第7章Simulink動(dòng)態(tài)仿真集成環(huán)境ppt課件

1、第7章 SIMULINK動(dòng)態(tài)仿真集成環(huán)境主要內(nèi)容 Simulink操作根底系統(tǒng)仿真模型系統(tǒng)的仿真子系統(tǒng)及其封裝技術(shù)運(yùn)用命令操作對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展仿真S函數(shù)的設(shè)計(jì)與運(yùn)用7.1 Simulink操作根底7.1.1 Simulink簡(jiǎn)介 Simulink是MatLab的重要組成部分，提供建立系統(tǒng)模型、選擇仿真參數(shù)和數(shù)值算法、啟動(dòng)仿真程序?qū)υ撓到y(tǒng)進(jìn)展仿真、設(shè)置不同的輸出方式來(lái)察看仿真結(jié)果等功能。Simulink是MatLab的仿真工具箱，可以用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)展建模與仿真分析，支持離散、延續(xù)以及線性和非線性的系統(tǒng)，也支持具有多種采樣速率的系統(tǒng)。 Simulink是面向框圖的仿真軟件，具有以下功能：1用繪制方框圖

2、替代編寫(xiě)程序。2智能化地建立和運(yùn)轉(zhuǎn)仿真。3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)。7.1.2 Simulink的啟動(dòng)與退出 1Simulink的啟動(dòng) 在MATLAB的命令窗口輸入simulink或單擊MATLAB主窗口工具欄上的Simulink命令按鈕即可啟動(dòng)Simulink。Simulink啟動(dòng)后會(huì)顯示Simulink模塊庫(kù)閱讀器(Simulink Library Browser)窗口。Simulink的文件操作方式非常靈敏，常用的文件操作有新建文件、翻開(kāi)文件和保管文件三種。新建仿真模型文件有以下三種方法：1在MATLAB的命令窗口選擇菜單FileN

3、ewModel。2在Simulink模塊庫(kù)閱讀器窗口選擇菜單FileNewModel，或者單擊工具欄的圖標(biāo)。3在Simulink模型窗口選擇菜單FileNewModel，或者單擊工具欄的圖標(biāo)。翻開(kāi)仿真模型文件有以下四種方法：1在MATLAB的命令窗口直接輸入不加擴(kuò)展名的文件名，該文件必需在當(dāng)前搜索途徑中。2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(kāi)文件。3在Simulink模塊庫(kù)閱讀器窗口選擇菜單FileOpen或者單擊工具欄的圖標(biāo)翻開(kāi).mdl文件。4在Simulink模型窗口中選擇菜單FileOpen或者單擊工具欄的圖標(biāo)翻開(kāi)文件。保管文件 模型創(chuàng)建修正編輯完成后

4、，從模型編輯窗口的File菜單項(xiàng)中選擇Save或Save As命令，可以將模型以模型文件的格式(擴(kuò)展名為.mdl)存入磁盤(pán)。2Simulink的退出為了退出Simulink，只需封鎖一切模型編輯窗口和Simulink模塊庫(kù)閱讀器窗口即可。7.2 系統(tǒng)仿真模型7.2.1 Simulink的根本模塊Simulink的模塊庫(kù)提供了大量模塊。單擊模塊庫(kù)閱讀器中Simulink前面的“+號(hào)，將看到Simulink模塊庫(kù)中包含的子模塊庫(kù)，單擊所需求的子模塊庫(kù)，在右邊的窗口中將看到相應(yīng)的根本模塊，選擇所需根本模塊，可用鼠標(biāo)將其拖到模型編輯窗口。同樣，在模塊庫(kù)閱讀器左側(cè)的Simulink欄上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈

