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1、第十章第十章 SIMULINK动态仿真集动态仿真集成环境成环境7/22/20241n n Simulink操作基础操作基础n n 系统仿真模型系统仿真模型n n 系统的仿真系统的仿真n n使用命令操作对系统进行仿真使用命令操作对系统进行仿真n n子系统及其封装技术子系统及其封装技术7/22/2024210.1 Simulink操作基础操作基础10.1.1 Simulink简介简介 Simulink是是MATLAB的重要组成部分，提供的重要组成部分，提供建立系统模型、选择仿真参数和数值算法、启建立系统模型、选择仿真参数和数值算法、启动仿真程序对该系统进行仿真、设置不同的输动仿真程序对该系统进行仿
2、真、设置不同的输出方式来观察仿真结果等功能。出方式来观察仿真结果等功能。7/22/2024310.1.2 Simulink的启动与退出的启动与退出 1. Simulink的启动的启动 在在MATLAB的命令窗口输入的命令窗口输入simulink或单或单击击MATLAB主窗口工具栏上的主窗口工具栏上的Simulink命令按命令按钮即可启动钮即可启动Simulink。Simulink启动后会显示启动后会显示Simulink模块库浏览器模块库浏览器(Simulink Library Browser)窗口。窗口。7/22/20244 在在MATLAB主窗口主窗口File菜单中选择菜单中选择New菜菜单
3、项下的单项下的Model命令，在出现命令，在出现Simulink模块库模块库浏览器的同时，还会出现一个名字为浏览器的同时，还会出现一个名字为untitled的的模型编辑窗口。在启动模型编辑窗口。在启动Simulink模块库浏览器模块库浏览器后再单击其工具栏中的后再单击其工具栏中的Create a new model命令命令按钮，也会弹出模型编辑窗口。利用模型编辑按钮，也会弹出模型编辑窗口。利用模型编辑窗口，可以通过鼠标的拖放操作创建一个模型。窗口，可以通过鼠标的拖放操作创建一个模型。7/22/20245 模型创建完成后，从模型编辑窗口的模型创建完成后，从模型编辑窗口的模型创建完成后，从模型编辑
4、窗口的模型创建完成后，从模型编辑窗口的FileFile菜单项中菜单项中菜单项中菜单项中选择选择选择选择SaveSave或或或或Save AsSave As命令，可以将模型以模型文件的格命令，可以将模型以模型文件的格命令，可以将模型以模型文件的格命令，可以将模型以模型文件的格式式式式( (扩展名为扩展名为扩展名为扩展名为. .mdlmdl) )存入磁盘。存入磁盘。存入磁盘。存入磁盘。 如果要对一个已经存在的模型文件进行编辑修改，如果要对一个已经存在的模型文件进行编辑修改，如果要对一个已经存在的模型文件进行编辑修改，如果要对一个已经存在的模型文件进行编辑修改，需要打开该模型文件，其方法是，在需要打
5、开该模型文件，其方法是，在需要打开该模型文件，其方法是，在需要打开该模型文件，其方法是，在MATLABMATLAB命令窗命令窗命令窗命令窗口直接输入模型文件名口直接输入模型文件名口直接输入模型文件名口直接输入模型文件名( (不要加扩展名不要加扩展名不要加扩展名不要加扩展名. .mdlmdl) )。在模块。在模块。在模块。在模块库浏览器窗口或模型编辑窗口的库浏览器窗口或模型编辑窗口的库浏览器窗口或模型编辑窗口的库浏览器窗口或模型编辑窗口的FileFile菜单中选择菜单中选择菜单中选择菜单中选择OpenOpen命令，然后选择或输入欲编辑模型的名字，也能打开命令，然后选择或输入欲编辑模型的名字，也能
6、打开命令，然后选择或输入欲编辑模型的名字，也能打开命令，然后选择或输入欲编辑模型的名字，也能打开已经存在的模型文件。另外，单击模块库浏览器窗口已经存在的模型文件。另外，单击模块库浏览器窗口已经存在的模型文件。另外，单击模块库浏览器窗口已经存在的模型文件。另外，单击模块库浏览器窗口工具栏上的工具栏上的工具栏上的工具栏上的Open a modelOpen a model命令按钮或模型编辑窗口工命令按钮或模型编辑窗口工命令按钮或模型编辑窗口工命令按钮或模型编辑窗口工具栏上的具栏上的具栏上的具栏上的Open modelOpen model命令按钮，也能打开已经存在的命令按钮，也能打开已经存在的命令按钮
