MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)-課件

第一部分MATLAB軟件平臺(tái)及編程Simulink建模與仿真基礎(chǔ)MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)

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)行建模、仿真和分析，支持連續(xù)的、離散的以及線性的和非線性的系統(tǒng)。具有以下特點(diǎn)：★用繪制方框圖代替編寫(xiě)程序，結(jié)構(gòu)和流程清晰；★智能化地建立和運(yùn)行仿真，仿真精細(xì)、貼近實(shí)際；★適應(yīng)面廣。包括線性、非線性系統(tǒng)；連續(xù)、離散及混合系統(tǒng)；單任務(wù)、多任務(wù)離散時(shí)間系統(tǒng)。MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)

Simulink模型的文件為MDL模型文件，擴(kuò)展名為.mdl，以ASCII碼形式存儲(chǔ)。1、新建文件

新建仿真模型文件主要有以下幾種方式：★在Matlab命令窗口選擇“File”“New”“Model”★在命令窗口運(yùn)行simulink命令，在彈出的模塊庫(kù)瀏覽器窗口中選擇“File”“New”“Model”★在Simulink模型窗口中選擇“File”“New”“Model”2、打開(kāi)文件

打開(kāi)仿真模型文件主要有以下幾種方式：★在Matlab命令窗口輸入不加擴(kuò)展名的文件名★在Matlab命令窗口選擇“File”“Open”★

在Simulink模塊庫(kù)瀏覽器窗口選擇“File”“Open”★在Simulink模型窗口選擇“File”“Open”MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)模型庫(kù)瀏覽器窗口打開(kāi)方式有兩種：1、在命令窗口輸入“simulink”命令2、通過(guò)圖標(biāo)Matlabsimulink所用的所有模塊都在模型庫(kù)中，通過(guò)模型庫(kù)瀏覽器可找到所需要的模塊，然后將其拖動(dòng)到模型中。模型庫(kù)瀏覽器窗口如下：MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ) Simulink模型窗口由菜單欄、工具欄、模型瀏覽器、模型框圖窗口及狀態(tài)欄組成。

MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ) Simulink模型是由模塊和信號(hào)線連接構(gòu)成的方框圖，創(chuàng)建模型就是繪制方框圖。

1、模塊操作

模塊操作包括對(duì)象的選定、模塊的復(fù)制、模塊的移動(dòng)、模塊的刪除、改變模塊大小、模塊的翻轉(zhuǎn)和模塊名的編輯等。

2、信號(hào)線操作◆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)變成十字后按下鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)，直到另一模塊的輸入端?！粜盘?hào)線分支：將光標(biāo)指向信號(hào)線的分支點(diǎn)上，按住鼠標(biāo)右鍵，光標(biāo)變?yōu)槭?，拖?dòng)鼠標(biāo)直到分支線的終點(diǎn)，釋放鼠標(biāo)。

◆信號(hào)線文本注釋?zhuān)谛盘?hào)線中插入模塊，略……虛線，因?yàn)榻K端沒(méi)有連接到模塊MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)1、基本模塊Simulink模塊庫(kù)

包含各種功能模塊，如：放大器、微分器、積分器、各種信號(hào)源等。Simulink基本模塊MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)連續(xù)模塊庫(kù)離散模塊庫(kù)函數(shù)與表格模塊庫(kù)數(shù)學(xué)模塊庫(kù)信號(hào)輸出模塊信號(hào)源模塊庫(kù)……等簡(jiǎn)要介紹以下三個(gè)：（1）輸入信號(hào)源（Sources）

信號(hào)源模塊庫(kù)用來(lái)為模型提供輸入信號(hào)，沒(méi)有輸入口，至少有一個(gè)輸出口，如：LFM信號(hào)直流信號(hào)帶限白噪聲時(shí)鐘信號(hào)（2）接收模塊（Sinks）

接收端模塊用來(lái)接收信號(hào)，如：示波器終結(jié)器輸出模塊輸入不為0時(shí)終止仿真（3）連續(xù)系統(tǒng)模塊（continuous）

連續(xù)系統(tǒng)模塊用來(lái)構(gòu)成連續(xù)系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，如：積分器二階積分器微分器定積分器2、模塊參數(shù)設(shè)置

打開(kāi)參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框：雙擊模塊或者右鍵選擇“BlockParameters”，比如正弦信號(hào)源，可以設(shè)置幅度、頻率、初相等。3、模塊屬性設(shè)置

