仿真環(huán)境的資料

仿真環(huán)境的資料第1頁/共89頁7.1演示1個Simulink的簡單程序（2）單擊工具欄上的

圖標或選擇菜單“File”→“New”→“Model”命令，新建1個名為“untitled”的空白模型窗口。（3）在如圖7.1所示的右側(cè)子模塊窗口中，單擊“Source”子模塊庫前的“+”按鈕（或雙擊“Source”子模塊庫），或者直接在左側(cè)模塊和工具欄單擊“Simulink”下的“Source”子模塊庫，便可看到各種輸入源模塊。第2頁/共88頁第2頁/共89頁7.1演示1個Simulink的簡單程序（4）若用鼠標單擊所需的輸入信號源模塊“SineWave”（正弦信號），將其拖曳到空白模型窗口“untitled”，則“SineWave”模塊就被添加到untitled窗口；也可以用鼠標選擇“SineWave”模塊，單擊鼠標右鍵，在快捷菜單中選擇“addto'untitled'”命令，就可以將“SineWave”模塊添加到untitled窗口，如圖7.2所示。

第3頁/共88頁第3頁/共89頁7.1演示1個Simulink的簡單程序（5）用同樣的方法打開接收模塊庫“Sinks”，選擇其中的“Scope”模塊（示波器）拖曳到“untitled”窗口中。（6）在“untitled”窗口中，用鼠標指向“SineWave”右側(cè)的輸出端，當光標變?yōu)槭中螘r，按住鼠標拖曳到“Scope”模塊的輸入端，松開鼠標按鍵，就完成了2個模塊間的信號線連接，1個簡單的模型便建成，如圖7.3所示為Simulink模型窗口。第4頁/共88頁第4頁/共89頁7.1演示1個Simulink的簡單程序（7）開始仿真。單擊“untitled”模型窗口中的“開始仿真”圖標

，或者選擇菜單“Simulink”→“Start”命令，則仿真開始。雙擊“Scope”模塊出現(xiàn)示波器顯示屏，可以看到黃色的正弦波形，如圖7.4所示。（8）保存模型，單擊工具欄的

圖標，將該模型保存為“Ex0701.mdl”文件。1個簡單的仿真模型就建立了。第5頁/共88頁第5頁/共89頁7.2Simulink文件操作和模型窗口7.2.1Simulink文件操作以下幾種操作可以新建仿真模型文件。（1）在MATLAB的命令窗口選擇菜單“File”→“New”→“Model”命令。（2）在如圖7.1所示的Simulink模塊庫瀏覽器窗口選擇菜單“File”→“New”→“Model”命令，或者單擊工具欄的