5、出的快捷菜單中單擊Open the Simulink Libray 命令，將翻開(kāi)Simulink根本模塊庫(kù)窗口。單擊其中的子模塊庫(kù)圖標(biāo)，翻開(kāi)子模塊庫(kù)，找到仿真所需求的根本模塊。Simulink 6.5的根本模塊庫(kù)包括16個(gè)子模塊庫(kù)，常用的模塊庫(kù):常用的模塊子庫(kù)Commonly Used Blocks延續(xù)模塊子庫(kù)Continuous離散模塊子庫(kù)Discrete邏輯和位操作模塊子庫(kù)logic and bit operation查表函數(shù)模塊子庫(kù)lookup Tables普通數(shù)學(xué)函數(shù)子庫(kù)Math信宿模塊子庫(kù)Sinks信源模塊子庫(kù)(Sources) 用戶定義的函數(shù)模塊子庫(kù)(User_defined Fu

6、nctions) 端口與子系統(tǒng)(Ports & Subsystems)一個(gè)典型的Simulink仿真模型由以下3種類(lèi)型的模塊構(gòu)成。 1.信號(hào)源模塊 信號(hào)源為系統(tǒng)的輸入，包括常數(shù)信號(hào)源、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器如正弦波和階躍函數(shù)等查看表7.2。 2.被模擬的系統(tǒng)模塊 系統(tǒng)模塊作為仿真的中心模塊，是仿真建模所要處理的主要問(wèn)題。 3.輸出顯示模塊 系統(tǒng)的輸出由顯示模塊接納。輸出顯示的方式包括圖形、示波器和輸出到文件3種，詳細(xì)見(jiàn)表7.3。7.2.2 模塊的編輯1添加模塊2選取模塊3復(fù)制與刪除模塊4模塊外形的調(diào)整 5模塊名的處置7.2.3 模塊的銜接1銜接兩個(gè)模塊2模塊間連線的調(diào)整3連線的分支4標(biāo)注連線5刪除連線

7、7.2.4 模塊的參數(shù)和屬性設(shè)置1模塊的參數(shù)設(shè)置Simulink中幾乎一切模塊的參數(shù)都允許用戶進(jìn)展設(shè)置，只需雙擊要設(shè)置的模塊或在模塊上按鼠標(biāo)右鍵并在彈出的快捷菜單中選擇相應(yīng)模塊的參數(shù)設(shè)置命令就會(huì)彈出模塊參數(shù)對(duì)話框。該對(duì)話框分為兩部分，上面一部分是模塊功能闡明，下面一部分用來(lái)進(jìn)展模塊參數(shù)設(shè)置。同樣，先選擇要設(shè)置的模塊，再在模型編輯窗口Edit菜單下選擇相應(yīng)模塊的參數(shù)設(shè)置命令也可以翻開(kāi)模塊參數(shù)對(duì)話框。2模塊的屬性設(shè)置 選定要設(shè)置屬性的模塊，然后在模塊上按鼠標(biāo)右鍵并在彈出的快捷菜單中選擇Block properties，或先選擇要設(shè)置的模塊，再在模型編輯窗口的Edit菜單下選擇Block prope

8、rties命令，將翻開(kāi)模塊屬性對(duì)話框。該對(duì)話框包括General、Block annotation和Callbacks 3個(gè)可以相互切換的選項(xiàng)卡。其中選項(xiàng)卡中可以設(shè)置3個(gè)根本屬性：Description(闡明)、Priority(優(yōu)先級(jí)) 、Tag(標(biāo)志)。例7-1 有系統(tǒng)的模塊，試建立系統(tǒng)仿真模型。操作過(guò)程如下：(1) 在MATLAB主菜單中，選擇File菜單中New菜單項(xiàng)的Model命令，翻開(kāi)一個(gè)模型編輯窗口。(2) 將所需模塊添加到模型中。(3) 設(shè)置模塊參數(shù)并銜接各個(gè)模塊組成仿真模型。設(shè)置模塊參數(shù)后，用連線將各個(gè)模塊銜接起來(lái)組成系統(tǒng)仿真模型。模型建好后，從模型編輯窗口的File菜單中選

