MATLAB_SIMULINK讲解完整版

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1、第3章 SIMULINK应用基础 第3章 SIMULINK应用基础 3.1 SIMULINK仿真环境 3.2 SIMULINK的基本操作 3.3 SIMULINK系统建模 3.4 SIMULINK运行仿真 3.5 SIMULINK模块库 3.6 SIMULINK系统仿真应用 习题 第3章 SIMULINK应用基础 3.1 SIMULINK仿真环境SIMULINK是MATLAB的一个分支产品，主要用来实现对工程问题的模型化及动态仿真。SIMULINK体现了模块化设计和系统级仿真的思想，采用模块组合的方法使用户能够快速、准确地创建动态系统的计算机模型，使得建模仿真 如同搭积木一样简单。SIMULI

2、NK现已成为仿真领域首选的计算机环境。第3章 SIMULINK应用基础 具体到电力系统仿真而言，原来的MATLAB编程仿真是在文本命令窗口中进行的，编制的程序是一行行的命令和 MATLAB函数，不直观也难以与实际电力模型建立形象的联系。在SIMULINK环境中，电力系统元器件的模型都用框图来表达，框图之间的连线表示了信号流动的方向。对用户 而言，只要熟悉了SIMULINK仿真平台的使用方法以及模型库的内容，就可以使用鼠标和键盘绘制和组织系统模型，并实现系统的仿真，完全不必从头设计模型函数或死记那些复杂的函数。第3章 SIMULINK应用基础 图3-1 打开SIMULINK模块库浏览器的方法3.

3、1.1 SIMULINK模块库浏览器SIMULINK仿真环境包括SIMULINK模块库和SIMULINK仿真平台。如图3-1所示，在MATLAB命令窗口中输入“simulink”再回车，或单击工具栏中的SIMULINK图标 ，可打开SIMULINK模块库浏览器窗口，如图3-2所示。第3章 SIMULINK应用基础 图3-2 SIMULINK模块库浏览器窗口第3章 SIMULINK应用基础 SIMULINK模块库包括标准模块库和专业模块库两大类。 标准模块库是MATLAB中最早开发的模块库，包括了连续系统、非连续系统、离散系统、信号源、显示等各类子模 块库。由于SIMULINK在工程仿真领域的广

4、泛应用，因此各领域专家为满足需要又开发了诸如通信系统、数字信号处理 、电力系统、模糊控制、神经网络等20多种专业模块库。第3章 SIMULINK应用基础 点击图3-2中“树状结构目录窗口”中各模块库名前带“”的小方块可展开二级子模块库的目录。“模块窗口”中显示的是用户在“树状结构目录窗口”中选中的模块库所包含的模块图标。如果显示的模块图标前带“”的小方块，表明该图标下还有三级目录，直接点击该图标可在该窗口中展现三级目录下的模块图标。为了叙述方便，本书将模块库中以图标形式表示的典型环节称为模块，将用典型环节模块组成的系统仿真模型简称为模型。第3章 SIMULINK应用基础 3.1.2 SIMUL

5、INK仿真平台从MATLAB窗口进入SIMULINK仿真平台的方法有以下两种：(1) 点击MATLAB菜单栏中的FileNewModel，如图3-3所示。(2) 点击SIMULINK模块库浏览器窗口工具栏上的按键 。第3章 SIMULINK应用基础 图3-3 进入SIMULINK仿真平台方法1第3章 SIMULINK应用基础 完成上述操作，将出现图3-4所示的SIMULINK仿真平台。仿真平台标题栏上的“untitled”表示一个尚未命名的新模型文件。仿真平台中的菜单栏和工具栏是SIMULINK系统仿真的重要工具。第3章 SIMULINK应用基础 图3-4 SIMULINK的仿真平台第3章 S

