通信系統(tǒng)仿真(第四次課)

通信系統(tǒng)仿真(第四次課)第一頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三內(nèi)容Simulink簡(jiǎn)介1Simulink功能模塊的處理23連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的建模與仿真第二頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三SIMULINK仿真基礎(chǔ)

1990年，MathWorks軟件公司為MATLAB提供了新的控制系統(tǒng)模型圖輸入與仿真工具，并命名為SIMULAB，該工具很快就在控制工程界獲得了廣泛的認(rèn)可，使得仿真軟件進(jìn)入了模型化圖形組態(tài)階段。但因其名字與當(dāng)時(shí)比較著名的軟件SIMULA類似，所以1992年正式將該軟件更名為SIMULINK。SIMULINK的出現(xiàn)，給控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)帶來(lái)了福音。顧名思義，該軟件的名稱表明了該系統(tǒng)的兩個(gè)主要功能：Simu（仿真）和Link（連接），即該軟件可以利用鼠標(biāo)在模型窗口上繪制出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后利用SIMULINK提供的功能來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析。第三頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三第一節(jié)SIMULINK簡(jiǎn)介SIMULINK是MATLAB軟件的擴(kuò)展，它是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包，它與MATLAB語(yǔ)言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語(yǔ)言的編程上。所謂模型化圖形輸入是指SIMULINK提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)對(duì)這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來(lái)就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型（以.mdl文件進(jìn)行存?。M(jìn)而進(jìn)行仿真與分析。一、什么是SIMULINK第四頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三2、在MATLAB命令窗口中輸入simulink3結(jié)果是在桌面上出現(xiàn)一個(gè)用圖標(biāo)形式顯示的Library:simulink3的Simulink模塊庫(kù)窗口。

SIMULINK的啟動(dòng)1、在MATLAB命令窗口中輸入simulink結(jié)果是在桌面上出現(xiàn)一個(gè)稱為SimulinkLibraryBrowser的窗口，在這個(gè)窗口中列出了按功能分類的各種模塊的名稱。也可以通過(guò)MATLAB主窗口的快捷按鈕來(lái)打開(kāi)SimulinkLibraryBrowser窗口。兩種模塊庫(kù)窗口界面只是不同的顯示形式，用戶可以根據(jù)各人喜好進(jìn)行選用，一般說(shuō)來(lái)第二種窗口直觀、形象，易于初學(xué)者，但使用時(shí)會(huì)打開(kāi)太多的子窗口。第五頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三第六頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三第七頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三

SIMULINK的模塊庫(kù)介紹SIMILINK模塊庫(kù)按功能進(jìn)行分類，包括以下8類子庫(kù)：Continuous（連續(xù)模塊）Discrete（離散模塊）Function&Tables（函數(shù)和平臺(tái)模塊）Math（數(shù)學(xué)模塊）Nonlinear（非線性模塊）Signals&Systems（信號(hào)和系統(tǒng)模塊）Sinks（接收器模塊）Sources（輸入源模塊）第八頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三1、連續(xù)模塊（Continuous）

continuous.mdlIntegrator：輸入信號(hào)積分Derivative：輸入信號(hào)微分State-Space：線性狀態(tài)空間系統(tǒng)模型Transfer-Fcn：線性傳遞函數(shù)模型Zero-Pole：以零極點(diǎn)表示的傳遞函數(shù)模型Memory：存儲(chǔ)上一時(shí)刻的狀態(tài)值TransportDelay：輸入信號(hào)延時(shí)一個(gè)固定時(shí)間再輸出VariableTransportDelay：輸入信號(hào)延時(shí)一個(gè)可變時(shí)間再輸出第九頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三2、離散模塊（Discrete）

discrete.mdlDiscrete-timeIntegrator：離散時(shí)間積分器DiscreteFilter：IIR與FIR濾波器DiscreteState-Space：離散狀態(tài)空間系統(tǒng)模型DiscreteTransfer-Fcn：離散傳遞函數(shù)模型DiscreteZero-Pole：以零極點(diǎn)表示的離散傳遞函數(shù)模型First-OrderHold：一階采樣和保持器Zero-OrderHold：零階采樣和保持器UnitDelay：一個(gè)采樣周期的延時(shí)第十頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三3、Function&Tables（函數(shù)和表格模塊）

function.mdlFcn：用自定義的函數(shù)（表達(dá)式）進(jìn)行運(yùn)算MATLABFcn：利用matlab的現(xiàn)有函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算S-Function：調(diào)用自編的S函數(shù)的程序進(jìn)行運(yùn)算Look-UpTable：建立輸入信號(hào)的查詢表（線性峰值匹配）Look-UpTable(2-D)：建立兩個(gè)輸入信號(hào)的查詢表（線性峰值匹配）第十一頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三Sum：加減運(yùn)算Product：乘運(yùn)算DotProduct：點(diǎn)乘運(yùn)算Gain：比例運(yùn)算MathFunction：包括指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、求平方、開(kāi)根號(hào)等常用數(shù)學(xué)函數(shù)TrigonometricFunction：三角函數(shù)，包括正弦、余弦、正切等MinMax：最值運(yùn)算Abs：取絕對(duì)值Sign：符號(hào)函數(shù)4、Math（數(shù)學(xué)模塊）