9、擇Save或Save as命令將它存盤(pán)。7.3 系統(tǒng)的仿真7.3.1 設(shè)置仿真參數(shù)翻開(kāi)系統(tǒng)仿真模型，從模型編輯窗口的Simulation菜單中選擇Simulation parameters命令設(shè)置仿真參數(shù)。仿真參數(shù)包含7個(gè)可以相互切換的選項(xiàng)卡：(1) Solver選項(xiàng)卡：用于設(shè)置仿真起始和停頓時(shí)間，選擇微分方程求解算法并為其規(guī)定參數(shù)，以及選擇某些輸出選項(xiàng)。(2) Data Import /Export選項(xiàng)卡：用于設(shè)置Simulink與MATLAB任務(wù)空間交換數(shù)據(jù)的有關(guān)選項(xiàng)。(3)Optimization:用于設(shè)置仿真的優(yōu)化參數(shù)。(4) Diagnostics選項(xiàng)卡：用于設(shè)置在仿真過(guò)程中出現(xiàn)各類(lèi)

10、錯(cuò)誤時(shí)發(fā)出警告的等級(jí)。(5) Hardware Implementation選項(xiàng)卡：用于設(shè)置仿真硬件特性。(6) Model Referencing：用于設(shè)置模型援用的有關(guān)參數(shù)。(7) Real-time Workshop選項(xiàng)卡：用于設(shè)置假設(shè)干實(shí)時(shí)工具中的參數(shù)。假設(shè)沒(méi)有安裝實(shí)時(shí)工具箱，那么將不出現(xiàn)該選項(xiàng)卡。7.3.2 啟動(dòng)系統(tǒng)仿真與仿真結(jié)果分析 設(shè)置完仿真參數(shù)之后，從Simulation中選擇Start菜單項(xiàng)或單擊模型編輯窗口中的Start Simulation命令按鈕，便可啟動(dòng)對(duì)當(dāng)前模型的仿真。此時(shí)，Start菜單項(xiàng)變成不可選, 而Stop菜單項(xiàng)變成可選, 以供中途停頓仿真運(yùn)用。從Simul

11、ation菜單中選擇Stop項(xiàng)停頓仿真后，Start項(xiàng)又變成可選。為了察看仿真結(jié)果的變化軌跡可以采用3種方法：(1) 把輸出結(jié)果送給Scope模塊或者XY Graph模塊。(2) 把仿真結(jié)果送到輸出端口并作為前往變量，然后運(yùn)用MATLAB命令畫(huà)出該變量的變化曲線。 (3) 把輸出結(jié)果送到To Workspace模塊，從而將結(jié)果直接存入任務(wù)空間，然后用MATLAB命令畫(huà)出該變量的變化曲線。例7-2 利用Simulink仿真曲線。仿真過(guò)程如下：(1) 啟動(dòng)Simulink并翻開(kāi)模型編輯窗口。(2) 將所需模塊添加到模型中。(3) 設(shè)置模塊參數(shù)并銜接各個(gè)模塊組成仿真模型。 設(shè)置模塊參數(shù)后，用連線將各

12、個(gè)模塊銜接起來(lái)組成仿真模型。(4) 設(shè)置系統(tǒng)仿真參數(shù)。(5) 開(kāi)場(chǎng)系統(tǒng)仿真。(6) 察看仿真結(jié)果。例7-3 利用Simulink仿真求定積分。仿真過(guò)程如下：(1) 翻開(kāi)一個(gè)模型編輯窗口。(2) 將所需模塊添加到模型中。(3) 設(shè)置模塊參數(shù)并銜接各個(gè)模塊組成仿真模型。(4) 設(shè)置系統(tǒng)仿真參數(shù)。(5) 開(kāi)場(chǎng)系統(tǒng)仿真。(6) 察看仿真結(jié)果。7.3.3 系統(tǒng)仿真實(shí)例至此，可以總結(jié)出利用Simulink進(jìn)展系統(tǒng)仿真的步驟如下：(1) 建立系統(tǒng)仿真模型，這包括添加模塊、設(shè)置模塊參數(shù)以及進(jìn)展模塊銜接等操作。(2) 設(shè)置仿真參數(shù)。(3) 啟動(dòng)仿真并分析仿真結(jié)果。例7-4運(yùn)用simulink產(chǎn)生一個(gè)5s時(shí)出現(xiàn)的