圖標。（3）在如圖7.3所示的Simulink模型窗口選擇菜單“File”→“New”→“Model”命令，或者單擊工具欄的

圖標。第6頁/共88頁第6頁/共89頁7.2.2Simulink模型窗口1．狀態(tài)欄狀態(tài)欄用來顯示仿真的狀態(tài)。當鼠標指向菜單項和工具欄時，在狀態(tài)欄顯示其定義；“Ready”表示模型已準備就緒而等待仿真命令；“100%”表示編輯窗模型的顯示比例；“ode45”表示仿真所選用的積分算法。在仿真過程中，狀態(tài)欄還會出現(xiàn)動態(tài)信息。2．工具欄模型窗口工具欄如圖7.5所示。第7頁/共88頁第7頁/共89頁7.3模型創(chuàng)建7.3.1模塊操作1．模塊的復制在不同模型窗口（包括模型庫窗口）之間的模塊復制很簡單，只要選定模塊，用鼠標將其拖曳到另一個模型窗口即可；而在同一模型窗口內(nèi)復制模塊則需要按住【Ctrl】鍵，再用鼠標拖曳對象到合適的地方，釋放鼠標?；蛘呤褂貌藛魏凸ぞ邫谥械摹癈opy”和“Paste”按鈕。2．模塊的移動模塊的移動有兩種方式。（1）若在同一模型窗口中移動模塊，則需要選定移動的模塊，用鼠標將模塊拖曳到合適的地方。（2）若在不同模型窗口之間移動模塊，則要在鼠標移動的同時按下【Shift】鍵。3．模塊的刪除若要刪除模塊，應選定待刪除的模塊，按下【Delete】鍵；或者選擇菜單“Edit”→“Clear”命令或者“Cut”命令；或者單擊工具欄的“Cut”按鈕。第8頁/共88頁第8頁/共89頁4．模塊的翻轉(zhuǎn)（1）模塊翻轉(zhuǎn)180°。選定模塊，選擇菜單“Format”→“FlipBlock”命令可以將模塊旋轉(zhuǎn)180°，如圖7.6所示，中間為翻轉(zhuǎn)180°示波器模塊。（2）模塊翻轉(zhuǎn)90°。選定模塊，選擇菜單“Format”→“RotateBlock”命令可以將模塊旋轉(zhuǎn)90°，如圖7.6右邊示波器所示。如果1次翻轉(zhuǎn)不能達到要求，可以通過多次翻轉(zhuǎn)實現(xiàn)。第9頁/共88頁第9頁/共89頁7.3.1模塊操作5．模塊名的編輯模塊名的編輯方法有如下幾種。（1）修改模塊名。單擊模塊下面或旁邊的模塊名，若出現(xiàn)虛線編輯框則可對該模塊名進行修改。（2）模塊名字體設置。選定模塊，選擇菜單“Format”→“Font”命令，打開字體對話框設置字體。（3）模塊名的顯示和隱藏。選定模塊，選擇菜單“Format”→“Hide/Showname”命令，可以隱藏或顯示模塊名。（4）模塊名的翻轉(zhuǎn)。選定模塊，選擇菜單“Format”→“Flipname”命令，可以翻轉(zhuǎn)模塊名。第10頁/共88頁第10頁/共89頁7.3.2信號線操作1．模塊間連線若要將2個模塊用信號線連接，則先將光標指向1個模塊的輸出端，待光標變?yōu)槭中魏螅聪率髽俗箧I并拖動，直到另1個模塊的輸入端。如果2個端口同時都是輸入端或輸出端，則不能產(chǎn)生連線。2．信號線的分支和折線（1）分支的產(chǎn)生方式。在模型框圖中，1個信號往往需要分送到不同模塊，需要繪制分支線，此時信號線中就會出現(xiàn)分支點。（2）信號線的折線。在用信號線連接模型時，經(jīng)常需要將信號線轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生折線。第11頁/共88頁第11頁/共89頁7.3.2信號線操作3．信號線文本注釋（label）信號線文本注釋有以下幾種。（1）添加文本注釋。雙擊需要添加文本注釋的信號線，出現(xiàn)一個空的文字填寫框，在其中可以輸入文本。（2）修改文本注釋。單擊需要修改的文本注釋，出現(xiàn)虛線編輯框后即可修改文本。（3）移動文本注釋。單擊標識，出現(xiàn)編輯框后，就可以移動編輯框。（4）復制文本注釋。單擊需要復制的文本注釋，按下【Ctrl】鍵的同時移動文本注釋，或者使用菜單和工具欄的復制操作。4．在信號線中插入模塊若模塊只有1個輸入端口和1個輸出端口，則該模塊可以直接被插入到1條信號線中。5．給模型添加文本注釋添加模型的文本注釋。在需要當做注釋區(qū)的中心位置，若雙擊鼠標左鍵，則會出現(xiàn)編輯框，在編輯框中可以輸入文字注釋。第12頁/共88頁第12頁/共89頁7.4Simulink基本模塊7.4.1基本模塊Simulink的基本模塊包括多個子模塊庫，如圖7.9所示。第13頁/共88頁第13頁/共89頁1．輸入信號源模塊庫（Sources）輸入信號源模塊用來向模型提供輸入信號，沒有輸入口，但至少有1個輸出口。常用的輸入信號源模塊如表7.1所示。名