7、，也能打开已经存在的命令按钮，也能打开已经存在的模型文件。模型文件。模型文件。模型文件。7/22/202462. Simulink的退出的退出 为了退出为了退出Simulink，只要关闭所有模型编辑，只要关闭所有模型编辑窗口和窗口和Simulink模块库浏览器窗口即可。模块库浏览器窗口即可。7/22/2024710.2 系统仿真模型系统仿真模型10.2.1 Simulink的基本模块的基本模块 Simulink的模块库提供了大量模块。单击模的模块库提供了大量模块。单击模块库浏览器中块库浏览器中Simulink前面的前面的“+”号，将看到号，将看到Simulink模块库中包含的子模块库，单击所需
8、模块库中包含的子模块库，单击所需要的子模块库，在右边的窗口中将看到相应的要的子模块库，在右边的窗口中将看到相应的基本模块，选择所需基本模块，可用鼠标将其基本模块，选择所需基本模块，可用鼠标将其拖到模型编辑窗口。同样，在模块库浏览器左拖到模型编辑窗口。同样，在模块库浏览器左侧的侧的Simulink栏上单击鼠标右键，在弹出的快栏上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中单击捷菜单中单击Open the Simulink Libray 命令，命令，将打开将打开Simulink基本模块库窗口。单击其中的基本模块库窗口。单击其中的子模块库图标，打开子模块库，找到仿真所需子模块库图标，打开子模块库，找到仿真所需要
9、的基本模块。要的基本模块。7/22/2024810.2.2 模块的编辑模块的编辑 1. 添加模块添加模块 2. 选取模块选取模块 3. 复制与删除模块复制与删除模块 4. 模块外形的调整模块外形的调整 5. 模块名的处理模块名的处理7/22/2024910.2.3 模块的连接模块的连接 1. 连接两个模块连接两个模块 2. 模块间连线的调整模块间连线的调整 3. 连线的分支连线的分支 4. 标注连线标注连线 5. 删除连线删除连线7/22/20241010.2.4 模块的参数和属性设置模块的参数和属性设置 1. 模块的参数设置模块的参数设置 Simulink中几乎所有模块的参数都允许用中几乎所
10、有模块的参数都允许用户进行设置，只要双击要设置的模块或在模块户进行设置，只要双击要设置的模块或在模块上按鼠标右键并在弹出的快捷菜单中选择相应上按鼠标右键并在弹出的快捷菜单中选择相应模块的参数设置命令就会弹出模块参数对话框。模块的参数设置命令就会弹出模块参数对话框。该对话框分为两部分，上面一部分是模块功能该对话框分为两部分，上面一部分是模块功能说明，下面一部分用来进行模块参数设置。说明，下面一部分用来进行模块参数设置。 同样，先选择要设置的模块，再在模型编同样，先选择要设置的模块，再在模型编辑窗口辑窗口Edit菜单下选择相应模块的参数设置命菜单下选择相应模块的参数设置命令也可以打开模块参数对话框
11、。令也可以打开模块参数对话框。7/22/2024112. 模块的属性设置模块的属性设置 选定要设置属性的模块，然后在模块上按鼠选定要设置属性的模块，然后在模块上按鼠标右键并在弹出的快捷菜单中选择标右键并在弹出的快捷菜单中选择Block properties，或先选择要设置的模块，再在模型，或先选择要设置的模块，再在模型编辑窗口的编辑窗口的Edit菜单下选择菜单下选择Block properties命命令，将打开模块属性对话框。该对话框包括令，将打开模块属性对话框。该对话框包括General、Block annotation和和Callbacks 3个可以个可以相互切换的选项卡。其中选项卡中可以
12、设置相互切换的选项卡。其中选项卡中可以设置3个个基本属性：基本属性：Description(说明说明)、Priority(优先级优先级) 、Tag(标记标记)。7/22/202412操作过程如下：操作过程如下：(1) 在在MATLAB主菜单中主菜单中,选择选择File菜单中菜单中New菜单项的菜单项的Model命令，打开一个模型编辑命令，打开一个模型编辑窗口窗口(2) 将所需模块添加到模型中。将所需模块添加到模型中。(3) 设置模块参数并连接各个模块组成仿真模设置模块参数并连接各个模块组成仿真模型。型。设置模块参数后，用连线将各个模块连接起来设置模块参数后，用连线将各个模块连接起来组成系统仿真