math.mdl第十二頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三LogicalOperator：邏輯運(yùn)算RelationalOperator：關(guān)系運(yùn)算ComplextoMagnitude-Angle：由復(fù)數(shù)輸入轉(zhuǎn)為幅值和相角輸出Magnitude-AngletoComplex：由幅值和相角輸入合成復(fù)數(shù)輸出ComplextoReal-Imag：由復(fù)數(shù)輸入轉(zhuǎn)為實(shí)部和虛部輸出Real-ImagtoComplex：由實(shí)部和虛部輸入合成復(fù)數(shù)輸出第十三頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三5、Nonlinear（非線性模塊）

nonlinear.mdlSaturation：飽和輸出，讓輸出超過(guò)某一值時(shí)能夠飽和。Relay：滯環(huán)比較器，限制輸出值在某一范圍內(nèi)變化。Switch：開(kāi)關(guān)選擇，當(dāng)?shù)诙€(gè)輸入端大于臨界值時(shí)，輸出由第一個(gè)輸入端而來(lái)，否則輸出由第三個(gè)輸入端而來(lái)。ManualSwitch：手動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)第十四頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三6、Signal&Systems（信號(hào)和系統(tǒng)模塊）

sigsys.mdlMux：將多個(gè)單一輸入轉(zhuǎn)化為一個(gè)復(fù)合輸出。Demux：將一個(gè)復(fù)合輸入轉(zhuǎn)化為多個(gè)單一輸出。Selector:從多路輸入中按希望的順序輸出所需路數(shù)的信號(hào)ModelInfo:顯示模型的有關(guān)信息矩陣基本運(yùn)算:讀矩陣From,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)自動(dòng)轉(zhuǎn)換datatypeconversion,矩陣重新定維reshape第十五頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三7、Sinks（接收器模塊）

sinks.mdlScope：示波器。XYGraph：顯示二維圖形。ToWorkspace：將輸出寫(xiě)入MATLAB的工作空間。ToFile(.mat)：將輸出寫(xiě)入數(shù)據(jù)文件。Out1：輸出端。Terminator：連接到?jīng)]有連接到的輸出端。Stopsimulation:若輸入信號(hào)為非零,則強(qiáng)行終止仿真Display:數(shù)字顯示第十六頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三8、Sources（輸入源模塊）

sources.mdlConstant：常數(shù)信號(hào)。Clock：時(shí)鐘信號(hào)。FromWorkspace：來(lái)自MATLAB的工作空間。FromFile(.mat)：來(lái)自數(shù)據(jù)文件。PulseGenerator：脈沖發(fā)生器。RepeatingSequence：重復(fù)信號(hào)。SignalGenerator：信號(hào)發(fā)生器，可以產(chǎn)生正弦、方波、鋸齒波及隨意波。SineWave：正弦波信號(hào)。Step：階躍波信號(hào)。In1：輸入端。Ground：連接到?jīng)]有連接到的輸入端。第十七頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三SIMULINK建模仿真的一般過(guò)程1、簡(jiǎn)單模型的建立（1）建立模型窗口:Library窗口中File|new|model（2）在模塊庫(kù)中選取需要的模塊，并拖到到編輯窗口里。（3）對(duì)模塊進(jìn)行連接，從而構(gòu)成需要的系統(tǒng)模型。（4）按數(shù)學(xué)模型進(jìn)行參數(shù)修改。（5）單擊開(kāi)始按鈕進(jìn)行仿真分析，在仿真的同時(shí)，可以觀察仿真結(jié)果。如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，可以立即單擊停止按鈕停止仿真。第十八頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三SIMULINK簡(jiǎn)單模型的建立及模型特點(diǎn)2、模型的特點(diǎn)在SIMULINK里提供了許多如Scope的接收器模塊，這使得用SIMULNK進(jìn)行仿真具有像做實(shí)驗(yàn)一般的圖形化顯示效果。SIMULINK的模型具有層次性，通過(guò)底層子系統(tǒng)可以構(gòu)建上層母系統(tǒng)。SIMULINK提供了對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行封裝的功能，用戶可以自定義子系統(tǒng)的圖標(biāo)和設(shè)置參數(shù)對(duì)話框。第十九頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三SIMULINK在通信仿真中的應(yīng)用Simulink中提供了通信系統(tǒng)的建模、仿真和分析優(yōu)化的專業(yè)庫(kù)communicationblockset。庫(kù)中包含了15個(gè)字庫(kù)，近200個(gè)模塊。該模塊庫(kù)提供了完整的模擬/數(shù)字通信系統(tǒng)建模、仿真和分析優(yōu)化圖形所需的模塊。第二十頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三