稱模塊形狀功能說明Constant恒值常數(shù)，可設置數(shù)值Step階躍信號Ramp線性增加或減小的信號SineWave正弦波輸出SignalGenerator信號發(fā)生器，可以產(chǎn)生正弦、方波、鋸齒波和隨機波信號FromFile從文件獲取數(shù)據(jù)FromWorkspace從當前工作空間定義的矩陣讀數(shù)據(jù)Clock仿真時鐘，輸出每個仿真步點的時間In輸入模塊第14頁/共88頁第14頁/共89頁7.4.1基本模塊2．接收模塊庫（Sinks）接收模塊用來接收模塊信號，常用的接收模塊如表7.2所示。第15頁/共88頁第15頁/共89頁7.4.1基本模塊3．連續(xù)系統(tǒng)模塊庫（Continuous）連續(xù)系統(tǒng)模塊是構(gòu)成連續(xù)系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，常用的連續(xù)系統(tǒng)模塊如表7.3所示。第16頁/共88頁第16頁/共89頁7.4.1基本模塊4．離散系統(tǒng)模塊庫（Discrete）離散系統(tǒng)模塊用來構(gòu)成離散系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，常用的離散系統(tǒng)模塊如表7.4所示。第17頁/共88頁第17頁/共89頁7.4.2常用模塊的參數(shù)和屬性設置1．模塊參數(shù)設置（1）正弦信號源（SineWave）。雙擊正弦信號源模塊，會出現(xiàn)如圖7.10所示的“參數(shù)設置”對話框。第18頁/共88頁第18頁/共89頁7.4.2常用模塊的參數(shù)和屬性設置（2）階躍信號源（Step）。階躍信號模塊是輸入信號源，其模塊參數(shù)對話框如圖7.11所示。第19頁/共88頁第19頁/共89頁7.4.2常用模塊的參數(shù)和屬性設置（3）從工作空間獲取數(shù)據(jù)（FromWorkspace）。從工作空間獲取數(shù)據(jù)模塊的輸入信號源?！纠?.2】

在工作空間計算變量t和y，將其運算的結(jié)果作為系統(tǒng)的輸入。>>t=0:0.1:10;>>y=sin(t);>>t=t';>>y=y';第20頁/共88頁第20頁/共89頁7.4.2常用模塊的參數(shù)和屬性設置將“FromWorkspace”模塊的“參數(shù)設置”對話框打開，如圖7.12（a）所示，在“Data”欄填寫“[t,y]”，單擊“OK”按鈕，則在模型窗口中該模塊顯示如圖7.12（b）所示。用示波器作為接收模塊，可以查看輸出波形為正弦波。第21頁/共88頁第21頁/共89頁7.4.2常用模塊的參數(shù)和屬性設置（4）從文件獲取數(shù)據(jù)（Fromfile）。從文件獲取數(shù)據(jù)是指從mat數(shù)據(jù)文件中獲取數(shù)據(jù)。將【例7.2】中的數(shù)據(jù)保存到.mat文件。>>t=0:0.1:2*pi;>>y=sin(t);>>y1=[t;y];>>saveEx0702y1 %保存在“Ex0702.mat”文件中將“FromFile”模塊的“參數(shù)設置”對話框打開，如圖7.13所示，在“Filename”欄填寫“Ex0702.mat”，單擊“OK”按鈕。用示波器作為接收模塊，可以查看輸出波形。第22頁/共88頁第22頁/共89頁7.4.2常用模塊的參數(shù)和屬性設置（5）傳遞函數(shù)（Transferfunction）。傳遞函數(shù)模塊是用來構(gòu)成連續(xù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的模塊，其模塊參數(shù)對話框如圖7.14所示。第23頁/共88頁第23頁/共89頁7.4.2常用模塊的參數(shù)和屬性設置若在圖7.14中設置“Denominator”為“[11.4141]”，則在模型窗口中的顯示如圖7.15所示。第24頁/共88頁第24頁/共89頁7.4.2常用模塊的參數(shù)和屬性設置（6）示波器（Scope）。示波器模塊用來接收輸入信號并實時顯示信號波形曲線，還可以把數(shù)據(jù)送入工作空間。示波器窗口的工具欄可以調(diào)整顯示的波形。顯示正弦信號的示波器，如圖7.16所示。第25頁/共88頁第25頁/共89頁7.4.2常用模塊的參數(shù)和屬性設置示波器的參數(shù)設置如下。①示波器的y坐標設置如圖7.17（a）所示。通過用鼠標右鍵單擊坐標框，在快捷菜單中選擇“Axesproperties”，就會出現(xiàn)“y坐標設置”對話框，在“Y-min”和“Y-max”中設置坐標上下限，在“Title”中設置坐標的文字標注。②示波器的參數(shù)設置可以通過單擊圖7.16中工具欄上的Parameters選項卡中“打開參數(shù)對話框”按鈕，出現(xiàn)如圖7.17（b）所示的“參數(shù)設置”對話框，在“Timerange”欄中設置顯示信號范圍，默認auto時為仿真時間范圍，用戶可以設置，如果信號實際持續(xù)時間超過該范圍，則超出范圍的信號在示波器中不顯示。第26頁/共88頁第26頁/共89頁7.4.2常用模塊的參數(shù)和屬性設置③“Sampling”區(qū)包含2個下拉菜單：“Decimation”表示頻度，默認值為1，表示每隔1個數(shù)據(jù)點顯示；“Sampletime”表示顯示點的采樣時間步長，默認值為0，表示連續(xù)信號，大于0表示離散信號的時間間隔，1表示由輸入信號決定。④如圖7.17（b）中的“Numberofaxes”欄表示示波器的輸入端口個數(shù)，默認值為1，表示只有1個輸入，如果設置為2則表示有2個輸入端口，如圖7.18（a）所示。⑤“參數(shù)設置”對話框中的“Datahistory”圖標如圖7.18（b）所示，“Limitdatapointstolast”欄表示緩沖區(qū)接受數(shù)據(jù)的長度，默認為5000，不管示波器是否打開，只要仿真啟動，緩沖區(qū)就接受信號數(shù)據(jù)。