13、模型。模型建好后，从模型编辑组成系统仿真模型。模型建好后，从模型编辑窗口的窗口的File菜单中选择菜单中选择Save或或Save as命令将它命令将它存盘。存盘。例例10-1 有系统的微分方程，试建立系统仿真模型有系统的微分方程，试建立系统仿真模型7/22/20241310.3 系统的仿真系统的仿真10.3.1 设置仿真参数设置仿真参数 打开系统仿真模型，从模型编辑窗口的打开系统仿真模型，从模型编辑窗口的打开系统仿真模型，从模型编辑窗口的打开系统仿真模型，从模型编辑窗口的SimulationSimulation菜单中选择菜单中选择菜单中选择菜单中选择Simulation parametersS
14、imulation parameters命令，打开一个仿命令，打开一个仿命令，打开一个仿命令，打开一个仿真参数对话框，在其中可以设置仿真参数。仿真参数真参数对话框，在其中可以设置仿真参数。仿真参数真参数对话框，在其中可以设置仿真参数。仿真参数真参数对话框，在其中可以设置仿真参数。仿真参数对话框包含对话框包含对话框包含对话框包含5 5个可以相互切换的选项卡：个可以相互切换的选项卡：个可以相互切换的选项卡：个可以相互切换的选项卡： (1) Solver(1) Solver选项卡：用于设置仿真起始和停止时间，选项卡：用于设置仿真起始和停止时间，选项卡：用于设置仿真起始和停止时间，选项卡：用于设置仿真
15、起始和停止时间，选择微分方程求解算法并为其规定参数，以及选择某选择微分方程求解算法并为其规定参数，以及选择某选择微分方程求解算法并为其规定参数，以及选择某选择微分方程求解算法并为其规定参数，以及选择某些输出选项。些输出选项。些输出选项。些输出选项。 (2) Workspace I/O(2) Workspace I/O选项卡：用于管理对选项卡：用于管理对选项卡：用于管理对选项卡：用于管理对MATLABMATLAB工作空间的输入和输出。工作空间的输入和输出。工作空间的输入和输出。工作空间的输入和输出。7/22/202414(3) Diagnostics选项卡：用于设置在仿真过程选项卡：用于设置在仿
16、真过程中出现各类错误时发出警告的等级。中出现各类错误时发出警告的等级。(4) Advanced选项卡：用于设置一些高级仿真选项卡：用于设置一些高级仿真属性，更好地控制仿真过程。属性，更好地控制仿真过程。(5) Real-time Workshop选项卡：用于设置若干选项卡：用于设置若干实时工具中的参数。如果没有安装实时工具箱，实时工具中的参数。如果没有安装实时工具箱，则将不出现该选项卡。则将不出现该选项卡。7/22/20241510.3.2 启动系统仿真与仿真结果分析启动系统仿真与仿真结果分析 设置完仿真参数之后，从设置完仿真参数之后，从设置完仿真参数之后，从设置完仿真参数之后，从Simula
17、tionSimulation中选择中选择中选择中选择StartStart菜单菜单菜单菜单项或单击模型编辑窗口中的项或单击模型编辑窗口中的项或单击模型编辑窗口中的项或单击模型编辑窗口中的Start SimulationStart Simulation命令按钮，命令按钮，命令按钮，命令按钮，便可启动对当前模型的仿真。此时，便可启动对当前模型的仿真。此时，便可启动对当前模型的仿真。此时，便可启动对当前模型的仿真。此时，StartStart菜单项变成菜单项变成菜单项变成菜单项变成不可选不可选不可选不可选, , 而而而而StopStop菜单项变成可选菜单项变成可选菜单项变成可选菜单项变成可选, , 以供
18、中途停止仿真使以供中途停止仿真使以供中途停止仿真使以供中途停止仿真使用。从用。从用。从用。从SimulationSimulation菜单中选择菜单中选择菜单中选择菜单中选择StopStop项停止仿真后，项停止仿真后，项停止仿真后，项停止仿真后，StartStart项又变成可选。项又变成可选。项又变成可选。项又变成可选。 为了观察仿真结果的变化轨迹可以采用为了观察仿真结果的变化轨迹可以采用为了观察仿真结果的变化轨迹可以采用为了观察仿真结果的变化轨迹可以采用3 3种方法：种方法：种方法：种方法：(1) (1) 把输出结果送给把输出结果送给把输出结果送给把输出结果送给ScopeScope模块或者模块
19、或者模块或者模块或者XY GraphXY Graph模块。模块。模块。模块。(2) (2) 把仿真结果送到输出端口并作为返回变量，然后使把仿真结果送到输出端口并作为返回变量，然后使把仿真结果送到输出端口并作为返回变量，然后使把仿真结果送到输出端口并作为返回变量，然后使用用用用MATLABMATLAB命令画出该变量的变化曲线。命令画出该变量的变化曲线。命令画出该变量的变化曲线。命令画出该变量的变化曲线。(3) (3) 把输出结果送到把输出结果送到把输出结果送到把输出结果送到To WorkspaceTo Workspace模块，从而将结果直模块，从而将结果直模块，从而将结果直模块，从而将结果直接存
