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1、1,第三章 仿真工具SIMULINK,SIMULINK是用来进行动态系统建模、仿真和分析的软件包。,3.1 SIMULINK 概述,SIMULINK为用户提供了用方框图进行系统建模的窗口。它有着丰富的模块库，在做仿真时，用户只需利用鼠标的点击与拖曳功能，将模块库中的各种标准模块复制到SIMULINK的模型窗口中，就可以轻而易举在完成模型的创建。 在 SIMULINK 环境中，用户可以在仿真进程中改变感兴趣的参数，实时地观察系统行为的变化。它还有Scop模块与其它的画图模块，在进行仿真的同时，就可以观看到仿真结果。 与传统的仿真软件采用微分方程或者差分方程建模相比，它具有更直观形象、更简单方便与
2、更灵活的优点。,2,启动与退出,在MATLAB命令窗口中输入“simulink”命令然后回车； 选择工具栏中的 选项即可进入simulink模块库浏览器； 直接从MATLAB命令窗口中选取“File Edit Model”也可进入SIMULINK仿真环境。,模型完成后，利用Save或Save as命令将模型文件存盘(扩展名为.mdl)后即可。 退出simulink，只要关闭所有模型编辑窗口和模块浏览器即可。,3,6.2 SIMULINK模块库浏览器,一、模块库浏览器界面,SIMULINK模块库浏览器界面可分为5部分： 菜单栏区：其主菜单有文件(File)、编辑(Edit)、查看(View)、帮
3、助(Help)等4项。 File：含New(新建模型或者库)、open(打开)、Close(关闭)和Preferences(属性设置)4项； Edit：含Add to the current model(添加到当前模型)、Find(查找)和Find next(查找下一个)3项； View：由toolbar(工具栏),status bar(状态栏),description(文字说明栏) ,stay on top(将浏览器放在桌面最上层) View：collapse entire browser(模块库压缩显示), expand entire browser(模块库展开显示),Large icon
4、s(大图标) ,Small icons(小图标),Show parameters for selection(显示所选模块的参数) ； Help(帮助),4,工具栏区：含4个按钮： 是新建与打开按钮， 是将模块放在桌面最上层按钮，Find是用来查找模块库中的模块按钮。 文字说明区：对所选模块的文字说明； 模块库区：含模块库及其相应的模块组； 状态栏区：即最下方显示Ready区，用来显示浏览器状态。,5,二、基本模块库的分类及其用途,SIMULINK 有13类基本模块库，分别为： Continuous(连续模块组)、 Discontinuities(非连续模块组)、 Discrete(离散模块组
5、)、 Look-Up Tables(表格模块组)、 Math Operations(数学运算模块组)、 Model Verification(模型检验模块组)、 Model-Wide Utilities(公用模块组)、 Ports & Subsystems(端口与子系统模块组)、 Signal Attributes(信号属性模块组)、 Signal Routing(信号传输选择模块组)、 Sinks(输出模块组)、 Sources(信号源模块组)、 User-Defined Functions(用户定义函数模块组)等,6,包含7个基本模块，分为连续时间线性系统与连续时间延迟两种。子模块组的名称
6、和用途见表3-1。,1、 Continuous(连续模块组),7,表3-1 连续模块组子模块的名称及用途,8,包含25个基本模块，包括数学运算、向量运算、复数与向量间的转换运算4种。其子模块组的名称和用途见表3-2。,2、 Math Operations(数学运算模块组),9,表3-3 数学运算模块组子模块的名称及用途,10,表3-3续 数学运算模块组子模块的名称及用途,11,表3-3续 数学运算模块组子模块的名称及用途,12,共有15个基本模块，包括信号传输与信号存储、访问两种。其子模块组的名称和用途见表3-3。,3、 Signal Routing(信号传输选择模块组),13,表3-3 信号
7、传输选择模块组子模块的名称及用途,14,表3-3续 信号传输选择模块组子模块的名称及用途,15,共有9个基本模块，包括模型及子系统输出、数据观察器与仿真控制3种。其子模块组的名称和用途见表3-3。,4、 Sinks(输出模块组) 及其用途,16,表3-4 输出模块组子模块的名称及用途,17,18个基本模块，包括模型及子系统输入与信号发生器两种。其子模块组的名称和用途见表3-5。,5、 Sources(信号源模块组) 及其用途,18,表3-5 信号源模块组子模块的名称及用途,19,表3-5续 信号源模块组子模块的名称及用途,20,三、部分专业模块库简介,Mathworks公司还提供了一系列与SI
8、MULINK一起使用的专业模块库，主要有：,Control System Toolbox：控制系统工具箱; Communications Blockset：通信系统仿真模块； DSP Blockset：数字信号处理工具箱； Fuzzy Logic Toolbox：模糊逻辑控制工具箱； Neural Network Blockset：神经网络工具箱； Simulink Extras：补充Simulink公共模块库； Stateflow：用来对复杂的事件驱动系统进行建模和仿真； Real-Time Workshop (简称RTW)：可以直接将simulink模型框图和Stateflow的状态图转换