第27頁/共88頁第27頁/共89頁7.4.2常用模塊的參數(shù)和屬性設置2．模塊屬性設置每個模塊的屬性對話框的內(nèi)容都相同，選中模塊后單擊鼠標右鍵打開快捷菜單，選擇“BlockProperties…”菜單項就可以打開“模塊屬性”對話框，如圖7.19所示，包括3個選項卡：“General”、“BlockAnnotation”和“Callbacks”。第28頁/共88頁第28頁/共89頁7.5復雜系統(tǒng)仿真與分析7.5.1仿真設置Simulink的仿真參數(shù)都有默認的設置，但如果需要修改仿真參數(shù)，則可以在仿真運行前對仿真參數(shù)進行設置。在模型窗口選擇菜單“Simulation”→“Configurationparameters…”命令，則會打開“參數(shù)設置”對話框，如圖7.20所示。第29頁/共88頁第29頁/共89頁7.5.1仿真設置1．Solver頁的參數(shù)設置Solver頁的參數(shù)設置有如下幾項。（1）Simulationtime。①仿真的起始時間（Starttime）：默認為0，單位為s。②仿真的結(jié)束時間（Stoptime）：默認為10，單位為s。（2）Solveroptions。仿真的過程一般是求解微分方程組，“Solveoptions”的內(nèi)容是針對解微分方程組的設置。當求解類型為變步長時，有以下設置。