20、入工作空间，然后用接存入工作空间，然后用接存入工作空间，然后用接存入工作空间，然后用MATLABMATLAB命令画出该变量的命令画出该变量的命令画出该变量的命令画出该变量的变化曲线。变化曲线。变化曲线。变化曲线。7/22/202416仿真过程如下：仿真过程如下：(1) 启动启动Simulink并打开模型编辑窗口。并打开模型编辑窗口。(2) 将所需模块添加到模型中。将所需模块添加到模型中。(3) 设置模块参数并连接各个模块组成仿真设置模块参数并连接各个模块组成仿真模型。模型。 设置模块参数后，用连线将各个模块连接起设置模块参数后，用连线将各个模块连接起来组成仿真模型。来组成仿真模型。(4) 设置
21、系统仿真参数。设置系统仿真参数。(5) 开始系统仿真。开始系统仿真。(6) 观察仿真结果。观察仿真结果。例例10-2 利用利用Simulink仿真曲线。仿真曲线。7/22/202417例例10-3 利用利用Simulink仿真求解微分方程模型。仿真求解微分方程模型。仿真过程如下：仿真过程如下：(1) 打开一个模型编辑窗口。打开一个模型编辑窗口。(2) 将所需模块添加到模型中。将所需模块添加到模型中。(3) 设置模块参数并连接各个模块组成设置模块参数并连接各个模块组成仿真模型。仿真模型。(4) 设置系统仿真参数。设置系统仿真参数。(5) 开始系统仿真。开始系统仿真。(6) 观察仿真结果。观察仿真
22、结果。7/22/20241810.3.3 系统仿真实例系统仿真实例 至此，可以总结出利用至此，可以总结出利用至此，可以总结出利用至此，可以总结出利用SimulinkSimulink进行系统仿真的步进行系统仿真的步进行系统仿真的步进行系统仿真的步骤如下：骤如下：骤如下：骤如下： (1) (1) 建立系统仿真模型，这包括添加模块、设置模建立系统仿真模型，这包括添加模块、设置模建立系统仿真模型，这包括添加模块、设置模建立系统仿真模型，这包括添加模块、设置模块参数以及进行模块连接等操作。块参数以及进行模块连接等操作。块参数以及进行模块连接等操作。块参数以及进行模块连接等操作。 (2) (2) 设置仿真
23、参数。设置仿真参数。设置仿真参数。设置仿真参数。 (3) (3) 启动仿真并分析仿真结果。启动仿真并分析仿真结果。启动仿真并分析仿真结果。启动仿真并分析仿真结果。例例10-4 有初始状态为有初始状态为0的二阶微分方程的二阶微分方程 x“+0.2x+0.4x=0.2u (t), 其中其中u(t)是单位阶跃是单位阶跃 函数，试建立系统模型并仿真。函数，试建立系统模型并仿真。 方法方法方法方法1 1：用积分器直接构造求解微分方程的模型。：用积分器直接构造求解微分方程的模型。：用积分器直接构造求解微分方程的模型。：用积分器直接构造求解微分方程的模型。 方法方法方法方法2 2：利用传递函数模块建模。：利
24、用传递函数模块建模。：利用传递函数模块建模。：利用传递函数模块建模。 方法方法方法方法3 3：利用状态方程模块建模：利用状态方程模块建模：利用状态方程模块建模：利用状态方程模块建模 7/22/2024197/22/2024207/22/2024217/22/20242210.4 使用命令操作对系统进行仿真使用命令操作对系统进行仿真 从命令窗口运行仿真的函数有从命令窗口运行仿真的函数有4个，即个，即sim、simset、simget和和set_param。 1. sim函数函数 sim函数的作用是运行一个由函数的作用是运行一个由Simulink建立建立的模型，其调用格式为：的模型，其调用格式为：
25、t, x, y =sim(modname,timespan,options,data)7/22/2024232. simset函数函数 simsetsimset 函数用来为函数用来为函数用来为函数用来为simsim函数建立或编辑仿真参数或规函数建立或编辑仿真参数或规函数建立或编辑仿真参数或规函数建立或编辑仿真参数或规定算法，并把设置结果保存在一个结构变量中。它有定算法，并把设置结果保存在一个结构变量中。它有定算法，并把设置结果保存在一个结构变量中。它有定算法，并把设置结果保存在一个结构变量中。它有如下如下如下如下4 4种用法：种用法：种用法：种用法：(1) options=(1) option
