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1、SIMULINK仿真基础王晓翔 2012年11月21日SIMULINK简介SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进行存取），进而进行仿真与分析。SIMULI
2、NK的启动在MATLAB命令窗口中输入simulink，结果是在桌面上出现一个称为Simulink Library Browser的窗口，在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称。也可以通过MATLAB主窗口的快捷按钮来打开Simulink Library Browser窗口。SIMULINK的启动在MATLAB命令窗口中输入simulink3，结果是在桌面上出 现一个用图标形式显示的Library :simulink3的Simulink 模块库窗口。两种模块库窗口界面只是不同的显示形式，用户可以根据 各人喜好进行选用，一般说来第二种窗口直观、形象，易 于初学者，但使用时会打开太多的子窗口
3、。SIMULINK的模块库介绍SIMILINK模块库按功能进行分为以下8类子 库：Continuous（连续模块）Discrete（离散模块）Function&Tables（函数和平台模块）Math（数学模块）Nonlinear（非线性模块）Signals&Systems（信号和系统模块）Sinks（接收器模块）Sources（输入源模块）连续模块（CONTINUOUS）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Transfer-Fcn：线性传递函数模型Zero-Pole：以零极点表示的传递函数模型Memory：存储上一时刻
4、的状态值Transport Delay：输入信号延时一个固定时间再输出Variable Transport Delay：输入信号延时一个可变时 间再输出离散模块（DISCRETE）Discrete-time Integrator：离散时间积分器Discrete Filter：IIR与FIR滤波器Discrete State-Space：离散状态空间系统模型Discrete Transfer-Fcn：离散传递函数模型Discrete Zero-Pole：以零极点表示的离散传递函数 模型First-Order Hold：一阶采样和保持器Zero-Order Hold：零阶采样和保持器Unit De
5、lay：一个采样周期的延时函数和平台模块(FUNCTION&TABLES)Fcn：用自定义的函数（表达式）进行运算MATLAB Fcn：利用matlab的现有函数进行运算S-Function：调用自编的S函数的程序进行运算Look-Up Table：建立输入信号的查询表（线性峰值匹配）Look-Up Table(2-D)：建立两个输入信号的查询表（线性峰 值匹配）数学模块（ MATH ）Sum：加减运算Product：乘运算Dot Product：点乘运算Gain：比例运算Math Function：包括指数函数、对数函数、求平方 、开根号等常用数学函数Trigonometric Functi
6、on：三角函数，包括正弦、余 弦、正切等MinMax：最值运算Abs：取绝对值Sign：符号函数Logical Operator：逻辑运算Relational Operator：关系运算Complex to Magnitude-Angle：由复数输入转为幅值和相 角输出Magnitude-Angle to Complex：由幅值和相角输入合成复 数输出Complex to Real-Imag：由复数输入转为实部和虚部输出Real-Imag to Complex：由实部和虚部输入合成复数输出非线性模块（ NONLINEAR ）Saturation：饱和输出，让输出超过某一值时能够饱和。Relay
7、：滞环比较器，限制输出值在某一范围内变化。Switch：开关选择，当第二个输入端大于临界值时，输出由 第一个输入端而来，否则输出由第三个输入端而来。Manual Switch：手动选择开关信号和系统模块（ SIGNAL&SYSTEMS ）In1：输入端。Out1：输出端。Mux：将多个单一输入转化为一个复合输出。Demux：将一个复合输入转化为多个单一输出。Ground：连接到没有连接到的输入端。Terminator：连接到没有连接到的输出端。SubSystem：建立新的封装（Mask）功能模块接收器模块（ SINKS ）Scope：示波器。XY Graph：显示二维图形。To Workspa
8、ce：将输出写入MATLAB的工作空间。To File(.mat)：将输出写入数据文件。输入源模块（ SOURCES ）Constant：常数信号。Clock：时钟信号。From Workspace：来自MATLAB的工作空间。From File(.mat)：来自数据文件。Pulse Generator：脉冲发生器。Repeating Sequence：重复信号。Signal Generator：信号发生器，可以产生正弦、方 波、锯齿波及随意波。Sine Wave：正弦波信号。Step：阶跃波信号。SIMULINK简单模型的建立简单模型的建立（1）建立模型窗口（2）将功能模块由模块库窗口复制到