“Maxstepsize”：設置最大步長，默認為auto，最大步長為（Stoptime-Starttime）/50。②“Minstepsize”：設置最小步長，默認為auto。③“Initialstepsize”：設置初始步長，默認為auto。④“Relativetolerance”：設置相對容許誤差限。⑤“Absolutetolerance”：設置絕對容許誤差限。第30頁/共88頁第30頁/共89頁7.5.1仿真設置當求解類型為定步長時，有以下設置。①“Fixedstepsize”：設置固定步長，默認為auto，不能設置誤差限。②“Mode”：設置模型類型，有“MuliTasking”、“SingleTasking”和“Auto”3種。③“Solver”：設置仿真解法的具體算法類型。變步長的算法有：discrete、ode45、ode23、ode113、ode15s、ode23s、ode23t和ode23tb，默認使用ode45算法。定步長的算法有：discrete、ode5、ode4、ode3、ode2和ode1。（3）Solverdiagnosticcontrols。根據(jù)需要設置仿真診斷參數(shù)，可以達到不同的輸出效果。第31頁/共88頁第31頁/共89頁7.5.1仿真設置2．DataImport/Outport（數(shù)據(jù)輸入/輸出）頁的設置在Simulink“參數(shù)設置”對話框左側(cè)選擇“DataImport/Extport”，如圖7.21所示。第32頁/共88頁第32頁/共89頁【例7.3】建立二階系統(tǒng)的仿真模型。（1）在“Sources”模塊庫選擇“Step”模塊，在“Continuous”模塊庫選擇“TransferFcn”模塊，在“MathOperations”模塊庫選擇“Sum”模塊，在“Sinks”模塊庫選擇“Scope”模塊。（2）連接各模塊，從信號線引出分支點，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。（3）設置模塊參數(shù)，打開“Sum”模塊“參數(shù)設置”對話框，如圖7.22所示。將“Iconshape”設置為“rectangular”，將“Listofsigns”設置為“|+”，其中“|”表示上面的入口為空。第33頁/共88頁第33頁/共89頁7.5.2連續(xù)系統(tǒng)仿真（4）添加信號線文本注釋。雙擊信號線，出現(xiàn)編輯框后，輸入文本，其模型如圖7.23所示。第34頁/共88頁第34頁/共89頁7.5.2連續(xù)系統(tǒng)仿真（5）仿真并分析。單擊工具欄的“Startsimulation”按鈕開始仿真，在示波器上顯示出階躍響應。在Simulink模型窗口，選擇菜單“Simulation”→“Simulationparameters…”命令，在“Solver”頁將“Stoptime”設置為15，單擊“Startsimulation”按鈕，示波器顯示的時間為15s。第35頁/共88頁第35頁/共89頁7.5.2連續(xù)系統(tǒng)仿真再單擊示波器工具欄的自動刻度按鈕（Autoscale），波形將以窗口的最大值、最小值為縱坐標的上、下限?；蛘邔⑾到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)修改成為使用積分模塊（Integrator）和零極點模塊（Zero-Pole）串聯(lián)，反饋使用“MathOperations”模塊庫中的“Gain”模塊構(gòu)成反饋環(huán)的增益為1，二階系統(tǒng)模型如圖7.25所示。第36頁/共88頁第36頁/共89頁7.5.2連續(xù)系統(tǒng)仿真如果將示波器換成“Sinks”模塊庫中的“Out”模塊

；然后在仿真參數(shù)設置對話框的“WorkspaceI/O”頁（工作空間輸入/輸出），勾選“Time”和“Output”欄，并分別設置保存在工作空間的時間量和輸出變量為“tout”和“yout”，則仿真后在工作空間就可以使用這2個變量繪制曲線，如圖7.26所示。>>plot(tout,yout)第37頁/共88頁第37頁/共89頁7.5.2連續(xù)系統(tǒng)仿真【例7.4】建立控制系統(tǒng)，控制環(huán)節(jié)采用PID控制，并使用simulink進行PID的參數(shù)整定。Simulink的“Continuous”模塊庫中有“PIDController”模塊，可以作為PID控制器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖7.27所示。第38頁/共88頁第38頁/共89頁7.5.2連續(xù)系統(tǒng)仿真（1）先整定比例環(huán)節(jié)Kp的值，將Ki和Kd都設置為0，調(diào)整Kp在示波器使輸出波形達到臨界穩(wěn)定即等幅振蕩波形。Kp從大到小不斷調(diào)整同時查看示波器波形直到等幅振蕩，得出Kp=12.5，示波器波形如圖7.28所示。第39頁/共88頁第39頁/共89頁7.5.2連續(xù)系統(tǒng)仿真（2）調(diào)整Ki和Kd，使波形達到合適的輸出。從上圖得出等幅振蕩周期T=15S，K=12.5。>>K=12.5;>>T=15;>>Kp=0.6*KKp=7.5000>>Ki=1.2*K/TKi=1>>Kd=0.072*K*TKd=13.5000第40頁/共88頁第40頁/共89頁7.5.2連續(xù)系統(tǒng)仿真設置PID模塊的參數(shù)為變量，如圖7.29所示，在命令窗口設置參數(shù)值。第41頁/共88頁第41頁/共89頁7.5.2連續(xù)系統(tǒng)仿真查看示波器波形，如果不滿足超調(diào)量和過渡時間則再進行調(diào)整。如圖7.30（a）為示波器Ki=1時的顯示波形，圖7.30（b）為調(diào)整Ki=0.5時的波形，超調(diào)量比較小。