26、s=simset(property,valuesimset(property,value,),)：把：把：把：把propertyproperty代代代代表的参数赋值为表的参数赋值为表的参数赋值为表的参数赋值为valuevalue，结果保存在结构，结果保存在结构，结果保存在结构，结果保存在结构optionsoptions中。中。中。中。(2) options=(2) options=simset(old_opstruct,property,valuesimset(old_opstruct,property,value,),)：把已有的结构把已有的结构把已有的结构把已有的结构old_opstruc
27、told_opstruct( (由由由由simsetsimset产生产生产生产生) )中的参数中的参数中的参数中的参数propertyproperty重新赋值为重新赋值为重新赋值为重新赋值为valuevalue，结果保存在新结构，结果保存在新结构，结果保存在新结构，结果保存在新结构optionsoptions中。中。中。中。(3) options=(3) options=simset(old_opstruct,new_opstructsimset(old_opstruct,new_opstruct) )：用结：用结：用结：用结构构构构new_opstructnew_opstruct的值替代已经
28、存在的结构的值替代已经存在的结构的值替代已经存在的结构的值替代已经存在的结构old_opstructold_opstruct的值。的值。的值。的值。(4) (4) simsetsimset：显示所有的参数名和它们可能的值。：显示所有的参数名和它们可能的值。：显示所有的参数名和它们可能的值。：显示所有的参数名和它们可能的值。7/22/2024243. simget函数函数 simgetsimget函数用来获得模型的参数设置值。如果参数值函数用来获得模型的参数设置值。如果参数值函数用来获得模型的参数设置值。如果参数值函数用来获得模型的参数设置值。如果参数值是用一个变量名定义的，是用一个变量名定义的
29、，是用一个变量名定义的，是用一个变量名定义的，simgetsimget返回的也是该变量的值返回的也是该变量的值返回的也是该变量的值返回的也是该变量的值而不是变量名。如果该变量在工作空间中不存在而不是变量名。如果该变量在工作空间中不存在而不是变量名。如果该变量在工作空间中不存在而不是变量名。如果该变量在工作空间中不存在( (即变即变即变即变量未被赋值量未被赋值量未被赋值量未被赋值) )，则，则，则，则SimulinkSimulink给出一个出错信息。该函数给出一个出错信息。该函数给出一个出错信息。该函数给出一个出错信息。该函数有如下有如下有如下有如下3 3种用法：种用法：种用法：种用法：(1)
30、(1) structstruct= =simget(modnamesimget(modname) )：返回指定模型：返回指定模型：返回指定模型：返回指定模型modelmodel的的的的参数设置的参数设置的参数设置的参数设置的optionsoptions结构。结构。结构。结构。(2) value=(2) value=simget(modname,propertysimget(modname,property) )：返回指定模型：返回指定模型：返回指定模型：返回指定模型modelmodel的参数的参数的参数的参数propertyproperty的值。的值。的值。的值。(3) value=(3) v
31、alue=simget(options,propertysimget(options,property) )：获取：获取：获取：获取optionsoptions结构结构结构结构中的参数中的参数中的参数中的参数propertyproperty的值。如果在该结构中未指定该参数，的值。如果在该结构中未指定该参数，的值。如果在该结构中未指定该参数，的值。如果在该结构中未指定该参数，则返回一个空阵。则返回一个空阵。则返回一个空阵。则返回一个空阵。 用户只需输入能够唯一识别它的那个参数名称的前几用户只需输入能够唯一识别它的那个参数名称的前几用户只需输入能够唯一识别它的那个参数名称的前几用户只需输入能够唯一