13、單位階躍輸入信號(hào)，并在示波器中顯示出來(lái)。例7-5產(chǎn)生一個(gè)6sin(t)和sin(6t)疊加的信號(hào)，而且還疊加了功率譜為1的限帶寬白噪聲。另外，課本例7.3和7.47.4 子系統(tǒng)及其封裝技術(shù)7.4.1 子系統(tǒng)的建立 建立子系統(tǒng)有兩種方法：經(jīng)過(guò)Subsystem模塊建立子系統(tǒng)和直接生成子系統(tǒng)即是對(duì)已有的模塊建立子系統(tǒng)。 兩者的區(qū)別是：前者先建立子系統(tǒng)，再為其添加功能模塊；后者先建立好系統(tǒng)模型，再創(chuàng)建子系統(tǒng)。1經(jīng)過(guò)Subsystem模塊建立子系統(tǒng)操作步驟為：(1) 先翻開(kāi)Simulink模塊庫(kù)閱讀器，新建一個(gè)仿真模型。(2) 翻開(kāi)Simulink模塊庫(kù)中的Ports & Subsystems模塊庫(kù)，

14、將Subsystem模塊添加到模型編輯窗口中。(3) 雙擊Subsystem模塊翻開(kāi)一個(gè)空白的Subsystem窗口，將要組合的模塊添加到該窗口中，另外還要根據(jù)需求添加輸入模塊和輸出模塊，表示子系統(tǒng)的輸入端口和輸出端口。這樣，一個(gè)子系統(tǒng)就建好了。2經(jīng)過(guò)已有的模塊建立子系統(tǒng)操作步驟為：(1) 先選擇要建立子系統(tǒng)的模塊，不包括輸入端口和輸出端口。(2) 選擇模型編輯窗口Edit菜單中的Create Subsystem 命令，這樣，子系統(tǒng)就建好了。在這種情況下，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)把輸入模塊和輸出模塊添加到子系統(tǒng)中，并把原來(lái)的模塊變?yōu)樽酉到y(tǒng)的圖標(biāo)。7.4.2 子系統(tǒng)的條件執(zhí)行1使能子系統(tǒng) 建立使能子系統(tǒng)的方法

15、是：翻開(kāi)Simulink模塊庫(kù)中的Ports & Subsystems模塊庫(kù)，將Enable模塊復(fù)制到子系統(tǒng)模型中，那么系統(tǒng)的圖標(biāo)發(fā)生了變化。例7-6 利用使能子系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)正弦半波整流器。操作步驟如下：(1) 翻開(kāi)Simulink模塊庫(kù)閱讀器并新建一個(gè)仿真模型。(2) 將Sine Wave、Enabled Subsystem、Scope 3個(gè)模塊拖至新翻開(kāi)的模型編輯窗口，銜接各模塊并存盤(pán)。其中使能信號(hào)端接Sine Wave模塊。為了便于比較，除顯示半波整流波形外，還顯示正弦波，故在示波器屬性窗口將Number of axes設(shè)置為2。使能子系統(tǒng)建立好后，可對(duì)Enable模塊進(jìn)展參數(shù)設(shè)置。 (

