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1、综合测控实验(下)主 讲 人：黄弢、王峻峰Simulink模块的数学描述 Simulink模块包括一系列输入、状态和 输出。输出是采样时间、输入、模块 状态的函数。 仿真过程 MATLAB的工具箱提供了各种数值积分方法函数： T,Y=solver(F,TSPAN,Yo,OPTIONS) solver为微分方程的求解函数名。 F为系统模型文件名，模型为TSPAN=To Tfinal 为积分区间，初值终值， Yo为系统输出初始值，即To时刻的初值列向量； OPTIONS设置积分相对允误RelTol和绝对允误 AbsTol， 缺省时，RelTol=1e-3, AbsTol=1e-6. solver:
2、 ode23 Runge-Kutta法 三阶积分算法、二阶误差 估计、变积分步长的低阶算法 ode45 Runge-Kutta法，变步长的中等阶次积分算 法 ode113 变阶的Adams-Bashforth-Moulton，多步 长 ode15s 改进的Gear法，用于刚性方程的求解。 例：求微分方程 ， 先建立一个系统模型文件（m文件函数 ）dfun.m function y=dfun(t,x) y=sqrt(x)+5; 在命令窗口敲如下命令: t,x=ode23(dfun, 0 10 , 1); plot(t,x) 数值积分法、离散相似法 数值积分法上面以讲过。 离散相似法是首先将连续系
3、统模型离散化 ，得到等价的或相似的离散化的模型，然 后对相似的离散模型进行仿真计算。 根据这一原理，首先应将连续时间系统模 型转换为等价的离散时间系统模型。连续 系统离散化处理是通过转移矩阵法； 采样和信号保持器；变换法（如双线性 变换）来实现的。 Matlab通过采样和信号保持器以及双线性变 化法将连续系统模型转换为离散时间系统模型的函数C2D，调用格式为 sysd = c2d (sys, Ts, method) 其中，sys为线性连续时间系统；Ts为采样 时间；sysd为等价的离散时间系统。 method为离散化方法，可以选用： zoh 为零阶保持器 foh为一阶保持器 tustion为双
4、线性变换法， prewarp 为改进的双线性变换法 matched使连续和离散系统具有匹配的 DC增益 例：连续系统传递函数 采用一阶采样保持器，采样周期为 求其离散化系统模型，并比较离散前 后系统阶跃响应。 sysc = tf ( l -1 , 14 5 , td , 0.35 );%time delay sysd=c2d(sysc,0.1,zoh) step ( sysc, sysd ); 子系统创建及封装 在命令窗口键入“thermo”(这是一个房间热力学仿真 演示程序)。里面包含许多模块，模块之间用直线相连 ，组成模型，模型造好后，可以仿真运行，等待结果 。 双击“house”模块，出
5、现“thermo/house”窗口，表示 house模块是由窗口右边所示的一些模块连接而成。像 house这样由由几个相互关联的模块组合而成的模块在 simulink中称为子系统 用户自定义该子系统的图表和设置参数对话 House房屋形状的图标就是封装后的结果。 还可以做其他尝试，如：把温度设为80（预期的室 内温度），观察仿真结果的变化。 标签为daily temperature variation的正弦模块是 设置日温度变化，试改变幅度值参数，观察仿真结果 的变化。 SIMULINK 运行仿真 两种Simulink运行仿真的方法 使用窗口运行仿真 使用MATLAB 命令运行仿真使用窗口运行
6、仿真 优点：人机交互性强，不必记住繁琐的命令语句即 可进行操作。使用窗口运行仿真主要可以完成以下 一些操作。 1. 设置仿真参数: 仿真参数和算法选择的设置 2. 应用仿真参数: 仿真参数和算法设置后，使之 生效 3. 启动仿真: 选择命令运行仿真 4. 停止仿真: 选择命令停止仿真 5. 中断仿真: 可以在中断点继续启动仿真，而 停止仿真则不能 6. 仿真诊断: 在仿真中若出现错误，Simulink将 会终止仿真并在仿真诊断对话框中显示错误信息 1. 设置仿真参数 选择菜单选项【SimulationParameters】，可以 对仿真参数及算法进行设置，共有五个选项卡 解法设置（Solver
7、）（已讲） 工作间I/O（Workspace I/O） 诊断页（Diagnostics）（自学） 高级设置（Advanced） （自学） 实时工具对话框（Real-Time Workshop） （自学 ）工作间I/O Simulink作为MATLAB 的一个附件，理应与MATLAB 很好 地结合，它的输入数据可以从MATLAB的工作空间中获得， 其仿真结果也可以被引入到MATLAB的工作空间。实现此项 功能需要用到仿真参数对话框中的工作间I/O页。工作间I/O 页大致可以分为三个部分：从MATLAB工作空间获得系统输入（Load from workspace） 仿真结果输出到MATLAB的工作
8、空间（Save to workspace） 输出选项（Save option） 下面对Workspace I/O选项页的功能与使用分别予以简介。从MATLAB工作空间加载 （Load from workspace）虽然Simulink提供了多种系统输入信号，但并不能完全满足需要。 Simulink允许使用用户自定义的信号作为系统输入信号。在Load from workspace框中，用户可以设置MATLAB中的变量作为系统输 入信号或系统状态初值，如下所述： （1）Input：用来设置系统输入信号，其格式为t, u，其中t、u 均为列向量，t 为输入信号的时间向量，u 为相应时刻的信号取值。