32、识别它的那个参数名称的前几个字符即可，对参数名称中字母的大小写不作区别。个字符即可，对参数名称中字母的大小写不作区别。个字符即可，对参数名称中字母的大小写不作区别。个字符即可，对参数名称中字母的大小写不作区别。7/22/2024254. set_param函数函数set_paramset_param函数的功能很多，这里只介绍如何用函数的功能很多，这里只介绍如何用函数的功能很多，这里只介绍如何用函数的功能很多，这里只介绍如何用set_paramset_param函数设置函数设置函数设置函数设置SimulinkSimulink仿真参数以及如何开始、仿真参数以及如何开始、仿真参数以及如何开始、仿真参
33、数以及如何开始、暂停、终止仿真进程或者更新显示一个仿真模型。暂停、终止仿真进程或者更新显示一个仿真模型。暂停、终止仿真进程或者更新显示一个仿真模型。暂停、终止仿真进程或者更新显示一个仿真模型。(1) (1) 设置仿真参数设置仿真参数设置仿真参数设置仿真参数调用格式为：调用格式为：调用格式为：调用格式为：set_param(modname,property,valueset_param(modname,property,value,),)其中其中其中其中modnamemodname为设置的模型名，为设置的模型名，为设置的模型名，为设置的模型名，propertyproperty为要设置的为要设置的
34、为要设置的为要设置的参数，参数，参数，参数，valuevalue是设置值。这里设置的参数可以有很多种，是设置值。这里设置的参数可以有很多种，是设置值。这里设置的参数可以有很多种，是设置值。这里设置的参数可以有很多种，而且和用而且和用而且和用而且和用simsetsimset设置的内容不尽相同，相关参数的设设置的内容不尽相同，相关参数的设设置的内容不尽相同，相关参数的设设置的内容不尽相同，相关参数的设置可以参考有关资料。置可以参考有关资料。置可以参考有关资料。置可以参考有关资料。7/22/202426(2) 控制仿真进程控制仿真进程调用格式为：调用格式为：set_param(modname,Sim
35、ulationCommand,cmd)其中其中mode为仿真模型名称，而为仿真模型名称，而cmd是控制仿真是控制仿真进程的各个命令，包括进程的各个命令，包括start、stop、pause、comtinue或或update。在使用这两个函数的时候，需要注意必须先把在使用这两个函数的时候，需要注意必须先把模型打开。模型打开。7/22/20242710.5 子系统及其封装技术子系统及其封装技术10.5.1 子系统的建立子系统的建立 建立子系统有两种方法：通过建立子系统有两种方法：通过建立子系统有两种方法：通过建立子系统有两种方法：通过SubsystemSubsystem模块建立模块建立模块建立模块
36、建立子系统和通过已有的模块建立子系统。两者的区别子系统和通过已有的模块建立子系统。两者的区别子系统和通过已有的模块建立子系统。两者的区别子系统和通过已有的模块建立子系统。两者的区别是：前者先建立子系统，再为其添加功能模块；后是：前者先建立子系统，再为其添加功能模块；后是：前者先建立子系统，再为其添加功能模块；后是：前者先建立子系统，再为其添加功能模块；后者先选择模块，再建立子系统。者先选择模块，再建立子系统。者先选择模块，再建立子系统。者先选择模块，再建立子系统。7/22/2024281. 通过通过Subsystem模块建立子系统模块建立子系统操作步骤为：操作步骤为：(1) 先打开先打开Sim
37、ulink模块库浏览器，新建一个模块库浏览器，新建一个仿真模型。仿真模型。(2) 打开打开Simulink模块库中的模块库中的Ports & Subsystems模块库，将模块库，将Subsystem模块添加到模块添加到模型编辑窗口中。模型编辑窗口中。(3) 双击双击Subsystem模块打开一个空白的模块打开一个空白的Subsystem窗口，将要组合的模块添加到该窗窗口，将要组合的模块添加到该窗口中，另外还要根据需要添加输入模块和输出口中，另外还要根据需要添加输入模块和输出模块，表示子系统的输入端口和输出端口。这模块，表示子系统的输入端口和输出端口。这样，一个子系统就建好了。样，一个子系统就
38、建好了。7/22/2024292. 通过已有的模块建立子系统通过已有的模块建立子系统操作步骤为：操作步骤为：(1) 先选择要建立子系统的模块，不包括输入先选择要建立子系统的模块，不包括输入端口和输出端口。端口和输出端口。(2) 选择模型编辑窗口选择模型编辑窗口Edit菜单中的菜单中的Create Subsystem 命令，这样，子系统就建好了。在命令，这样，子系统就建好了。在这种情况下，系统会自动把输入模块和输出模这种情况下，系统会自动把输入模块和输出模块添加到子系统中，并把原来的模块变为子系块添加到子系统中，并把原来的模块变为子系统的图标。统的图标。7/22/202430例例10-5 PID
