文件有幾種操作： 在MATLAB的命令窗口選擇菜單“File“New“Model。 在Simulink模塊庫閱讀器窗口選擇菜單“File“New“Model，或者單擊工具欄的圖標(biāo)。 在Simulink模型窗口選擇菜單“File“New“Model，或者單擊工具欄的圖標(biāo)。2. 翻開文件翻開仿真模型文件有幾種操作： 在MATLAB的命令窗口輸入不加擴(kuò)展名的文件名，該文

5、件必需在當(dāng)前搜索途徑中。 在MATLAB的命令窗口選擇菜單“FileOpen或者單擊工具欄的圖標(biāo)翻開文件。 在Simulink模塊庫閱讀器窗口選擇菜單“File“Open或者單擊工具欄的圖標(biāo)翻開“.mdl文件。 在Simulink模型窗口中選擇菜單“File“Open或者單擊工具欄的圖標(biāo)翻開文件。Simulink的模型窗口 模型窗口由菜單、工具欄、模型閱讀器窗口、模型框圖窗口以及形狀欄組成。形狀欄菜單模型框圖模型閱讀器雙窗口模型窗口工具欄模型的創(chuàng)建 Simulink的模型是由模塊和信號(hào)線銜接構(gòu)成的方框圖，創(chuàng)建模型就是繪制方框圖，我們可以方便地經(jīng)過鼠標(biāo)的抓取和拖放等操作來完成。模塊的操作 1.

6、對象的選定 (1) 選定單個(gè)對象 選定對象只需在對象上單擊鼠標(biāo)，被選定的對象的四角處會(huì)出現(xiàn)小黑塊編輯框。 (2) 選定多個(gè)對象 假設(shè)選定多個(gè)對象，可以按下Shift鍵，然后再單擊所需選定的模塊；或者用鼠標(biāo)拉出矩形虛線框，將一切待選模塊框在其中，那么矩形框中一切的對象均被選中。 (3) 選定一切對象 假設(shè)要選定一切對象，可以選擇菜單“Edit“Select all。2. 模塊的復(fù)制(1) 不同模型窗口(包括模型庫窗口)之間的模塊復(fù)制選定模塊，用鼠標(biāo)將其拖到另一模型窗口。選定模塊，運(yùn)用菜單的“Copy和“Paste命令。選定模塊，運(yùn)用工具欄的“Copy和“Paste按鈕。(2) 在同一模型窗口內(nèi)的

7、復(fù)制模塊選定模塊，按下鼠標(biāo)右鍵，拖動(dòng)模塊到適宜的地方，釋放鼠標(biāo)。選定模塊，按住Ctrl鍵，再用鼠標(biāo)拖動(dòng)對象到適宜的地方，釋放鼠標(biāo)。運(yùn)用菜單和工具欄中的“Copy和“Paste按鈕。3. 模塊的挪動(dòng) (1) 在同一模型窗口挪動(dòng)模塊 選定需求挪動(dòng)模塊，用鼠標(biāo)將模塊拖到適宜的地方。 (2) 在不同模型窗之間挪動(dòng)模塊 在不同模型窗之間挪動(dòng)模塊，在用鼠標(biāo)挪動(dòng)的同時(shí)按下Shift鍵。 當(dāng)模塊挪動(dòng)時(shí)，與之相連的連線也隨之挪動(dòng)。 4. 模塊的刪除 要?jiǎng)h除模塊，應(yīng)選定待刪除模塊，按Delete鍵；或者用菜單“Edit“Clear或“Cut；或者用工具欄的“Cut按鈕。5. 改動(dòng)模塊大小 選定需求改動(dòng)大小的模塊，

