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1、Simulink仿真及应用Simulink Simulink 仿真简介仿真简介Simulink Simulink的基本模块介绍的基本模块介绍Simulink Simulink在通信系统中的应用在通信系统中的应用 SIMULINKSIMULINK快速入门快速入门n n在工程实际中，控制系统的结构往往很复杂，如果不借助在工程实际中，控制系统的结构往往很复杂，如果不借助 专用的系统建模软件，则很难准确地把一个控制系统的复专用的系统建模软件，则很难准确地把一个控制系统的复 杂模型输入计算机，对其进行进一步的分析与仿真。杂模型输入计算机，对其进行进一步的分析与仿真。19901990 年，年，Math W
2、orksMath Works软件公司为软件公司为MATLABMATLAB提供了新的控制系提供了新的控制系 统模型图输入与仿真工具，并命名为统模型图输入与仿真工具，并命名为SIMULABSIMULAB，该工具很，该工具很 快就在控制工程界获得了广泛的认可，使得仿真软件进入快就在控制工程界获得了广泛的认可，使得仿真软件进入 了模型化图形组态阶段。但因其名字与当时比较著名的软了模型化图形组态阶段。但因其名字与当时比较著名的软 件件SIMULASIMULA类似，所以类似，所以19921992年正式将该软件更名为年正式将该软件更名为 SIMULINKSIMULINK。n nSIMULINKSIMULIN
3、K的出现，给控制系统分析与设计带来了福音。的出现，给控制系统分析与设计带来了福音。 顾名思义，该软件的名称表明了该系统的两个主要功能：顾名思义，该软件的名称表明了该系统的两个主要功能： SimuSimu（仿真）和（仿真）和LinkLink（连接），（连接），即该软件可以利用系统提即该软件可以利用系统提 供的各种功能模块并通过信号线连接各个模块从而创建出供的各种功能模块并通过信号线连接各个模块从而创建出 所需要的控制系统模型，然后利用所需要的控制系统模型，然后利用SIMULINKSIMULINK提供的功能提供的功能 来对系统进行仿真和分析。来对系统进行仿真和分析。3 3Simulink是MATL
4、AB中一个建立系统方框图和基于方框图级的系统仿真环境，是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。 Simulink的特点使用Simulink可以方便地对系统进行可视化建模，并进行基于时间流的系统仿真，使得仿真系统建模与工程中的方框图统一起来。仿真结果可近乎“实时”地通过可视化模块，如示波器模块、频谱仪模块以及数据输入输出模块等显示出来，大大方便了系统仿真工作。4 4Simulink提供了一种图形化的交互环境，只需用鼠标拖动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仿真环境附带了许多专业仿真模块库，利用这些模块库可快速建立有关专业领域的系统模型并进行仿真，不需
5、要详细了解各模块内部的实施细节，大大方便了复杂大系统的建模。Simulink全方位支持动态系统的建模仿真，支持连续系统、离散系统、连续离散混合系统、非线性系统、时不变系统、时变系统的建模仿真，也支持具有多采样速率的多速率系统。对通用仿真领域，Simulink无所不包。n nSIMULINKSIMULINK是目前控制工程界的通用软件，而是目前控制工程界的通用软件，而 且在许多其他的领域，如且在许多其他的领域，如通信、信号处理、控制通信、信号处理、控制 、电力、金融、生物系统、电力、金融、生物系统等，也获得重要应用。等，也获得重要应用。 对于对于电子信息类电子信息类专业的学生来说，无论是学习专专业
6、的学生来说，无论是学习专 业课程或者相关课程设计还是在今后的工作中，业课程或者相关课程设计还是在今后的工作中， 掌握掌握SIMULINKSIMULINK，就等于是有了一把利器。，就等于是有了一把利器。1.Simulink的启动n nSimulinkSimulink是基于是基于MATLABMATLAB环境之上的高性能环境之上的高性能 的系统级仿真设计平台，因此启动的系统级仿真设计平台，因此启动SimulinkSimulink之前之前 必须首先运行必须首先运行MATLABMATLAB，然后才能启动，然后才能启动SimulinkSimulink 并建立系统模型。启动并建立系统模型。启动Simulin
7、kSimulink有两种方式有两种方式：n n(1) (1) 用命令行方式启动用命令行方式启动SimulinkSimulink。即在。即在MATLABMATLAB的的 命令窗口中直接键入如下命令命令窗口中直接键入如下命令： simulinksimulink( (2) 2) 使用工具栏按钮启动使用工具栏按钮启动SimulinkSimulink。即用鼠标单击。即用鼠标单击 MATLABMATLAB工具栏中的工具栏中的SimulinkSimulink按钮。启动按钮。启动SimulinkSimulink ，建立系统模型，其相应的基本操作如图，建立系统模型，其相应的基本操作如图3.13.1所示所示 。2
8、.SIMULINK的模块库nSimulink的模块库有两部分组成：基本模块和各 种应用工具箱。基本的 simulin k的模块常用模块各领 域内 的工 具箱Simulink的基本模块按功能进行分类，包括以下子库 ： nContinuous（连续系统模块）nDiscrete（离散系统模块）nFunction & Tables（函数和平台 模块）nMath（数学运算模块）nNonlinear（非线性模块）nSignals&Systems（信号和系统 模块）nSinks（接收器模块）nSources（输入源模块）下面列出一些基本模块的功能说明，以供实际使用 时查询。 表1：连续系统模块（Contin