39、控制器是在自动控制中经常使用控制器是在自动控制中经常使用 的模块，试建立的模块，试建立PID控制器的模型并建立控制器的模型并建立 子系统。子系统。步骤如下：步骤如下：(1) 先建立先建立PID控制器的模型。控制器的模型。(2) 建立子系统。建立子系统。7/22/20243110.5.2 子系统的条件执行子系统的条件执行 1. 使能子系统使能子系统 建立使能子系统的方法是：打开建立使能子系统的方法是：打开Simulink模块库中的模块库中的Ports & Subsystems模块库，将模块库，将Enable模块复制到子系统模型中，则系统的图模块复制到子系统模型中，则系统的图标发生了变化。标发生了
40、变化。7/22/202432操作步骤如下：操作步骤如下：操作步骤如下：操作步骤如下：(1) (1) 打开打开打开打开SimulinkSimulink模块库浏览器并新建一个仿真模型。模块库浏览器并新建一个仿真模型。模块库浏览器并新建一个仿真模型。模块库浏览器并新建一个仿真模型。(2) (2) 将将将将Sine WaveSine Wave、Enabled SubsystemEnabled Subsystem、Scope 3Scope 3个模个模个模个模块拖至新打开的模型编辑窗口，连接各模块并存盘。块拖至新打开的模型编辑窗口，连接各模块并存盘。块拖至新打开的模型编辑窗口，连接各模块并存盘。块拖至新打
41、开的模型编辑窗口，连接各模块并存盘。其中使能信号端接其中使能信号端接其中使能信号端接其中使能信号端接Sine WaveSine Wave模块。模块。模块。模块。为了便于比较，除显示半波整流波形外，还显示正弦为了便于比较，除显示半波整流波形外，还显示正弦为了便于比较，除显示半波整流波形外，还显示正弦为了便于比较，除显示半波整流波形外，还显示正弦波，故在示波器属性窗口将波，故在示波器属性窗口将波，故在示波器属性窗口将波，故在示波器属性窗口将Number of axesNumber of axes设置为设置为设置为设置为2 2。使能子系统建立好后，可对使能子系统建立好后，可对使能子系统建立好后，可对
42、使能子系统建立好后，可对EnableEnable模块进行参数设置。模块进行参数设置。模块进行参数设置。模块进行参数设置。 (3) (3) 选择选择选择选择SimulinkSimulink菜单中的菜单中的菜单中的菜单中的StartStart命令，就可看到半波命令，就可看到半波命令，就可看到半波命令，就可看到半波整流波形和正弦波形。整流波形和正弦波形。整流波形和正弦波形。整流波形和正弦波形。例例10-6 利用使能子系统构成一个正弦半波整流器。利用使能子系统构成一个正弦半波整流器。7/22/2024332. 触发子系统触发子系统 触发子系统是指当触发事件发生时开始执行触发子系统是指当触发事件发生时开
43、始执行子系统。与使能子系统相类似，触发子系统的子系统。与使能子系统相类似，触发子系统的建立要把建立要把Ports & Subsystems模块库中的模块库中的Trigger模块添加到子系统中或直接选择模块添加到子系统中或直接选择Triggered Subsystem模块来建立触发子系统。模块来建立触发子系统。7/22/202434操作步骤如下：操作步骤如下：(1) 用用Signal Generator、Triggered Subsystem和和Scope模块构成子系统。模块构成子系统。(2) 选择选择Simulink菜单中的菜单中的Start命令，就可看命令，就可看到波形。到波形。例例10-7
44、 利用触发子系统将一锯齿波转换成方波。利用触发子系统将一锯齿波转换成方波。7/22/2024353. 使能加触发子系统使能加触发子系统 所谓使能加触发子系统就是把所谓使能加触发子系统就是把Enable和和Tirgger模块都加到子系统中，使能控制信号和模块都加到子系统中，使能控制信号和触发控制信号共同作用子系统的执行，也就是触发控制信号共同作用子系统的执行，也就是前两种子系统的综合。该系统的行为方式与触前两种子系统的综合。该系统的行为方式与触发子系统相似，但只有当使能信号为正时，触发子系统相似，但只有当使能信号为正时，触发事件才起作用。发事件才起作用。7/22/20243610.5.3 子系统