第42頁/共88頁第42頁/共89頁7.5.3離散系統(tǒng)仿真【例7.5】控制部分為離散環(huán)節(jié)，被控對象為2個連續(xù)環(huán)節(jié)，其中1個有反饋環(huán)。反饋環(huán)引入了零階保持器，輸入為階躍信號。創(chuàng)建模型并仿真的方法如下。（1）選擇1個“Step”模塊，2個“TransferFcn”模塊，2個“Sum”模塊，2個“Scope”模塊，1個“Gain”模塊，在“Discrete”模塊庫選擇1個“DiscreteFilter”和1個“Zero-OrderHold”模塊。（2）連接模塊。將反饋環(huán)的“Gain”模塊和“Zero-OrderHold”模塊翻轉(zhuǎn)。（3）設置參數(shù)。將“DiscreteFilter”和“Zero-OrderHold”模塊的“Sampletime”都設置為0.1s。第43頁/共88頁第43頁/共89頁7.5.3離散系統(tǒng)仿真（4）添加文本注釋，離散系統(tǒng)框圖如圖7.31所示。（5）設置顏色。Simulink為幫助用戶方便地跟蹤不同采樣頻率的運作范圍和信號流向，可以采用不同的顏色表示不同的采樣頻率，選擇菜單“Format”→“Sampletimecolor”命令，就可以看到不同采樣頻率的模塊顏色不同。第44頁/共88頁第44頁/共89頁7.5.3離散系統(tǒng)仿真（6）開始仿真。在Simulink模型窗口，選擇菜單“Simulation”→“Simulationparameters…”命令，將“Maxstepsize”設置為0.05s，則2個示波器“Scope”（d(k)示波器）和“Scope1”（y(t)示波器）的顯示如圖7.32所示。

第45頁/共88頁第45頁/共89頁7.5.3離散系統(tǒng)仿真（7）修改參數(shù)，將“DiscreteFilter”模塊的“Sampletime”設置為0.6s，“Zero-OrderHold”模塊的“Sampletime”不變；選擇菜單“Edit”→“Updatediagram”命令修改顏色，就可以看到“DiscreteFilter”模塊的顏色變化了；然后開始仿真，可以看出當T=0.6，Tk=0.1時，系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。示波器顯示如圖7.33所示。

第46頁/共88頁第46頁/共89頁7.5.3離散系統(tǒng)仿真（8）修改參數(shù)，將“DiscreteFilter”和“Zero-OrderHold”模塊的“Sampletime”都設置為0.6s，更新框圖顏色，開始仿真。當T=Tk=0.6時，系統(tǒng)出現(xiàn)強烈的振蕩。示波器顯示如圖7.34所示。