16、3) 選擇Simulink菜單中的Start命令，就可看到半波整流波形和正弦波形。2觸發(fā)子系統(tǒng) 觸發(fā)子系統(tǒng)是指當(dāng)觸發(fā)事件發(fā)生時(shí)開(kāi)場(chǎng)執(zhí)行子系統(tǒng)。與使能子系統(tǒng)相類(lèi)似，觸發(fā)子系統(tǒng)的建立要把Ports & Subsystems模塊庫(kù)中的Trigger模塊添加到子系統(tǒng)中或直接選擇Triggered Subsystem模塊來(lái)建立觸發(fā)子系統(tǒng)。例7-7 利用觸發(fā)子系統(tǒng)將一鋸齒波轉(zhuǎn)換成方波。操作步驟如下：(1) 用Signal Generator、Triggered Subsystem和Scope模塊構(gòu)成子系統(tǒng)。(2) 選擇Simulink菜單中的Start命令，就可看到波形。3使能加觸發(fā)子系統(tǒng) 所謂使能加觸發(fā)

17、子系統(tǒng)就是把Enable和Tirgger模塊都加到子系統(tǒng)中，使能控制信號(hào)和觸發(fā)控制信號(hào)共同作用子系統(tǒng)的執(zhí)行，也就是前兩種子系統(tǒng)的綜合。該系統(tǒng)的行為方式與觸發(fā)子系統(tǒng)類(lèi)似，但只需當(dāng)使能信號(hào)為正時(shí)，觸發(fā)事件才起作用。 7.4.3 子系統(tǒng)的封裝 所謂子系統(tǒng)的封裝(Masking)，就是為子系統(tǒng)定制對(duì)話框和圖標(biāo)，使子系統(tǒng)本身有一個(gè)獨(dú)立的操作界面，把子系統(tǒng)中的各模塊的參數(shù)對(duì)話框合成一個(gè)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，在運(yùn)用時(shí)不用翻開(kāi)每個(gè)模塊進(jìn)展參數(shù)設(shè)置，這樣使子系統(tǒng)的運(yùn)用更加方便。子系統(tǒng)的封裝過(guò)程很簡(jiǎn)單，先選中所要封裝的子系統(tǒng)，再選擇模型編輯窗口Edit菜單中的Mask subsystem命令，這時(shí)將出現(xiàn)封裝編輯器(Ma

18、sk Editor)對(duì)話框。Mask Editor對(duì)話框中共包括4個(gè)選項(xiàng)卡：Icon、Parameters、Initialization和Documentation。子系統(tǒng)的封裝主要就是對(duì)這4頁(yè)參數(shù)進(jìn)展設(shè)置。7.5 運(yùn)用命令操作對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展仿真在命令窗口中常用的Simulink模型文件操作有三種：創(chuàng)建新模型、翻開(kāi)模型和保管模型。 1、創(chuàng)建新模型new_system命令用來(lái)在MATLAB的任務(wù)空間創(chuàng)建一個(gè)空白的Simulink模型,調(diào)用格式為：new_system(newmodel,option) 其中newmodel為模型名；option選項(xiàng)可以是library和model兩種，也可以省略，默以

19、為model。2、翻開(kāi)模型open_system命令用來(lái)翻開(kāi)邏輯模型，在Simulink模型窗口顯示該模型,調(diào)用格式為：open_system(model) 例如在命令窗口輸入語(yǔ)句open_system(L7_2)，翻開(kāi)已建立的L7_2模型文件。3、保管模型save_system命令用來(lái)保管模型為模型文件，擴(kuò)展名為mdl,調(diào)用格式為：save_system(model,文件名)其中model為模型名可省略，假設(shè)不給出模型名，那么自動(dòng)保管當(dāng)前的模型；文件名指保管的文件名，是字符串，也可省略，假設(shè)不省略那么保管為新文件。Simulink模型文件編輯過(guò)程只需添加/刪除模塊和信號(hào)線即可。1 添加模塊運(yùn)