9、uous）功能模块名功能简介模块名功能简介Integrator输入信号积 分Derivative输入信号微 分 State-Space线性状态空 间系统模型Transport Delay输入信号延 时一个固定 时间再输出Transfer-Fcn 线性传递函 数模型Variable Transport Delay输入信号延 时一个可变 时间再输出Zero-Pole以零极点表 示的传递函 数模型表2：接收器模块（Sinks）功能模块名功能简介Scope示波器To Workspace输出到MATLAB 的工作空间Display实时的数值显示XY Graph显示二维图形To File(.mat)输出到
10、数据文件Stop Simulation输入非0时停止仿 真表8：输入源模块（Sources）功能系统提供的应用工具箱有：系统提供的应用工具箱有： Communications Blockset（通信模块集 ） Control System Toolbox（控制系统工 具箱） Dials & Gauges Blockset（面板和仪表 模块集） DSP Blockset（数字信号处理模块集） Fuzzy Logic Toolbox（模糊逻辑工具箱 ） NCD Blockset（非线性控制设计模块集 ） Neural Network Blockset（神经网络模 块集） RF Blockset（
11、射频模块集） Power System Blockset（电力系统模块 集） Real-Time Windows Target（实时窗口 目标库） Real-Time Workshop（实时工作空间库 ） Stateflow（状态流程库） Simulink Extras（ Simulink附加库） System ID Blockset（系统辨识模块集）14143.Simulink建模和仿真介绍创建Simulink模型通常，用户创建的通常，用户创建的SimulinkSimulink模型包含下列三部分模型包含下列三部分“ “组件组件” ”：n n 输入信号源（输入信号源（ SourcesSourc
12、es）：可以是常数、时钟、白噪：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 生器等信号源或者是用户自定义的信号；生器等信号源或者是用户自定义的信号；n n 系统（系统（ SystemSystem）：）：即被模拟系统的即被模拟系统的 SIMULINK SIMULINK 方框图方框图 ；系统模块作为中心模块是；系统模块作为中心模块是SimulinkSimulink仿真建模所要解决的仿真建模所要解决的 主要部分。主要部分。n n 接收器（即输出、显示部分接收器（即输出、显示部分SinkSink）：）：可以是示波器、可以
13、是示波器、 图形记录仪（图形记录仪（XY GraphXY Graph）等。）等。1616 时间域的测量仪器用计算机仿真的示波器应用的是数字技术，具有脉冲示波器、同步示波器的功能，可以观测单次现象，正确地设置参数后，可以保持结束时的波形。 示波器(Scope)例如，观察1GHz正弦波所需要的示波器在一般实验室并不常见，但正确应用示波器(Scope)模块，可以观察任意频率的信号。1717用示波器观察1GHz正弦波的仿真系统如左图所示，其中正弦波信号参数设置如右图。1GHz正弦波显示仿真系统框图1GHz正弦波信号参数设置1818示波器参数设置左图，仿真参数设置如右图所示。示波器参数设置仿真参数的设置
14、1919仿真中示波器的两个关键参数为：1) 时间范围 ( Time range )决定了时窗的宽度，相当于示波器的扫描速度开关。频率愈高的信号，自然需要短的时窗(高的扫描速度 )，信号关于时间快速变化的特性才能得以展现。对1GHz的正弦信号一个周期为110-9s，时间范围设置为5e-9 (510-9s)，正好显示五个完整的正弦波。2) 取样时间 ( Sample time )通常为了还原出正弦波形，一个周期内至少有20个取样点，这里取为2e-11s，即一个周期用50个点来描述。2020仿真结果显示如下图所示。1GHz正弦波仿真显示结果Scope_1GHzSine.mdl2121对信号进行微积分
15、运算的仿真系统框图如左图所示，仿真结果如右图所示。信号发生器输出方波，示波器的三个输入端分别输入方波信号以及信号的微分和积分运算结果。 微积分仿真系统框图仿真结果DerivativeIntegrator.mdlSimulinkSimulink在通信系统中的应用实例在通信系统中的应用实例n n以模拟调制以模拟调制AMAM为例为例, ,通过通过SimulinkSimulink实现：实现：n n（1 1）AMAM调幅波调幅波n n（2 2）AMAM解调解调n nA. A. 相干解调相干解调n nB. B. 包络检波包络检波n n已知调制信号已知调制信号V Vp-pp-p=1V f=10HZ=1V f
16、=10HZn n载波信号载波信号V Vp-pp-p=1V f=100HZ=1V f=100HZn n（1 1）AMAM调制实现模型调制实现模型n n注意：注意：调制信号、载波信号及示波器参数设置调制信号、载波信号及示波器参数设置仿真结果仿真结果（2 2）AMAM相干解调实现模型（不加噪声相干解调实现模型（不加噪声）（2 2）AMAM相干相干解调实现模型（加噪声）解调实现模型（加噪声）仿真结果（加噪声）仿真结果（加噪声）仿真结果（不加噪声）仿真结果（不加噪声）复习复习n n1.AM1.AM、DSBDSB、SSBSSB调制的原理调制的原理n n2.AM2.AM 、DSBDSB、SSBSSB解调的原理解调的原理n n学会用学会用SimulinkSimulink实现振幅调制仿真分析实现振幅调制仿真分析作业：作业：用用SimulinkSimulink实现实现DSBDSB、SSBSSB调调 制与解调仿真。制与解调仿真。 扩展：频域分析及噪声