9、可以使用多个信号输入，如t, u1, u2。输入信号与Simulink的接口 由Inport模块（In1模块）实现。 （2）Initial state：用来设置系统状态变量的初始值。初始值 xInitial可为列向量。 注意：使用xInitialstate所设置的状态变量初始值会自动覆盖系统模 块中的设置。另外，输入信号与状态变量需要按照系统模型中Inport 模块（即In1 模块）的顺序进行正确设置。仿真结果输出到MATLAB的工作空间 （Save to workspace） 使用Workspace I/O选项页可以将系统的仿真结果、系统仿真时刻 、系统中的状态或指定的信号输出到MATLAB
10、的工作空间中，以便 用户对其进行定量分析，如下所述： （1）Time：输出系统仿真时刻。 （2）States：输出系统模型中的所有状态变量。 （3）Output：输出系统模型中的所有由Output 模块（即Out1 模 块）表示的信号。 （4）Final state：输出系统模型中的最终状态变量取值，即最后仿 真时刻处的状态值。输出选项（Save option） （1）Limit data points to last：表示输出数据的长度（从信号的最后数 据点记起）。 （2）Format：表示输出数据类型。共有三种形式：Structure with Time （带有仿真时间变量的结构体）、St
11、ructure（不带仿真时间变量的结构体 ）、Array（信号数组）。使用MATLAB命令运行仿真 MATLAB提供了sim命令，用户可以在 MATLAB 的环境下以命令行或M 文件的形 式运行Simulink模型。 使用命令行方式，用户可以在脚本文件中重 复地对同一系统在不同的仿真参数或不同的 系统模块参数下进行仿真，而无需一次又一次启动Simulink图形窗口中的Start Simulink。建立一个简单的动态系统，其功能如下： （1）系统的输入为一单位幅值、单位频率的正弦信号； （2）系统的输出信号为输入信号的积分。要求如下： （1）系统的输入信号由MATLAB 工作空间中的变量提供，
12、时间010s； （2）使用MATLAB绘制原始输入信号与系统运算结果的曲线 。问题描述： 原函数：sin(t) 时间区域：0-10s 原函数的积分为：-cos(t)+C 若取零初始条件，则有：C=1; 因此，有x(t)=-cos(t)+1对Workspace I/O 页进行如下设置： （1）Load from workspace 栏：Input 打勾，并 填入sim_input（由MATLAB 工作空间输入的输入 名）。Initial state 不选。 （2）Save to workspace 栏：Time 和Output 项 勾上，State 和Final state 项不勾。 （3）Sa
13、ve options 栏依次为：1000，1，Array在MATLAB工作空间中定义输入变量sim_input如下： t = 0: 0.1: 10; t = t; % 表示输入信号的时间范围 u = sin( t ); % 产生输入正弦信号 sim_input= t, u ; % 传递给Simulink系统模型的变量 然后运行Simulink仿真。： 或者 tout, x, yout = sim( command_in_out) 使用sim进行系统仿真，仿真参数取与前面相同 最后在MATLAB工作空间运行如下命令 plot(t, u, tout, yout, -); grid利用C写的S-Fu
14、nction执行步骤 mdlInitializeSizes是Simulink与S-function交互时 调用的第一个方法。随后Simulink将调用其他S- function方法（都以mdl开头）。仿真结束时， Simulink调用mdlTerminate。 注意：Simulink仿真时直接在适当的时间调用每个回 调方法，利用C写的S-Function仿真步骤如图4.1所示 ： S-Function模板创建DLL 新建一个文件夹，选择为当前目录 打开simulink，选择User-Defined Functions/S- Function Examples/C-files S-Functio
15、n/Basic C- MEX Template,根据所定义模块的功能，将该自动 生成的文件重命名，并存入你指定的文件夹中 将模版的c文件另存，文件名自定义，如MyOn.cpp 。将Function改成和文件名一样，如图4.5所示。 在mdlOutputs(SimStruct *S,int_T tid)函数中进行修 改，将 real_T *y = ssGetOutputPortSignal(S,0); 替换为 real_T *y = ssGetOutputPortRealSignal(S,0); 回到Matlab命令窗口,输入：mex setup Matlab命令窗口,输入：mex MyOn.cpp,可以看到出现了 一个MyOn.dll文件 在simulink窗口下，新建一个mdl文件（可为mytemp1， mdl的文件名不能与sfunction的名字相同，即不能为 MyOn，否则会出现命名冲突。），向其中添加一个S -Function模块，双击模块，将其中的S-Function Name改为dll的文件名（不加后缀，也就是MyOn）。 相同输入输出设置及采集