20、用add_block命令在翻開(kāi)的模型窗口中添加新模塊,調(diào)用格式為：add_block(源模塊名，目的模塊名,屬性名1,屬性值1，屬性名2,屬性值2,)其中源模塊名為一個(gè)知的庫(kù)模塊名，或在其它模型窗口中定義的模塊名，Simulink自帶的模塊為內(nèi)在模塊。例如正弦信號(hào)模塊為built-in/Sine Wave，目的模塊名為在模型窗口中運(yùn)用的模塊名。2 添加信號(hào)線模塊需求用信號(hào)線銜接起來(lái)，添加信號(hào)線運(yùn)用add_line命令,add_line命令的調(diào)用格式為：add_line(模塊名,起始模塊名/輸出端口號(hào), 終止模塊名/輸入端口號(hào))add_line(模塊名,m)其中模塊名為在模型窗口中的模塊名；m為

21、有兩列元素的矩陣，每列給出一個(gè)轉(zhuǎn)機(jī)點(diǎn)坐標(biāo)。3 刪除模塊運(yùn)用delete_block命令在翻開(kāi)的模型窗口中刪除指定的模塊,調(diào)用格式為：delete_block(源模塊名)其中源模塊名為一個(gè)知的庫(kù)模塊名，或在其它模型窗口中定義的模塊名。 4 刪除信號(hào)線刪除信號(hào)線運(yùn)用delete_line命令,調(diào)用格式為：delete_line(模型名, 終止模塊名/輸入端口號(hào),起始模塊名/輸出端口號(hào))其中模型名為在模型窗口中的模型名。從命令窗口運(yùn)轉(zhuǎn)仿真的函數(shù)有4個(gè)，即sim、simset、simget和set_param。1sim函數(shù)sim函數(shù)的作用是運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)由Simulink建立的模型，其調(diào)用格式為：t, x,

22、 y =sim(modname,timespan,options,data); 通常情況，除了modname參數(shù)外，其他參數(shù)均是空集，運(yùn)用系統(tǒng)模型默許屬性設(shè)置。 t, x, y =sim(six,5);%設(shè)置模型six仿真終止時(shí)間5s，仿真輸出時(shí)間向量由默許求解算法決議。 t, x, y =sim(six,0:0.01:5)%設(shè)置模型six仿真起始時(shí)間為0，終止時(shí)間5s，時(shí)間間隔為0.01s。2simset函數(shù) 經(jīng)過(guò)simset 命令了解仿真參數(shù)的根本含義它有如下4種用法：(1) options=simset(property,value,)：把property代表的參數(shù)賦值為value，結(jié)果

23、保管在構(gòu)造option中。(2) options=simset(old_opstruct,property,value,)：把已有的構(gòu)造old_opstruct(由simset產(chǎn)生)中的參數(shù)property重新賦值為value。 (3) options=simset(old_opstruct,new_opstruct)：用構(gòu)造new_opstruct的值替代曾經(jīng)存在的構(gòu)造old_opstruct的值。(4) simset：顯示一切的參數(shù)名和它們能夠的值。3simget函數(shù) simget函數(shù)用來(lái)獲得模型的參數(shù)設(shè)置值。該函數(shù)有如下3種用法：(1) struct=simget(modname)：前往

24、指定模型model的參數(shù)設(shè)置的options構(gòu)造。(2) value=simget(modname,property)：前往指定模型model的參數(shù)property的值。(3) value=simget(options,property)：獲取options構(gòu)造中的參數(shù)property的值。假設(shè)在該構(gòu)造中未指定該參數(shù)，那么前往一個(gè)空陣。4set_param函數(shù)set_param函數(shù)的功能很多，這里只引見(jiàn)如何用set_param函數(shù)設(shè)置Simulink仿真參數(shù)以及如何開(kāi)場(chǎng)、暫停、終止仿真進(jìn)程或者更新顯示一個(gè)仿真模型。(1) 設(shè)置仿真參數(shù)set_param(modname,property,value,) (2) 控制仿真進(jìn)程set_param(modname,SimulationCommand,cmd)其中cmd是控制仿真