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1、第12章 SIMULINK入门,SIMULINK是一个集建模、仿真和分析动态系统为一体的软件，是一种基于MATLAB的图形设计环境。通过SIMULINK，用户可以轻松地完成对应用问题的仿真，并实时地观察可能出现的结果。,第12章 SIMULINK入门,SIMULINK提供了一个建立模型方框图的图形用户接口（GUI），模型的创建只需要单击和拖动鼠标即可完成。SIMULINK中包含了许多实现不同功能的模块库，使得用户在这种设计中，不必考虑模块的内部结构而直接实现其“想要”的功能。同时，在建立模型之后，用户可以直接进行一种“交互式的”仿真，通过相关菜单或命令的使用来执行仿真，使得用户能够按照自己的设
2、定来进行仿真并观察对应的结果。,12.1 SIMULINK基础,本节主要介绍SIMULINK的安装、启动，以及SIMULINK工作界面和SIMULINK模型基本构建方式，目的是对SIMULINK有一个感性的认识。,12.1.1 SIMULINK安装,SIMULINK是MATLAB的一个工具箱软件包，在MATLAB的安装过程中，用户可以选择安装SIMULINK。MATLAB有两种安装类型，如图所示，一种是典型安装，另一种是自定义安装。,12.1.5 模型窗口菜单栏,模型的建立是在模型窗口中实现的，其界面如图所示，整个模型窗口由菜单栏、工具栏、编辑框和状态栏组成。,12.1.6 模型窗口工具栏和状
3、态栏,模型窗口工具栏如图。除Windows经典操作外，其余按钮功能见表,12.2 SIMULINK模型操作,介绍有关模型的基本操作，如模型的注释、打印、编辑等，模型的注释能够让模型更加通俗易懂，而模型报告的生成则增加了模型的阅读性，通过这些操作能够使得模型更具有交互性。,12.2.1 注释模型,用户可以在SIMULINK在模型窗口中的任何位置为模型添加注释，用来说明模型的功能或解释其他事项。,12.2.2 打印模型,当用户单击模型窗口中的按钮 或者选择菜单栏【FilePrint】选项时，系统将打开打印对话框，在Options选项组中，用户可以选择如下打印模型中的系统。 Current syst
4、em：只打印当前系统。 Current system and above：打印当前系统和该系统之上的所有父系统。 Current system and below：打印当前系统和该系统之下的所有子系统，同时将点亮下面的Look under mask dialog和Expand unique library links复选框。,12.2.2 打印模型,All systems：打印模型中的所有系统，同时将点亮下面的Look under mask dialog和Expand unique library links复选框。,12.2.3 生成模型报告,SIMULINK模型报告是一个描述模型结构和内容
5、的HTML文档，其包含了模型方框图、子系统和模块参数的设置。 当选择菜单栏【FilePrint Detail】选项时，将打开Print Details对话框，在File Location/naming options选项组中有三个单选按钮，用来设置生成HTML文档的保存路径。,12.2.3 生成模型报告,12.3 常用模型库,SIMULINK库浏览器窗口呈现一种树状结构，在其中列出了SIMULINK中的所有模块库，大体分为公共库和专业库，如Simulink库、Aerospace Blockset库等。本节将介绍最常用的Simulink库中的一些子库，SIMULINK的模块是繁多的，仅仅靠这里的
6、介绍是不够的，详细的了解可以参照Help文档。,12.3.1 常用的Commonly Used Blocks子库,在Commonly Used Blockset库中列出了公共库Simulink中最常用、最简单的模块，,12.3.2 常用的Sourse子库,信号是仿真模型中不可缺少的一部分，Sourse库用来向模型提供信号。Sourse模块是一个没有输入端口，而至少有一个输出端口的模块，,12.3.3 常用的Sink子库,在Sink库中提供了模型和子系统输出模块、数据查看模块和仿真控制模块。Sink库中各个模块的功能如表所示。,12.4.1 自动连接模块,在模型的构建中要实现模块的连接，可以通过
7、信号线实现，信号线用一段带有箭头连线表示。通过SIMULINK自动连接可以实现模块间的连接，也可以通过手动实现从模块到模块的连接或者从信号线到模块的连接。信号线带有箭头的一端连在目标模块的输入端口，另一端连在输出模块的输出端口上。首先介绍自动连接模块的方法。 首先选中输出模块，然后按下Ctrl键，在单击目标模块，SIMULINK将自动连接输出模块的输出端口和目标模块的输入端口，如图所示。,12.4.2 手动连接模块,1从模块到模块的手动连接 当鼠标移动至输出模块的输出端口时，鼠标图标将变成十字符型，此时按下鼠标左键，拖动鼠标至目标模块输入端口，当鼠标图标由十字符型变为双十字符型时，松开鼠标左键
8、即可，如图所示。 2从信号线某一点到模块的手动连接 将鼠标移动到信号线上某一点，此时鼠标图标变为十字符型，其后的连接方式完全与从模块到模块的连接相同。这种连接方式可以将一个信号传递到多个模块，,12.4.3 变换模块方向,在默认状态下，模块的输入端在左、输出端在右。在模型的实际设计中，用户可以根据需要对模块进行旋转。旋转的方式有两种： 使用快捷键Ctrl+R进行顺时针90旋转，请注意模块端口顺序的变化； 使用模型窗口菜单栏中【Format】菜单。选择菜单栏【Format/Flip Block】选项，可将模块旋转180。选择【Format/Rotate Block】可将模块旋转90,与使用快捷键