8、出現(xiàn)小黑塊編輯框后，用鼠標(biāo)拖動(dòng)編輯框，可以實(shí)現(xiàn)放大或減少。6. 模塊的翻轉(zhuǎn) (1) 模塊翻轉(zhuǎn)180度 選定模塊，選擇菜單“Format“Flip Block可以將模塊旋轉(zhuǎn)180度 (2) 模塊翻轉(zhuǎn)90度選定模塊，選擇菜單“Format“RotateBlock可以將模塊旋轉(zhuǎn)90度，假設(shè)一次翻轉(zhuǎn)不能到達(dá)要求，可以多次翻轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。7. 模塊名的編輯 (1) 修正模塊名 單擊模塊下面或旁邊的模塊名，出現(xiàn)虛線編輯框就可對模塊名進(jìn)展修正。 (2) 模塊名字體設(shè)置 選定模塊，選擇菜單“Format“Font，翻開字體對話框設(shè)置字體。 (3) 模塊名的顯示和隱藏 選定模塊，選擇菜單“Format“Hide /

9、Show name，可以隱藏或顯示模塊名。 (4) 模塊名的翻轉(zhuǎn) 選定模塊，選擇菜單“Format“Flip name，可以翻轉(zhuǎn)模塊名。信號(hào)線的操作1. 模塊間連線 先將光標(biāo)指向一個(gè)模塊的輸出端，待光標(biāo)變?yōu)槭址?，按下鼠?biāo)鍵并拖動(dòng)，直到另一模塊的輸入端。 2. 在信號(hào)線中插入模塊 假設(shè)模塊只需一個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口，那么該模塊可以直接被插入到一條信號(hào)線中。3. 信號(hào)線的分支和折曲(1) 分支的產(chǎn)生 將光標(biāo)指向信號(hào)線的分支點(diǎn)上，按鼠標(biāo)右鍵，光標(biāo)變?yōu)槭址?，拖?dòng)鼠標(biāo)直到分支線的終點(diǎn)，釋放鼠標(biāo)；或者按住Ctrl鍵，同時(shí)按下鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)鼠標(biāo)到分支線的終點(diǎn)。(2) 信號(hào)線的折線 選中已存在的信號(hào)線

10、，將光標(biāo)指向折點(diǎn)處，按住Shift鍵，同時(shí)按下鼠標(biāo)左鍵，當(dāng)光標(biāo)變成小圓圈時(shí)，用鼠標(biāo)拖動(dòng)小圓圈將折點(diǎn)拉至適宜處，釋放鼠標(biāo)。4. 信號(hào)線文本注釋(label)(1) 添加文本注釋 雙擊需求添加文本注釋的信號(hào)線，那么出現(xiàn)一個(gè)空的文字填寫框，在其中輸入文本。(2) 修正文本注釋 單擊需求修正的文本注釋，出現(xiàn)虛線編輯框即可修正文本。(3) 挪動(dòng)文本注釋 單擊標(biāo)識(shí)，出現(xiàn)編輯框后，就可以挪動(dòng)編輯框。(4) 復(fù)制文本注釋 單擊需求復(fù)制的文本注釋，按下Ctrl鍵同時(shí)挪動(dòng)文本注釋，或者用菜單和工具欄的復(fù)制操作。給模型添加文本注釋 1. 添加模型的文本注釋 在需求當(dāng)作注釋區(qū)的中心位置，雙擊鼠標(biāo)左鍵，就會(huì)出現(xiàn)編輯框，

11、在編輯框中就可以輸入文字注釋。 2. 注釋的挪動(dòng) 在注釋文字處單擊鼠標(biāo)左鍵，當(dāng)出現(xiàn)文本編輯框后，用鼠標(biāo)就可以拖動(dòng)該文本編輯框。Simulink的根本模塊Simulink的根本模塊包括9個(gè)子模塊庫，分別是：延續(xù)系統(tǒng)非延續(xù)系統(tǒng)離散系統(tǒng)查閱表、數(shù)學(xué)運(yùn)算模型確認(rèn)寬模型功能信號(hào)線路安排接納模型輸入信號(hào)源端口與子系統(tǒng)1. 輸入信號(hào)源模塊庫(Sources) 輸入信號(hào)源模塊是用來向模型提供輸入信號(hào)。常用的輸入信號(hào)源模塊源。名稱 模塊形狀 功能說明 Constant 恒值常數(shù)，可設(shè)置數(shù)值 Step 階躍信號(hào) Ramp 線性增加或減小的信號(hào) Sine Wave 正弦波輸出 Signal Generator 信號(hào)