打開(kāi)屬性設(shè)置對(duì)話(huà)框：右鍵選擇“BlockProperties”，可以設(shè)置模塊的優(yōu)先級(jí)、標(biāo)記、調(diào)用函數(shù)等。MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)1、仿真設(shè)置

Simulink的模型實(shí)際上是定義了仿真系統(tǒng)的微分或差分方程組，而仿真則是用數(shù)值解算法來(lái)求解方程。

仿真設(shè)置包括對(duì)仿真的起始和結(jié)束時(shí)間、仿真步長(zhǎng)、仿真解法、輸出模式，以及是否從工作空間裝載數(shù)據(jù)或保存數(shù)據(jù)到工作空間等進(jìn)行設(shè)置。打開(kāi)仿真設(shè)置對(duì)話(huà)框：在模型窗口選擇“Simulation”“ConfigurationParameters”仿真設(shè)置對(duì)話(huà)框如下：

起始和結(jié)束時(shí)間起始和結(jié)束時(shí)間數(shù)據(jù)裝載或保存2、連續(xù)系統(tǒng)仿真

舉例說(shuō)明：建立二階系統(tǒng)的仿真模型，傳遞函數(shù)為

。

方法：輸入信號(hào)源使用階躍信號(hào)，系統(tǒng)使用開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，接收模塊使用示波器來(lái)構(gòu)成模型。

步驟：（1）先將需要的模塊放入模型窗口，如：

在“Sources”庫(kù)中選“step”模塊，在“Continuous”庫(kù)中選“TransferFcn”模塊，在“MathOperations”庫(kù)中選“Sum”模塊，在“Sinks”庫(kù)選擇“Scope”模塊。步驟：

（2）連接各模塊，從信號(hào)線引出分支點(diǎn)，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。信號(hào)線步驟：（3）設(shè)置模塊參數(shù)：通過(guò)雙擊模塊或彈出菜單，可打開(kāi)該模塊的屬性對(duì)話(huà)框，可設(shè)置參數(shù)。如：Sum：“Iconshape”

設(shè)置為“rectangular”，

“Listofsigns”設(shè)置為“|+-”。TransferFcn：分母多項(xiàng)式“Denominator”設(shè)置為“[10.60]”。Step：“Steptime”設(shè)置為0。設(shè)置傳遞函數(shù)步驟：（4）添加信號(hào)線文本注釋

雙擊信號(hào)線，出現(xiàn)編輯框，在編輯框內(nèi)輸入文本。文本注釋步驟：（5）仿真并分析仿真運(yùn)行：?jiǎn)螕艄ぞ邫诘摹癝tartsimulation”按鈕，開(kāi)始仿真，在示波器上顯示出階躍響應(yīng)。

縱坐標(biāo)及標(biāo)題修改：右擊示波器的坐標(biāo)框，選擇“Axesproperties”，將y坐標(biāo)的“Y-min”改為0，“Y-max”改為2，“Title”改為“二階系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)”。

Y軸變化更改標(biāo)題步驟：

在模型窗口，選擇“Simulation”“Configurationparameters”，在“Solver”頁(yè)將“Stoptime”設(shè)置為20，然后單擊“Startsimulation”按鈕。時(shí)間增加到20s3、離散系統(tǒng)仿真

離散系統(tǒng)的仿真過(guò)程與連續(xù)系統(tǒng)的仿真過(guò)程基本一樣，只是選擇的模塊為離散系統(tǒng)模塊，設(shè)置的參數(shù)也需根據(jù)離散系統(tǒng)設(shè)置。

MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)1、建立子系統(tǒng)

子系統(tǒng)類(lèi)似于編程語(yǔ)言中的子函數(shù)，可以使模型模塊化，可讀性更強(qiáng)，更容易調(diào)試和維護(hù)。建立子系統(tǒng)有兩種方法：★在模型中新建子系統(tǒng)★在已有的子系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立

MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)子系統(tǒng)創(chuàng)建與封裝在建立的Simulink系統(tǒng)模型比較大或很復(fù)雜時(shí)，可將一些模塊組合成子系統(tǒng)，這樣可使模型得到簡(jiǎn)化，便于連線；可提高效率，便于調(diào)試；可生成層次化的模型圖表，用戶(hù)可采取自上而下或自下而上的設(shè)計(jì)方法。將一個(gè)創(chuàng)建好的子系統(tǒng)進(jìn)行封裝，也就是使子系統(tǒng)象一個(gè)模塊一樣，例如可以有自己的參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框，自己的模塊圖標(biāo)等。這樣就使子系統(tǒng)使用起來(lái)非常方便。

MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)（1）在模型中新建子系統(tǒng)

步驟：A、打開(kāi)或者新建一個(gè)模型，建立各模塊并連接。B、用鼠標(biāo)拖出一個(gè)虛線框?qū)⑿枰⒆酉到y(tǒng)的部分框起來(lái)，在菜單中選擇“Edit”“Createsubsystem”，這時(shí)原虛線框中的部分被一個(gè)模塊代替。C、重命名子系統(tǒng)及輸入、輸出端口。MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)（1）在模型中新建子系統(tǒng)

例如：

原系統(tǒng)創(chuàng)建子系統(tǒng)后修改子系統(tǒng)名及輸入輸出名后MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)（2）在已有的子系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立

步驟：A、將已有的子系統(tǒng)復(fù)制到新窗口。B、雙擊打開(kāi)子系統(tǒng)模型窗口，重新放置模塊，建立連接和輸入輸出端口。C、將子系統(tǒng)與其他模塊連接。D、修改子系統(tǒng)名和其他參數(shù)。

MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)（2）在已有的子系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立

例如：

將前面建立的SubSys_1子系統(tǒng)復(fù)制到新窗口建立的子系統(tǒng)如下圖所示：輸出端口增加的新模塊輸入端口MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)2、條件執(zhí)行子系統(tǒng)

系統(tǒng)中的某些模塊需要在滿(mǎn)足一定條件時(shí)才執(zhí)行，使用條件執(zhí)行子系統(tǒng)就可以使子系統(tǒng)的執(zhí)行由控制信號(hào)的值來(lái)控制。

條件執(zhí)行子系統(tǒng)有3種：★使能子系統(tǒng)★觸發(fā)子系統(tǒng)★使能觸發(fā)子系統(tǒng)MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)（1）使能子系統(tǒng)

當(dāng)控制信號(hào)從負(fù)數(shù)向正數(shù)變化大于0時(shí)執(zhí)行，而當(dāng)控制信號(hào)變?yōu)樨?fù)數(shù)時(shí)停止執(zhí)行。

控制信號(hào)可以是標(biāo)量也可以是向量，如果是向量，只要向量中任何一個(gè)元素大于0時(shí)，子系統(tǒng)都執(zhí)行。MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)（2）觸發(fā)子系統(tǒng)

當(dāng)觸發(fā)事件發(fā)生時(shí)開(kāi)始執(zhí)行。

觸發(fā)事件包括：★上升沿★下降沿★上升沿和下降沿★函數(shù)內(nèi)部邏輯MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)（3）使能觸發(fā)子系統(tǒng)

由控制信號(hào)和觸發(fā)事件同時(shí)決定子系統(tǒng)的執(zhí)行。

當(dāng)觸發(fā)事件發(fā)生后，Simulink檢查使能信號(hào)是否大于0，大于0就開(kāi)始執(zhí)行。

MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)3、子系統(tǒng)的封裝

子系統(tǒng)在設(shè)置時(shí)需要打開(kāi)其中的每個(gè)模塊分別設(shè)置參數(shù)，而沒(méi)有基于整體的獨(dú)立操作界面，使子系統(tǒng)的應(yīng)用受到限制。因此，采用封裝可以為具有一個(gè)模塊以上的子系統(tǒng)定制對(duì)話(huà)框和圖標(biāo)，使其具有良好的用戶(hù)界面。

MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)3、子系統(tǒng)的封裝

封裝子系統(tǒng)的步驟：（1）選中子系統(tǒng)雙擊打開(kāi)，給需要進(jìn)行賦值的參數(shù)指定一個(gè)變量名；（2）選擇菜單”Edit””Masksubsystem”，出現(xiàn)封裝對(duì)話(huà)框；（3）在封裝對(duì)話(huà)框中設(shè)置參數(shù)，包括Icon,Parameters,Initialization和Docmentation。

MATLABSimulink建模與仿真基礎(chǔ)1、創(chuàng)建模型創(chuàng)建新模型：new_system打開(kāi)模型：open_system保存模型：