9、Ctrl+R效果相同。,12.4.4 操作模块名称,在SIMULINK模型中，每个模块都有自己唯一的模块名。如果在同一系统中出现模块名的重复，SIMULINK将弹出一个Error对话框。 1更改模块名称 2移动模块名位置 3显示或隐藏模块名 4改变模块名的字体和大小,12.4.5 设置模块参数,每个带有参数的模块都有一个模块参数对话框，用户可以通过该对话框设置模块的参数，打开模块参数对话框： 用鼠标双击模块图标，即可打开模块参数对话框；,12.4.6 改变模块效果,在SIMULINK中，用户可以制定任何模块或者标注的前景色和背景色，也可以设定整个模型框图的背景色。 改变模块或标注的前景色。选择
10、要改变的模块或标注，然后选择菜单栏【Format/Foreground color】选项设置。 改变模块或标注的背景色。选择要改变的模块或标注，然后选择菜单栏【Format/Background color】选项设置。 显示模块阴影效果。选中要添加阴影的模块，选择菜单栏【Format/Show Drop Shadow】选项来为选中模块添加阴影效果。,12.5 信号的操作,信号操作是模型中的一个重要内容，正确处理模型信号对于仿真结果的准确性和模型的可读性都具有重要意义，接下来将介绍信号的一些基本概念以及如何实现信号的标量扩展、显示和传递。,12.5.1 显示信号属性,信号属性包括信号的线型、信号
11、的维数和信号的数据类型。在SIMULINK模型窗口的Format菜单栏中提供了显示这些属性的以下不同选项。 Wide Nonscalar Line 选择菜单栏【Format/Port/Signal Displays/ Wide Nonscalar Line】选项，SIMULINK将加宽显示模型中的非标量（向量或矩阵）信号线， 总数；如果信号线表示携带不同数据类型的总线信号，那么SIMULINK将只显示信号分量总数M。,Signal Dimensions 选择菜单栏【Format/Port/Signal Displays/ Signal Dimensions】选项，SIMULINK将在携带非标量
12、信号的信号线旁显示非标量信号的维数。信号位数的显示格式，取决于信号线是单个信号还是总线信号。如果信号线表示的是单个的向量信号，SIMULINK将显示信号的宽度；如果信号线表示的是单个矩阵信号，SIMULINK将显示信号维数的格式为：MN,M、N非别是矩阵的行列数；如果信号线表示携带相同数据类型的总线信号，SIMULINK将显示信号维数的格式为NM，其中N是总线所传输的信号数目，M是总线传输信号分量的数目,12.5.1 显示信号属性,Port Date Types 选择菜单栏【Format/Port/Signal Displays/Port Date Types】选项，SIMULINK会在信号的
13、输出端显示信号的数据类型，如果信号是复数信号，那么将在数据类型后标注（c）。,12.5.1 显示信号属性,12.6 仿真设置,接下来将介绍SimulinkParameters对话框中基本参数的设置方式。SimulinkParameters对话框中仿真参数主要包括，解法器设置（Solver）、仿真参数输入输出（Data Import/Export）、仿真优化（Optimization）、仿真诊断（Diagnostics）、仿真硬件实现(Hardware Implementation)、参考模型(Model Referencing)和实时工作间(Real-time workshop)。在模型窗口中
14、选择菜单栏【Simulation/Configuration Parameter】，就可以打开Configuration Parameter（参数配置）对话框，,12.6.1 仿真时间设置,在Configuration Parameter（参数配置）对话框左侧单击Solver选项，在右侧将显示Solver面板，如图所示，该面板包括仿真时间设置面板和仿真算法设置面板。,12.6.2 仿真算法设置,SIMULINK需要计算每个时间步内的输入、输出和状态值，这就需要设置仿真算法，而求解器正是用来设置仿真算法的。SIMULINK为各类模型提供了不同的算法，主要有定步长连续算法、变步长连续算法、定步长离
15、散算法和变步长离散算法四种。 1定步长连续算法 2定步长离散算法 3变步长连续算法 4变步长离散算法,12.6.4 从基本工作区载入数据,在Configuration Parameter（参数配置）对话框左侧单击Data Inport/Export选项，在右侧将显示Data Inport/Export面板，该面板包括从基本工作区载入数据（Load from workspace）面板、从基本工作区载入数据（Save to workspace）面板和保存选项（Save options）面板。,12.6.5 保存输出结果到工作区,在Configuration Parameter（参数配置）对话框中，
16、可以看到Data Inport/Export面板的Save to workspace选项组，用户可以通过选项Time、States和Output复选框指定保存到工作区中的变量，,12.7 应用举例：,【例】假设从实际自然界（力学、电学、生态等）或社会中，抽象出初始状态为0的二阶微分方程， 是单位阶跃函数。本例演示如何用积分器直接构搭求解该微分方程的模型。 （1）改写微分方程 （2）利用SIMULINK库中的标准模块构作模型a1.mdl,应用举例,直接利用传递函数模块求解方程。 改写成传递函数 构造模型a2.mdl,12.8 数据显示,在工程设计中，对于大多数工程设计人员来说，查看和分析结果曲线对于了解模型的内部结构，以及判断结果的准确性具有重要意义。 SIMULINK仿真模型后，绘制模型输出轨迹的方法有以下几种： 将信号输出到Scope模块或XY Graph模块；,将输出数据写入到返回变量，并用MATLAB的绘图命令绘制曲线； 将输出数据用To Workspace模块写入到工作区，并用MATLAB的绘图命令绘制结果曲线。,12.8.1 使用Scope模块,Sco