SIMULINK功能模塊的處理模塊庫(kù)中的模塊可以直接用鼠標(biāo)進(jìn)行拖曳（選中模塊，按住鼠標(biāo)左鍵不放）而放到模型窗口中進(jìn)行處理。在模型窗口中，選中模塊，則其4個(gè)角會(huì)出現(xiàn)黑色標(biāo)記。此時(shí)可以對(duì)模塊進(jìn)行以下的基本操作。功能模塊的基本操作，包括模塊的移動(dòng)、復(fù)制、刪除、轉(zhuǎn)向、改變大小、模塊命名、顏色設(shè)定、參數(shù)設(shè)定、屬性設(shè)定、模塊輸入輸出信號(hào)等。第二十一頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三SIMULINK功能模塊的處理移動(dòng)：選中模塊，按住鼠標(biāo)左鍵將其拖曳到所需的位置即可。若要脫離線而移動(dòng)，可按住shift鍵，再進(jìn)行拖曳。復(fù)制：選中模塊，然后按住鼠標(biāo)右鍵或ctrl進(jìn)行拖曳即可復(fù)制同樣的一個(gè)功能模塊。刪除：選中模塊，按Delete鍵即可。若要?jiǎng)h除多個(gè)模塊，可以同時(shí)按住Shift鍵，再用鼠標(biāo)選中多個(gè)模塊，按Delete鍵即可。也可以用鼠標(biāo)選取某區(qū)域，再按Delete鍵就可以把該區(qū)域中的所有模塊和線等全部刪除。第二十二頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三轉(zhuǎn)向：為了能夠順序連接功能模塊的輸入和輸出端，功能模塊有時(shí)需要轉(zhuǎn)向。在菜單Format中選擇FlipBlock旋轉(zhuǎn)180度，選擇RotateBlock順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度?；蛘咧苯影碈trl+F鍵執(zhí)行FlipBlock，按Ctrl+R鍵執(zhí)行RotateBlock。改變大?。哼x中模塊，對(duì)模塊出現(xiàn)的4個(gè)黑色標(biāo)記進(jìn)行拖曳即可。SIMULINK功能模塊的處理第二十三頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三模塊命名：先用鼠標(biāo)在需要更改的名稱上單擊一下，然后直接更改即可。名稱在功能模塊上的位置也可以變換180度，可以用Format菜單中的FlipName來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以直接通過(guò)鼠標(biāo)進(jìn)行拖曳。HideName可以隱藏模塊名稱。顏色設(shè)定：

Format菜單中的ForegroundColor可以改變模塊的前景顏色，BackgroundColor可以改變模塊的背景顏色；而模型窗口的顏色可以通過(guò)ScreenColor來(lái)改變。SIMULINK功能模塊的處理第二十四頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三參數(shù)設(shè)定：用鼠標(biāo)雙擊模塊，就可以進(jìn)入模塊的參數(shù)設(shè)定窗口，從而對(duì)模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。參數(shù)設(shè)定窗口包含了該模塊的基本功能幫助，為獲得更詳盡的幫助，可以點(diǎn)擊其上的help按鈕。通過(guò)對(duì)模塊的參數(shù)設(shè)定，就可以獲得需要的功能模塊。屬性設(shè)定：選中模塊，打開(kāi)Edit菜單的BlockProperties可以對(duì)模塊進(jìn)行屬性設(shè)定。包括Description屬性、Priority優(yōu)先級(jí)屬性、Tag屬性、Openfunction屬性、Attributesformatstring屬性。其中Openfunction屬性是一個(gè)很有用的屬性，通過(guò)它指定一個(gè)函數(shù)名，則當(dāng)該模塊被雙擊之后，Simulink就會(huì)調(diào)用該函數(shù)執(zhí)行，這種函數(shù)在MATLAB中稱為回調(diào)函數(shù)。SIMULINK功能模塊的處理第二十五頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三模塊的輸入輸出信號(hào)：模塊處理的信號(hào)包括標(biāo)量信號(hào)和向量信號(hào)；標(biāo)量信號(hào)是一種單一信號(hào)，而向量信號(hào)為一種復(fù)合信號(hào)，是多個(gè)信號(hào)的集合，它對(duì)應(yīng)著系統(tǒng)中幾條連線的合成。缺省情況下，大多數(shù)模塊的輸出都為標(biāo)量信號(hào)，對(duì)于輸入信號(hào)，模塊都具有一種“智能”的識(shí)別功能，能自動(dòng)進(jìn)行匹配。某些模塊通過(guò)對(duì)參數(shù)的設(shè)定，可以使模塊輸出向量信號(hào)。SIMULINK功能模塊的處理第二十六頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三模塊間信號(hào)線的連接起始端位于模塊輸出口的信號(hào)線生成法。起始端位于其他信號(hào)線上的信號(hào)線生成法。第二十七頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期三連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的建模與仿真