9、模型窗口（3）对模块进行连接，从而构成需要的系统模型模型的特点在SIMULINK里提供了许多如Scope的接收器模块，这使得 用SIMULNK进行仿真具有像做实验一般的图形化显示效果 。SIMULINK的模型具有层次性，通过底层子系统可以构建上 层母系统。SIMULINK提供了对子系统进行封装的功能，用户可以自定 义子系统的图标和设置参数对话框。SIMULINK功能模块的处理q模块库中的模块可以直接用鼠标进行拖曳（选中模块，按住鼠标左 键不放）而放到模型窗口中进行处理。q在模型窗口中，选中模块，则其4个角会出现黑色标记。此时可以对 模块进行以下的基本操作。1)移动：选中模块，按住鼠标左键将其拖
10、曳到所需的位置即可。若要 脱离线而移动，可按住shift键，再进行拖曳。2)复制：选中模块，然后按住鼠标右键进行拖曳即可复制同样的一个 功能模块。3)删除：选中模块，按Delete键即可。若要删除多个模块，可以同时 按住Shift键，再用鼠标选中多个模块，按Delete键即可。也可以用鼠 标选取某区域，再按Delete键就可以把该区域中的所有模块和线等 全部删除。功能模块的基本操作，包括模块的移动、复制、删除、转向、改变大小 、模块命名、颜色设定、参数设定、属性设定、模块输入输出信号等。4)转向：为了能够顺序连接功能模块的输入和输出端，功能模块 有时需要转向。在菜单Format中选择Flip
11、Block旋转180度， 选择Rotate Block顺时针旋转90度。或者直接按Ctrl+F键执行 Flip Block，按Ctrl+R键执行Rotate Block。5)改变大小：选中模块，对模块出现的4个黑色标记进行拖曳即 可。6)模块命名：先用鼠标在需要更改的名称上单击一下，然后直接 更改即可。名称在功能模块上的位置也可以变换180度，可以 用Format菜单中的Flip Name来实现，也可以直接通过鼠标进 行拖曳。Hide Name可以隐藏模块名称。7)颜色设定： Format菜单中的Foreground Color可以改变模块 的前景颜色，Background Color可以改变
12、模块的背景颜色；而 模型窗口的颜色可以通过Screen Color来改变。8)参数设定：用鼠标双击模块，就可以进入模块的参数设定窗口，从而 对模块进行参数设定。参数设定窗口包含了该模块的基本功能帮助， 为获得更详尽的帮助，可以点击其上的help按钮。通过对模块的参数 设定，就可以获得需要的功能模块。9)属性设定：选中模块，打开Edit菜单的Block Properties可以对模块进 行属性设定。包括Description属性、 Priority优先级属性、Tag属性、 Open function属性、Attributes format string属性。其中Open function属 性是
13、一个很有用的属性，通过它指定一个函数名，则当该模块被双击 之后，Simulink就会调用该函数执行，这种函数在MATLAB中称为回 调函数。SIMULINK线的处理q改变粗细：线所以有粗细是因为线引出的信号可以是标量信号或向量信 号，当选中Format菜单下的Wide Vector Lines时，线的粗细会根据线所 引出的信号是标量还是向量而改变，如果信号为标量则为细线，若为向 量则为粗线。选中Vector Line Widths则可以显示出向量引出线的宽度， 即向量信号由多少个单一信号合成。q设定标签：只要在线上双击鼠标，即可输入该线的说明标签。也可以通 过选中线，然后打开Edit菜单下的S
14、ignal Properties进行设定，其中signal name属性的作用是标明信号的名称，设置这个名称反映在模型上的直 接效果就是与该信号有关的端口相连的所有直线附近都会出现写有信号 名称的标签。q线的折弯：按住Shift键，再用鼠标在要折弯的线处单击一下，就会出现 圆圈，表示折点，利用折点就可以改变线的形状。q线的分支：按住鼠标右键，在需要分支的地方拉出即可以。或者按住 Ctrl键，并在要建立分支的地方用鼠标拉出即可。SIMULINK模型的构建是通过用线将各种功能模块进行连接而构成的。 用鼠标可以在功能模块的输入与输出端之间直接连线。所画的线可以 改变粗细、设定标签，也可以把线折弯、分
15、支。案例：状态方程如下状态方程：案例：状态方程案例：状态方程运行 100个仿真结果。x0=1 1 1comet3(x.signals.values(:,1),x.signals.values(:,2),x.signals.valu es(:,3)典型PID控制系统R(s)Y(t)自定义功能模块的封装Mask Subsystem1.Icon：设定功能 模块的外观。2.Initialization：设 定输入数据窗口 （Prompt List） 。3.Documentation： 设计该功能模块 的文字说明。nIcon标签页此页最重要的部分是Drawing Commands，在该区域内可以 用di
16、sp指令设定功能模块的文字名称，用plot指令画线，用 dpoly指令画传递函数。用户还可以设置一些参数来控制图标的属性，这些属性在 Icon页右下端的下拉式列表中进行选择。Icon frame：Visible 显示外框线；Invisible：隐藏外 框线。Icon Transparency：Opaque 隐藏输入输出的标签； Transparent：显示输入输出的标签。Icon Rotation：旋转模块。Drawing coordinate：画图时的坐标系。nInitialization标签页此页主要用来设计输入提示（prompt）以及对应的变量名称 （variable）。在prompt栏上输入变量的含义，其内容会显 示在输入提示中。而variable是仿真要用到的变量，该变量的 值一直存于mask workspace中，因此可以与其他程序相互传 递。如果配合在initializatio
