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1、*1 1.9 MATLAB的SIMULINK仿真 1.9.1 Simulink入门 1.9.2 模型的创建和模型文件 1.9.3 仿真运行 1.9.4 系统建模 1.9.5 子系统的创建及封装及封装 1.9.6 常用工具箱简介 *2 Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿 真和分析的软件包，是MATLAB的重要组成部分 。Simulink可以用来建模、分析和仿真各种动态系 统(包括连续系统、离散系统和混合系统)，它提供 了一种图形化的交互环境，只需用鼠标拖动的方 法便能迅速地建立起系统框图模型，甚至不需要 编写一行代码。 Simulink提供建立系统模型、选择仿真参数和 数值算法、启
2、动仿真程序对该系统进行仿真、设 置不同的输出方式来观察仿真结果等功能。 *3 1.交互式、图形化的建模环境 Simulink提供了丰富的模块库以帮助用户快速地建立 动态系统模型。建模时只需使用鼠标拖放不同模块库 中的系统模型并将它们连接起来。它外表以方块图形 式呈现，且采用分层结构。 2.交互式的仿真环境 Simulink框图提供了交互式很强的仿真环境，既可以 通过下拉菜单执行，也可以通过命令行进行仿真。 3.专用模块库(Blocksets) MathWorks公司开发了一系列的专用功能块程序包 ，通过这些可迅速地对系统实现建模、仿真和分析。 *4 DSP Blockset数字信号处理工具包
3、Fixed-Point Blockset定点运算控制系统仿真工具包 Power System Blockset电力电动系统工具包 Dials 开放与可扩展的体系结构。 *7 Simulink具有强大的功能与友好的用户界面，具 有广泛的应用领域。如： Simulink的应用领域示意图 *8 1.9.1 快速入门 SIMULINK可以处理的系统包括：线性、非线性系统 ；离散、连续及混合系统；单任务、多任务离散事件系 统。 从建模角度讲，这既适于自上而下（Top-down）的 设计流程（概念、功能、系统、子系统、直至器件） ，又适于自下而上（Bottum-up） 逆程设计。 从分析研究角度讲，这种
4、SIMULINK 模型不仅能让 用户知道具体环节的动态细节，而且能让用户清晰地 了解各器件、各子系统、各系统间的信息交换，掌握 各部分之间的交互影响。 *9 在 SIMULINK 环境中，用户将观察到现实世界中非线性 因素和各种随机因素对系统行为的影响。 在 SIMULINK 环境中，用户可以在仿真进程中改变感兴 趣的参数，实时地观察系统行为的变化。 在MATLAB中，可直接在 SIMULINK 环境中运作的工 具包很多，已覆盖通信、控制、信号处理、DSP、电力 系统等诸多领域，所涉内容专业性极强。 本讲由浅入深地讲述 SIMULINK 对各种数学、工程问题 的建模、仿真和分析的基本方法，采用
5、“算例”作为主体， 配以适量的归纳性表述。 例1.9.1.1：信号发生器和示波器。 例1.9.1.2：实现两个正弦信号的相乘 。 *10 1.9.2 模型的创建和模型文件 1.9.21 SIMULINK 模型是什么？ SIMULINK 模型有以下几层含义： 在视觉上表现为直观的方框图； 在文件上则是扩展名为 mdl 的ASCII代码； 在数学上表现为一组微分方程或差分方程； 在行为上则模拟了实际系统的动态特性 。 SIMULINK 模型通常包含三种 “组件”： 信源（ Sources）：可以是常数、时钟、白噪声、正弦波、 阶梯波、扫频信号、脉冲生成器、随机数产生器等信号源； 系统（ Syste
6、m）：即指被研究系统的 SIMULINK 方框图； 信宿（ Sink）：可以是示波器、图形记录仪等。 对于具体的 SIMULINK 模型而，不一定完全地包含这三大组 件。例如：研究初始条件对系统影响就不必包含信源组件。 *11 1.9.2 模型的创建和模型文件（续1） 1.9.22 SIMULINK 模型的创建 创建模型文件 模型块的操作 连线的操作 仿真的配置 对模型的注释； 保存模型； 仿真和结果分析 。 1.9.23 SIMULINK 模型文件 *12 (1) 新建模型：利用模型窗口中的图标 选中Matlab指令窗口的菜单 （2）打开模型：利用模型窗口中的图标 选用某模型窗口中的菜单 在
7、指令窗口中由open指令实现open模型名 （3）存盘：Simlink是以ASCII码形式存储的.mdl文件 （4）打印：先点击模型窗口中的图标，打开一个打印对 话框，但它比Windows多一个选项框 *13 返回 *14 （1）选定模块：单个模块 矩形里的所有模块及其信号线 *15 （2）模块的复制 （3）模块的移动 （4）模块的删除 （5）改变模块的大小 （a）原尺寸（ b）拖动边框（c）新尺寸 *16 （6）模块的旋转 （a）缺省状态（b）旋转1800（c）旋转900 （7）模块名的操作 也可修改模块名的字体：用Format:Font 返回 *17 连线的操作 n产生连线 水平或垂直连线
8、 斜连线 连线的删除 n信号线的分支和折曲 分支的产生 信号线的折曲 折点的移动 返回 *18 （1）解参数的设置(Solver) *19 （2）仿真数据的输入输出设置(Workspace I/O) *20 （3）仿真中异常情况的诊断(Diagnostics) 返回 *21 1.9.2 模型的创建和模型文件（续2） 1.9.23 SIMULINK 模型文件 SIMULINK 除了可以通过图形界面设计模块外 ，也可以通 过直接编写 mdl 文件来设计仿真模型图。 一个有输入和输出的图形界面设计模块。 用 mdl 文件编写有输入和输出的增益器。 （在 Word下 ） GainInOut 111 *