9、成高效优化的程序代码。,21,6.3 用SIMULINK建立系统模型,建立简单模型的步骤： 建立模型窗口； 将功能模块从模块库中复制到模型窗口； 对模块进行连接，构成所需要的系统模型。 SIMULINK模型在视觉上表现为直观的方框图，在文件上则是扩展名为mdl的ASCII代码，在数学上表现为微分方程或差分方程，在行为上则模拟了实际系统的动态特性。,22,一、模块的复制、移动与删除,模块的复制包括两种：一是从模块库中将标准模块复制到模型窗口中，另一种是在模型窗口中将模型再复制。,1、模块的复制,从模块库中复制标准模块：从模块库中选中所需模块，按住鼠标左键不放，将模块拖至模型窗口再松开鼠标左键则完
10、成了复制； 在模型窗口中再复制有3种方法： 选中待复制模块，运行“Edit Copy”，然后将光标移至将要粘贴的地方，再运行“Edit Paste”，就完成复制；或者选中待复制模块，直接用Ctrl +C然后再Ctrl +V也可以； 用鼠标选取待复制模块后，按住“Ctrl”键不放，把该模块拖至目标位置后，松开左键即完成复制； 用鼠标选取待复制模块后，按住鼠标右键不放，把该模块拖至目标位置后，松开右键即完成复制。,23,将光标置于待移动的模块图标上，按住鼠标左键不放，把该模块拖至目标位置后，松开左键就完成了移动。,2、模块的移动,选中模块，按Delete键就可删除或点击鼠标右键，选择Cut也可对模
11、块进行剪切。,3、模块的删除,用鼠标选择模块图标，再将鼠标移到模块对象四周的控制小块处，当鼠标指针变成指向四周的小箭头时，按住鼠标左键不放，拖至合适大小即可。,四、模块外形调整,1、改变模块对象大小,24,在Simulink中，模块输入端口位于模块左侧，输出端口位于模块右侧，但有时需要对其方向进行改变。方法是：用鼠标选中模块对象，利用“Format Flip Block”(快捷键Ctrl +I)可将模块顺时针旋转180；或者利用“Format Rotate Block”(快捷键Ctrl +R)或将模块顺时针旋转90。,2、改变模块对象的方向,Format菜单中的“Foreground Colo
12、r”命令可以改变模块的前景颜色，“Background Color”命令可以改变模块的背景颜色；而模型窗口的颜色可以通过“Screen Color”命令来改变。此外，还可以选择“Format Show drop shadow”为模块生成阴影等。,3、颜色设定,25,将构成一个系统的所有环节模块复制到模型窗口后，还必须将所有的模块图标用信号线连接起来才能够描述一个控制系统的系统模型。,五、模块的连接,信号线具有连接功能模块的作用。连接两个模块时，用鼠标左键选取模块，点击该输入或输出端口，看到光标变成十字形后，拖曳十字图形符号到另个一个端口，鼠标指针将变成双十字形，然后松开鼠标左键。一根最简单的信
13、号线就将两模块连接起来了，连线的箭头表示信号的流向。,26,为了对动态系统进行正确的仿真与分析，必须设置正确的系统模块参数与系统仿真参数。模块的内部参数设置时只需在模型窗口中，双击待修改参数模块的图标，就可以打开标准功能模块内部参数设置对话框，然后改变对话框中相关栏目的数据便可。,六、模块内部参数修改,当系统中各模块的参数设置完毕后，可设置合适的系统仿真参数以进行动态系统的仿真。,27,欲建立此简单系统的模型，需要如下的系统模块： 信号源模块组Sources中的Sine Wave模块：产生一个正弦波信号； 数学运算模块组Math Operations中的Gain模块：将信号乘上一个常数（即信号
14、增益）； 输出模块组Sinks中的Scope模块：图形方式显示结果。,28,对系统中各模块参数以及系统仿真参数进行正确设置之后，单击系统模型编辑器上的Play图标（黑色三角）或选择Simulation菜单下的Start便可以对系统进行仿真分析。仿真结束后双击Scope模块以显示系统仿真的输出结果。,运行仿真,29,30,创建一个新的模型窗口； 从信号源模块组、数学运算模块组、连续模块组和输出模块组库中分别找出所需要的阶跃信号模块、求和器模块、线性传递函数模块和示波器模块，分别复制到模型窗口中； 将各模块按要所需构建的模型连接起来； 修改模块名称、加上信号线标注、模型标注等； 按要求重新设置各模
15、块内部参数； 存盘。,31,阶跃信号模块的参数对话框设置中有4个项：“Step time”为阶跃信号产生的时间；“Initial value”为阶跃信号初始值； ；“Final value”为阶跃信号终了值；“Sample time”为采样时间。 传递函数模块参数设置对话框中，“Numerator”栏是传递函数分子多项式系数向量，“Denominator”栏是传递函数分母多项式系数向量。注意：当多项式缺项时，必须将对应系数的“0”输入，不能遗漏。,32,图6-28 二阶系统单位阶跃响应仿真结果,33,例6-3,34,6.4 仿真参数设置,在对系统模型中各个模块进行合适的参数设置之后，需要对系统
16、仿真参数进行必要的设置以开始仿真。 在模型窗口中选择“Simulation”菜单下的“Simulation parameters”，就会出现一个对话框。仿真参数设置共有5个选项，分别是Solver、Workspace I/O、Diagnostics、Advanced和RTW。,35,Solver中包含3部分设置：Simulation time（仿真时间）、Solver options（仿真器选项）和Output options（输出选项设置）。,1、Solver选项及其设置,Simulation time（仿真时间）：包括仿真起始时间和停止时间，它们的差即代表仿真时间；在缺省情况下，Simulink默认的仿真起始时间为0 s，仿真结束时间为10 s。 Solver options（仿真器选项） ：Type项用来选择变步长或固定步长仿真器。右栏用于选择仿真器的算法。固定步长仿真器在仿真过程中，其步长是不变的。变步长解法可以在仿真过程中根据要求调整运算步长。在采用变步长解法时，应先指定一个容许误差限（在