6、IMULINK应用基础 1. 仿真平台菜单栏SIMULINK仿真平台中的菜单包括“File(文件)”、“Edit(编辑)”、“View(查看)”、“Simulation(仿真)”、“Format(格式)”、“Tools(工具)”与“Help(帮助)”七项内容。每个主菜单项都有下拉菜单，下拉菜单中每个小菜单为一个命令，只要用鼠标选中，即可执行菜单项命令所规定的操作。其中，编辑和仿真菜单使用最为频繁。各个菜单命令的等效快捷键及功能说明见附录A。2. 仿真平台工具栏SIMULINK仿真平台中的工具栏归纳起来可分为五类。第3章 SIMULINK应用基础 第3章 SIMULINK应用基础 3.2 SIM

7、ULINK的基本操作3.2.1 模块及信号线的基本操作1. 模块的基本操作模块是系统模型中最基本的元素，不同模块代表了不同的功能。各模块的大小、放置方向、标签、属性等都是可以 设置调整的。表3-1列出了SIMULINK中模块基本操作方法的简单描述。第3章 SIMULINK应用基础 表3-1 SIMULINK中模块的基本操作方法第3章 SIMULINK应用基础 续表 第3章 SIMULINK应用基础 如图3-5所示，将模块进行了三种操作：模块顺时针旋转90、标签内容修改和标签位置改变。2. 信号线的基本操作信号线是系统模型中另一类最基本的元素，熟悉和正确 使用信号线是创建模型的基础。SIMULI

8、NK中的信号线并不是简单的连线，它具有一定流向属性且不可逆向，表示实际模型中信号的流向。表3-2列出了SIMULINK中信号线基本操作方法的简单描述。 第3章 SIMULINK应用基础 图3-5 模块的基本操作示例第3章 SIMULINK应用基础 表3-2 SIMULINK中信号线的基本操作方法第3章 SIMULINK应用基础 3.2.2 系统模型的基本操作除了熟悉模块和信号线的基本操作方法，用户还需熟悉 SIMULINK系统模型本身的基本操作，包括模型文件的创建、打开、保存以及模型的注释等。表3-3列出了SIMULINK中系统模型基本操作方法的简单描述。第3章 SIMULINK应用基础 表3

9、-3 SIMULINK中系统模型的基本操作方法第3章 SIMULINK应用基础 如图3-6所示，在模型中加入注释文字，使模型更具可读性。图3-6 添加注释文字示例(a) 未加注释文字；(b) 加入注释文字第3章 SIMULINK应用基础 3.2.3 子系统的建立与封装1. 子系统的建立一般而言，电力系统仿真模型都比较复杂，规模很大，包含了数量可观的各种模块。如果这些模块都直接显示在 SIMULINK仿真平台窗口中，将显得拥挤、杂乱，不利于用户建模和分析。可以把实现同一种功能或几种功能的多个模块组合成一个子系统，从而简化模型，其效果如同其它高级语言中的子程序和函数功能。在SIMULINK中创建子

10、系统一般有两种方法。第3章 SIMULINK应用基础 1) 通过“子系统”模块的方法该方法要求在用户的模型里添加一个称为Subsystem的子系统模块，然后再往该模块里加入组成子系统的各种模块。这种方法适合于采用自上而下设计方式的用户，具体实现步骤如下：(1) 新建一个空白模型。(2) 打开“端口和子系统”(Ports&Subsystems)模块库，选取其中的“子系统”(Subsystem)模块并把它复制到新建的仿真平台窗口中。第3章 SIMULINK应用基础 (3) 双击“子系统”模块，弹出一个子系统编辑窗口。系统自动在该窗口中添加一个输入和输出端子，名为In1和Out1，这是子系统与外部联

11、系的端口。(4) 将组成子系统的所有模块都添加到子系统编辑窗口中，合理排列。(5) 按要求用信号线连接各模块。(6) 修改外接端子标签并重新定义子系统标签，使子系统更具可读性。第3章 SIMULINK应用基础 2) 通过组合已存在模块的方法该方法要求在用户的模型中已有组成子系统所需的所有模块，并且已做好正确的连接。这种方法适合于采用自下而上设计方式的用户，具体实现步骤如下：(1) 打开已经存在的模型。(2) 选中要组合到子系统中的所有对象，包括各模块及其连线。(3) 选择菜单EditCreate Subsystem命令，模型自动转换成子系统。(4) 修改外接端子标签并重新定义子系统标签，使子系