9、22 1.9.2 模型的创建和模型文件（续2） 1.9.24 常用的Source库信源 例：如何调用MATLAB工作空间中的信号矩阵 作为模型输入。本例所需的输入为 。 *23 （1）编写一个产生信号矩阵的M文件 sourec 0825_1.m function TU=source0825_1(T0,N0,K) t=linspace(0,K*T0,K*N0+1); N=length(t); u1=t(1:(N0+1).2; u2=(t(N0+2):(2*N0+1)-2*T0).2; u3(1:(N-(2*N0+2)+1)=0; u=u1,u2,u3; TU=t,u; *24 （2）构造简单的接
10、收用的信号模型 *25 （3）模块参数的设置 双击模块source08251，弹出“From Workspace” 设置对话框，在Data栏中填写TU （4）在MATLAB工作空间产生信号矩阵 TUsource0825_1(1,100,4) (5)开始仿真 *26 1.9.3 仿真运行 1.9.31 使用菜单进行仿真 设置仿真参数和选择求解器 通过选择菜单 Simulation 下的 Parameters 菜单项，用来设置 仿真参数和选择求解器。其中有三个页面管理这些仿真参数。 在 Solver 页面，设置开始和停止时间，选择求解器和指定 求解器（solver）的参数，另外还可以选择一些输出选
11、项。 在 Workspace I/O 页面，管理对 MATLAB 工作空间的输入 和输出。 在 Diagnostics 页面，可以选择在仿真期间显示的警告信息 的层次。 在 Solver options 中， SIMULINK 模型的仿真涉及到一组常 微分方程（ODEs）的数值积分。如果模型是连续系统，使用 ode45方法；如果模型不是连续系统，使用discrete方法。 例1.9.1.2：实现两个正弦信号的相乘。 *27 从命令窗口运行仿真的函数有从命令窗口运行仿真的函数有4 4个，即个，即simsim、 simsetsimset、simgetsimget和和set_paramset_par
12、am。 1. sim1. sim函数函数 simsim函数的作用是运行一个由函数的作用是运行一个由SimulinkSimulink建立的建立的 模型，其调用格式为：模型，其调用格式为： t, x, y =sim(modname,timespan,options,data)t, x, y =sim(modname,timespan,options,data) 1.9.3 仿真运行（续1） 1.9.32 通过命令行运行仿真 通过命令行运行仿真与通过菜单运行仿真相比 ，有如下的 一些优点： 可以不理睬模块中的初始条件（参数 x0 ）； 可以定义任何外部输入（用参数 ut ）； 可以由一个M 文件来启
13、动一个仿真，并且允许模块中的 参数发生改变 。 *28 2. simset2. simset函数函数 simset simset 函数用来为函数用来为simsim函数建立或编辑仿真参数或规函数建立或编辑仿真参数或规 定算法，并把设置结果保存在一个结构变量中。它有定算法，并把设置结果保存在一个结构变量中。它有 如下如下4 4种用法：种用法： (1) options=simset(property,value,)(1) options=simset(property,value,)：把：把propertyproperty代表代表 的参数赋值为的参数赋值为valuevalue，结果保存在结构，结果保
14、存在结构optionsoptions中。中。 (2) options=simset(old_opstruct,property,value,)(2) options=simset(old_opstruct,property,value,)： 把已有的结构把已有的结构old_opstruct(old_opstruct(由由simsetsimset产生产生) )中的参数中的参数 propertyproperty重新赋值为重新赋值为valuevalue，结果保存在新结构，结果保存在新结构optionsoptions 中。中。 (3) options=simset(old_opstruct,new_o
15、pstruct)(3) options=simset(old_opstruct,new_opstruct)：用结：用结 构构new_opstructnew_opstruct的值替代已经存在的结构的值替代已经存在的结构old_opstructold_opstruct 的值。的值。 (4) simset(4) simset：显示所有的参数名和它们可能的值。：显示所有的参数名和它们可能的值。 *29 3. simget3. simget函数函数 simgetsimget函数用来获得模型的参数设置值。如果参数值函数用来获得模型的参数设置值。如果参数值 是用一个变量名定义的，是用一个变量名定义的，sim
16、getsimget返回的也是该变量的值返回的也是该变量的值 而不是变量名。如果该变量在工作空间中不存在而不是变量名。如果该变量在工作空间中不存在( (即变即变 量未被赋值量未被赋值) )，则，则SimulinkSimulink给出一个出错信息。该函数给出一个出错信息。该函数 有如下有如下3 3种用法：种用法： (1) struct=simget(modname)(1) struct=simget(modname)：返回指定模型：返回指定模型modelmodel的参的参 数设置的数设置的optionsoptions结构。结构。 (2) value=simget(modname,property)(2) value=simget(modname,property)：返回指定模型：返回指定模型 modelmodel的参数的参数propertyproperty的值。的值