12、發(fā)生器，可以產(chǎn)生正弦、方波、鋸齒波和隨機(jī)波信號(hào) From File 從文件獲取數(shù)據(jù) From Workspace 從當(dāng)前工作空間定義的矩陣讀數(shù)據(jù) Clock仿真時(shí)鐘，輸出每個(gè)仿真步點(diǎn)的時(shí)間In 輸入模塊 2. 接納模塊庫(Sinks) 接納模塊是用來接納模塊信號(hào)的，常用的接納模塊。名稱 模塊形狀 功能說明 Scope 示波器，顯示實(shí)時(shí)信號(hào) Display 實(shí)時(shí)數(shù)值顯示 XY Graph 顯示X-Y兩個(gè)信號(hào)的關(guān)系圖 To File 把數(shù)據(jù)保存為文件 To Workspace 把數(shù)據(jù)寫成矩陣輸出到工作空間 Stop Simulation 輸入不為零時(shí)終止仿真，常與關(guān)系模塊配合使用 Out 輸出模塊

13、 3. 延續(xù)系統(tǒng)模塊庫(Continuous) 延續(xù)系統(tǒng)模塊是構(gòu)成延續(xù)系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，常用的延續(xù)系統(tǒng)模塊。名稱 模塊形狀 功能說明 Integrator 積分環(huán)節(jié) Derivative 微分環(huán)節(jié) State-Space 狀態(tài)方程模型 Transfer Fcn 傳遞函數(shù)模型 Zero-Pole 零極點(diǎn)增益模型 Transport Delay 把輸入信號(hào)按給定的時(shí)間做延時(shí) 4. 離散系統(tǒng)模塊庫(Discrete)離散系統(tǒng)模塊是用來構(gòu)成離散系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，常用的離散系統(tǒng)模塊名稱 模塊形狀 功能說明Discrete Transfer Fcn 離散傳遞函數(shù)模型 Discrete Zero-Pole 離散零極點(diǎn)增

14、益模型 Discrete State-Space 離散狀態(tài)方程模型 Discrete Filter 離散濾波器 Zero-Order Hold 零階保持器 First-Order Hold 一階保持器 Unit Delay 采樣保持，延遲一個(gè)周期 常用模塊的參數(shù)和屬性設(shè)置1. 模塊參數(shù)設(shè)置(1) 正弦信號(hào)源(Sine Wave)雙擊正弦信號(hào)源模塊，會(huì)出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置對話框。對話框上部分為參數(shù)闡明，仔細(xì)閱讀可以協(xié)助用戶設(shè)置參數(shù)。其中Sine type為正弦類型，包括:Time-based和Sample-based；Amplitude為正弦幅值；Bias為幅值偏移值；Frequency為正弦頻率；Ph

15、rase為初始相角；Sample time為采樣時(shí)間。(2) 階躍信號(hào)源(Step)階躍信號(hào)模塊是輸入信號(hào)源，雙擊其模塊出現(xiàn)參數(shù)對話框。其中：Step time為階躍信號(hào)的變化時(shí)辰，initial value為初始值，F(xiàn)inal value為終止值，Sample time為采樣時(shí)間。(3) 傳送函數(shù)(Transfer function) 傳送函數(shù)模塊是用來構(gòu)成延續(xù)系統(tǒng)構(gòu)造的模塊，其模塊參數(shù)對話框如下圖。在上圖中設(shè)置“Denominator為“1 1.414 1，那么在模型窗口中顯示為如下圖。(4) 示波器(Scope)示波器模塊是用來接納輸入信號(hào)并實(shí)時(shí)顯示信號(hào)波形曲線，示波器窗口的工具欄可以調(diào)