45、的封装子系统的封装 所谓子系统的封装所谓子系统的封装所谓子系统的封装所谓子系统的封装(Masking)(Masking)，就是为子系统定制对，就是为子系统定制对，就是为子系统定制对，就是为子系统定制对话框和图标，使子系统本身有一个独立的操作界面，话框和图标，使子系统本身有一个独立的操作界面，话框和图标，使子系统本身有一个独立的操作界面，话框和图标，使子系统本身有一个独立的操作界面，把子系统中的各模块的参数对话框合成一个参数设置把子系统中的各模块的参数对话框合成一个参数设置把子系统中的各模块的参数对话框合成一个参数设置把子系统中的各模块的参数对话框合成一个参数设置对话框，在使用时不必打开每个模块
46、进行参数设置，对话框，在使用时不必打开每个模块进行参数设置，对话框，在使用时不必打开每个模块进行参数设置，对话框，在使用时不必打开每个模块进行参数设置，这样使子系统的使用更加方便。这样使子系统的使用更加方便。这样使子系统的使用更加方便。这样使子系统的使用更加方便。 子系统的封装过程很简单，先选中所要封装的子系子系统的封装过程很简单，先选中所要封装的子系子系统的封装过程很简单，先选中所要封装的子系子系统的封装过程很简单，先选中所要封装的子系统，再选择模型编辑窗口统，再选择模型编辑窗口统，再选择模型编辑窗口统，再选择模型编辑窗口EditEdit菜单中的菜单中的菜单中的菜单中的Mask Mask s
47、ubsystemsubsystem命令，这时将出现封装编辑器命令，这时将出现封装编辑器命令，这时将出现封装编辑器命令，这时将出现封装编辑器(Mask Editor)(Mask Editor)对话框。对话框。对话框。对话框。 Mask EditorMask Editor对话框中共包括对话框中共包括对话框中共包括对话框中共包括4 4个选项卡：个选项卡：个选项卡：个选项卡：IconIcon、ParametersParameters、InitializationInitialization和和和和DocumentationDocumentation。子系统。子系统。子系统。子系统的封装主要就是对这的封
48、装主要就是对这的封装主要就是对这的封装主要就是对这4 4页参数进行设置。页参数进行设置。页参数进行设置。页参数进行设置。7/22/20243710.5.4 10.5.4 SimulinkSimulink仿真举例仿真举例仿真举例仿真举例10.5.4.1 10.5.4.1 悬吊式起重机动力学仿真悬吊式起重机动力学仿真悬吊式起重机动力学仿真悬吊式起重机动力学仿真 1.1.1.1.悬吊式起重机动力学方程悬吊式起重机动力学方程悬吊式起重机动力学方程悬吊式起重机动力学方程mtmp Fx悬吊式起重机结构简图悬吊式起重机结构简图l式中，mt、mp、I、c、l、F、x、 分别为起重机的小车质量、吊重、吊重惯量、
49、等价粘性摩擦系数、钢丝绳长（不计绳重），小车驱动力、小车位移以及钢丝绳的摆角。小车水平方向受力方程 吊绳垂直方向受力方程小车的力矩平衡方程由（2）、（3）式去掉P，则有7/22/2024382.2.悬吊式起重机动力学悬吊式起重机动力学SimulinkSimulink仿真仿真 a.a.为便于建模，将起重机动力学方程改写为：为便于建模，将起重机动力学方程改写为：由以上二式可建立如图所示的起重机Simulink模型 ：图中：lmp=mpl7/22/202439 b.b.在在运运行行仿仿真真模模型型前前，须须先先计计算算出出k1k1、k2k2和和lmplmp。设设m mt t =50kg=50kg，m
50、 mp p=270kg=270kg，l l=4m=4m，c c=20N/m=20N/m s s，在在MATLABMATLAB指令窗输入以下指令指令窗输入以下指令l=4;c=20;mp=270;mt=50;I=mp*l2; %计算吊重转动惯量lmp=l*mp;k1=1/(mt+mp);k2=mp*l/(I+mp*l2);7/22/202440 c. c. 设设置置仿仿真真时时间间为为200s200s，启启动动SimulinkSimulink仿仿真真，则则由由小小车车位位移移示示波波器器和和吊吊重重摆摆角角示示波波器器，可可观观察察到到系系统统在在初初始始状状态态x x(0)=0, (0)=0, , , (0)=0.01rad/s, (0)=0.01rad/s, 作用下作用下x x、 的变化过程曲线的变化过程曲线： 悬吊式起重机小车位移悬吊式起重机吊重摆角7/22/202441