12、统更具可读性。第3章 SIMULINK应用基础 将图3-6所示的模型用第二种方法创建子系统，创建过程如图3-7图3-12所示。图3-7 选中组合子系统的所有对象(用拖曳鼠标划定范围框的方法) 第3章 SIMULINK应用基础 图3-8 转换为子系统(选择菜单EditCreate Subsystem) 第3章 SIMULINK应用基础 图3-9 子系统内部结构图(在子系统图标上双击鼠标键进入) 第3章 SIMULINK应用基础 图3-10 修改外接端子标签(在原标签上单击鼠标键进入标签编辑框) 第3章 SIMULINK应用基础 图3-11 修改子系统标签图(在原标签上单击鼠标键进入标签编辑框)

13、第3章 SIMULINK应用基础 图3-12 子系统转换结果 第3章 SIMULINK应用基础 可见，子系统的创建过程比较简单，但非常有用。值得注意的是，仿真系统的信号源和输出显示模块一般不放进子系统内部。2. 子系统的封装所谓封装(Mask)，就是将SIMULINK的子系统“包装”成一个模块，并隐藏全部的内部结构。访问该模块时只出现了一个参数设置对话框，模块中所有需要设置的参数都可通过该对话框来统一设置。第3章 SIMULINK应用基础 创建一个子系统封装模块的主要步骤为：(1) 创建一个子系统。(2) 选中目标子系统，选择仿真平台窗口菜单中的EditMask Subsystem选项，将弹出

14、Mask编辑器窗口，窗口中包含四个标签页，如图3-13所示。第3章 SIMULINK应用基础 图3-13 封装编辑器窗口第3章 SIMULINK应用基础 (3) 使用封装编辑器不同的标签页进行封装图标、参数、初始化和文本的设置。四个标签页主要的功能如下： 图标(Icon)标签页：用来给封装模块设计自定义图标。“Drawing commands”命令窗口以MATLAB语句来绘制图标的编辑区，通过在“Drawing commands”命令窗口中填写函数设置封装模块的图标。图标标签页的常用绘制命令如表3-4所示。第3章 SIMULINK应用基础 表3-4 图标标签页的常用绘制命令第3章 SIMULI

15、NK应用基础 参数(Parameters)标签页：最关键的标签页，可增加或删除子系统参数对话框中的变量以及属性，如图3-14所示。其中，“Variable”项至关重要，必须和子系统中对应模块内设置的变量名称一致，才能建立起封装模块内部变量和封 装对话框之间的联系。变量类型可选三类：“可编辑型”(Edit)指定输入数据为可编辑类型，即该变量可由用户自定义输入数据，这是最普遍的一种类型；“复选框型”(Checkbox)指定输入数据为复选框类型，即用户只能进行选中与否的设置；“下拉菜单型”(Popup)指定输入数据为下拉菜单类型，即输入数据不可编辑，只能在下拉菜单提供的选项中选择。第3章 SIMUL

16、INK应用基础 图3-14 Parameters标签页窗口第3章 SIMULINK应用基础 初始(Initialization)标签页：通过命令函数，允许用户在调用子系统前通过MATLAB命令窗口进行子系统参数值的初始设定，还可以对图标绘制函数初始的值进行设置。 文本(Documentation)标签页：可设定封装子系统的类型、描述和帮助等文字说明。其中，“封装类型”(mask type)文本框中的内容将作为模块的类型显示在封装模块的参数对话框中；“封装模块描述”(mask description)多行文本框中的内容将显示在封装模块参数对话框的上部，对封装模 块的功用和其它注意事项进行描述；“封装模块帮助”(mask help)多行文本框中输入关于该模块的帮助，在参数对话框中的“help”按键按下时，MATLAB的帮助系统将显示此封装模块帮助多行文本框中的内容。第3章 SIMULI