16、整顯示的波形，顯示正弦信號(hào)的示波器如下圖。翻開參數(shù)對話框縱坐標(biāo)的自動(dòng)刻度X-Y坐標(biāo)變焦X坐標(biāo)變焦把當(dāng)前的坐標(biāo)設(shè)置保管浮動(dòng)示波器恢復(fù)保管過的坐標(biāo)設(shè)置Y坐標(biāo)變焦2. 模塊屬性設(shè)置每個(gè)模塊的屬性對話框的內(nèi)容都一樣，如下圖。(1) 闡明(Description)對模塊在模型中用法的注釋。(2) 優(yōu)先級(jí)(Priority)規(guī)定該模塊在模型中相對于其它模塊執(zhí)行的優(yōu)先順序。(3) 標(biāo)志(Tag)用戶為模塊添加的文本格式標(biāo)志。復(fù)雜系統(tǒng)的仿真與分析仿真的設(shè)置在仿真窗口中選擇菜單“Simulation “Configuration parameters，那么會(huì)翻開參數(shù)設(shè)置對話框，如下圖。1. Solver頁的參數(shù)

17、設(shè)置(1) 仿真的起始和終了時(shí)間仿真的起始時(shí)間(Start time)仿真的終了時(shí)間(Stop time)(2) 仿真步長仿真的過程普通是求解微分方程組，“Solve options的內(nèi)容是針對解微分方程組的設(shè)置。(3) 仿真解法Type的右邊：設(shè)置仿真解法的詳細(xì)算法類型。(4) 輸出方式根據(jù)需求選擇輸出方式(Output options)，可以到達(dá)不同的輸出效果。2. Data Import/Outport頁的設(shè)置如下圖，可以設(shè)置Simulink從任務(wù)空間輸入數(shù)據(jù)、初始化形狀模塊，也可以把仿真的結(jié)果、形狀模塊數(shù)據(jù)保管到當(dāng)前任務(wù)空間。(1) 從任務(wù)空間裝載數(shù)據(jù)(Load from worksp

18、ace)(2) 保管數(shù)據(jù)到任務(wù)空間(Save to workspace) Time欄 勾選Time欄后，模型將把(時(shí)間)變量以在右邊空白欄填寫的變量名(默許名為tout)存放于任務(wù)空間。 States欄 勾選States欄后，模型將把其形狀變量在右邊空白欄填寫的變量名(默許名為xout)存放于任務(wù)空間。 Output欄 假設(shè)模型窗口中運(yùn)用輸出模塊“Out，那么就必需勾選 Output欄，并填寫在任務(wù)空間中的輸出數(shù)據(jù)變量名(默許名為yout)。 Final state欄 Final state欄的勾選，將向任務(wù)空間以在右邊空白欄填寫的稱號(hào)(默許名為xFinal)，存放最終形狀值。 (3) 變量存

19、放選項(xiàng)(Save options) Save options必需與Save to workspace配合運(yùn)用。 延續(xù)系統(tǒng)仿真例 建立二階系統(tǒng)的仿真模型輸入信號(hào)源運(yùn)用階躍信號(hào)，系統(tǒng)運(yùn)用開環(huán)傳送函數(shù)，接受模塊運(yùn)用示波器來構(gòu)成模型。(1) 在“Sources模塊庫選擇“Step模塊，在“Continuous模塊庫選擇“Transfer Fcn模塊，在“Math Operations模塊庫選擇“Sum模塊，在“Sinks模塊庫選擇“Scope。(2) 銜接各模塊，從信號(hào)線引出分支點(diǎn)，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。(3) 設(shè)置模塊參數(shù)，翻開“Sum模塊參數(shù)設(shè)置對話框，將“Icon shape設(shè)置為“rectangula

20、r，將“List of signs設(shè)置為“|+-，其中“|表示上面的入口為空?！癟ransfer Fcn模塊的參數(shù)設(shè)置對話框中，將分母多項(xiàng)式“Denominator設(shè)置為“1 0.6 0。將“Step模塊的參數(shù)設(shè)置對話框中，將“Step time修正為0。(4) 添加信號(hào)線文本注釋雙擊信號(hào)線，出現(xiàn)編輯框后，就輸入文本。(5) 仿真并分析單擊工具欄的“Start simulation按鈕，開場仿真，在示波器上就顯示出階躍呼應(yīng)。在Simulink模型窗口，選擇菜單“Simulation“Configuration parameters命令，在“Solver頁將“Stop time設(shè)置為15，然后單

21、擊“Start simulation按鈕，示波器顯示的就到15秒終了。翻開示波器的Y坐標(biāo)設(shè)置對話框，將Y坐標(biāo)的“Y-min改為0，“Y-max改為2，將“Title設(shè)置為“二階系統(tǒng)時(shí)域呼應(yīng)。子系統(tǒng)與封裝建立子系統(tǒng)子系統(tǒng)類似于編程言語中的子函數(shù)。建立子系統(tǒng)有兩種方法：在模型中新建子系統(tǒng)和在已有的子系統(tǒng)根底上建立。1. 在已建立的模型中新建子系統(tǒng)假設(shè)要在模型中新建一個(gè)子系統(tǒng)，可以按以下步驟：(1) 先翻開或新建模型，將模型中的各模塊建立并用信號(hào)線銜接；(2) 在模型窗口中，用鼠標(biāo)拖一個(gè)虛線框?qū)⑿枨蠼⒆酉到y(tǒng)的部分框起來，然后選擇選單edit的create subsystem，這時(shí)原來虛線框中的部分

22、就被一個(gè)“subsystem 模塊替代；(3) 更改子系統(tǒng)名，新建的子系統(tǒng)名默以為“subsystem ，以后建立的子系統(tǒng)那么在稱號(hào)后面加數(shù)字；(4) 重命名輸入、輸出端口稱號(hào)，新建的子系統(tǒng)的默許輸入端口名為“in1,“in2,輸出端口名為“out1,“out22. 在已有的子系統(tǒng)根底上建立假設(shè)在已有的子系統(tǒng)根底上建立一個(gè)子系統(tǒng)，可以按以下步驟：(1) 將已有的子系統(tǒng)復(fù)制到新窗口；(2) 雙擊翻開子系統(tǒng)模型窗口，重新放置模塊，建立銜接和輸入輸出端口；(3) 將子系統(tǒng)與其他模塊銜接；(4) 修正子系統(tǒng)名和其他參數(shù)。子系統(tǒng)的封裝1. 封裝子系統(tǒng)的步驟(1) 選中子系統(tǒng)雙擊翻開，給需求進(jìn)展賦值的參數(shù)

23、指定一個(gè)變量名；(2) 選擇菜單“Edit“Mask subsystem，出現(xiàn)封裝對話框；(3) 在封裝對話框中的設(shè)置參數(shù)，主要有“Icon、“Parameters、“Initialization和“Documentation四個(gè)選項(xiàng)卡。2. Icon選項(xiàng)卡Icon選項(xiàng)卡用于設(shè)定封裝模塊的名字和外觀(1) Drawing commands欄用來建立用戶化的圖標(biāo)，可以在圖標(biāo)中顯示文本、圖像、圖形或傳送函數(shù)等。在Drawing commands欄中的命令在“Examples of drawing commands的下拉列表中，包括plot、disp、text、port_label、image、pa

24、tch、color、droots、dploy和fprintf。(2) Icon Options欄用于設(shè)置封裝模塊的外觀。3. Parameters選項(xiàng)卡Parameters選項(xiàng)卡用于輸入變量稱號(hào)和相應(yīng)的提示。(1) Add、Delete、Move up和Move down按鈕用于添加、刪除、上移和下移輸入變量。(2) Dialog ParametersPrompt：輸入變量的含義，其內(nèi)容會(huì)顯示在輸入提示中。Variable：輸入變量的稱號(hào)。type：給用戶提供設(shè)計(jì)編輯區(qū)的選擇。“Edit提供一個(gè)編輯框；“Checkbox提供一個(gè)復(fù)選框；“Popup提供一個(gè)彈出式菜單。Evaluate：用于配合“type的不同選項(xiàng)提供不同的變量值，有兩個(gè)選項(xiàng)。4. Initialization選項(xiàng)卡Initialization選項(xiàng)卡用于初始化封裝子系統(tǒng)。5. Documentation選項(xiàng)卡Documentation選項(xiàng)卡用于編寫與該封裝模塊對應(yīng)的Help和闡明文字，分別有“Mask type、“Mask Description和“Mask help欄。(1) Mask type欄