第47頁/共88頁第47頁/共89頁7.5.4仿真結(jié)構(gòu)參數(shù)化【例7.6】

將【例7.5】中的模塊結(jié)構(gòu)參數(shù)用變量表示，離散系統(tǒng)框圖如圖7.35所示。第48頁/共88頁第48頁/共89頁7.5.4仿真結(jié)構(gòu)參數(shù)化將參數(shù)設置放在Ex0705_1.m文件中。%Ex0705_1參數(shù)設置T=0.1; %控制環(huán)節(jié)采樣時間Tk=0.6; %零階保持器采樣時間k=0.03; %Gain增益zt1=1.44;zt2=1.26;zt3=1;zt4=1;tf11=6.7;tf12=0.1;tf13=1;tf21=1;tf22=3;tf23=1在MATLAB工作空間運行該文件。>>Ex0705_1第49頁/共88頁第49頁/共89頁7.6子系統(tǒng)與封裝7.6.1建立子系統(tǒng)1．在已建立的模型中新建子系統(tǒng)（1）先打開或新建1個模型，建立模型中的各模塊并用信號線連接。（2）在模型窗口中，用鼠標拖曳1個虛線框以將需要建立子系統(tǒng)的部分框起來，然后選擇菜單“Edit”→“Createsubsystem”命令，這時原來虛線框中的部分就被1個“Subsystem”模塊代替。（3）更改子系統(tǒng)名。如新建的子系統(tǒng)名默認為“Subsystem”，以后建立的子系統(tǒng)則在名稱后面加數(shù)字，可以更改為有一定含義的名稱，以便于分析時查看。（4）重命名輸入、輸出端口名稱，如新建的子系統(tǒng)中的默認輸入端口名為“In1”、“In2”、…，輸出端口名為“Out1”、“Out2”、…。第50頁/共88頁第50頁/共89頁7.6.1建立子系統(tǒng)【例7.7】打開【例7.5】建立的模型，將控制對象中的第1個連續(xù)環(huán)節(jié)中的反饋環(huán)建立為1個子系統(tǒng)。在模型窗口中，將控制對象中的第1個連續(xù)環(huán)節(jié)的反饋環(huán)用鼠標拖出的虛線框框住，選擇菜單“Edit”→“Createsubsystem”命令，則子系統(tǒng)如圖7.36所示。第51頁/共88頁第51頁/共89頁7.6.1建立子系統(tǒng)2．在已有的子系統(tǒng)基礎上建立如果要在已有的子系統(tǒng)基礎上建立1個子系統(tǒng)，可以按以下步驟。（1）將已有的子系統(tǒng)復制到新窗口。（2）雙擊打開子系統(tǒng)模型窗口，重新放置模塊，建立連接和輸入、輸出端口。（3）將子系統(tǒng)與其他模塊連接。（4）修改子系統(tǒng)名和其他參數(shù)。第52頁/共88頁第52頁/共89頁7.6.1建立子系統(tǒng)【例7.8】在【例7.7】的基礎上建立新子系統(tǒng)，將【例7.7】模型的控制對象中的第1個對象環(huán)節(jié)作為1個完整的子系統(tǒng)。將圖7.36中的所有對象都復制到新的空白模型窗口中，雙擊打開子系統(tǒng)“Subsystem”，則出現(xiàn)如圖7.37所示的子系統(tǒng)模型窗口，添加模型構(gòu)成反饋環(huán)形成閉環(huán)系統(tǒng)，如圖7.38所示。

第53頁/共88頁第53頁/共89頁7.6.1建立子系統(tǒng)將系統(tǒng)模型修改為如圖7.39所示的包含子系統(tǒng)的模型。第54頁/共88頁第54頁/共89頁7.6.2條件執(zhí)行子系統(tǒng)1．使能子系統(tǒng)（EnabledSubsystem）建立使能子系統(tǒng)的步驟如下。（1）建立1個新模型。（2）在“Ports&Subsystems”子模塊庫選擇“EnabledSubsystem”

模塊，放在子系統(tǒng)模型窗口中。（3）將“EnabledSubsystem”模塊的“In1”、“Out1”和“Enable”（

）3個端口與其他模塊連接。其中“Enable”端口為使能的條件控制信號。（4）設置“EnabledSubsystem”模塊的參數(shù)。雙擊打開該模塊的模型窗口，如圖7.40所示。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為“In1”和“Out1”連接，“Enable”單獨。第55頁/共88頁第55頁/共89頁7.6.2條件執(zhí)行子系統(tǒng)在圖7.40中雙擊“Enable”模塊，出現(xiàn)如圖7.41（a）所示的對話框，“Stateswhenenabling”欄有2個下拉選項：“held”表示當使能系統(tǒng)再次執(zhí)行時，保持上一次執(zhí)行后的狀態(tài)，“reset”表示再次執(zhí)行時復位到初始狀態(tài)。在圖7.40中雙擊“Out1”模塊，出現(xiàn)如圖7.41（b）所示的對話框，“Outputwhendisabled”欄有2個下拉選項：“held”表示當子系統(tǒng)停止執(zhí)行后，輸出端口的值保持輸出值；“reset”表示停止執(zhí)行后輸出端口復位到初始值。

第56頁/共88頁第56頁/共89頁7.6.2條件執(zhí)行子系統(tǒng)【例7.9】建立一個用使能子系統(tǒng)控制正弦信號為半波整流信號的模型。模型由正弦信號“SineWave”為輸入信號源，示波器“Scope”為接收模塊，使能子系統(tǒng)“EnabledSubsystem”為控制模塊，連接模塊，將“SineWave”模塊的輸出作為“EnabledSubsystem”的控制信號，其模型如圖7.42（a）所示。開始仿真，由于“EnabledSubsystem”的控制為正弦信號，大于0時執(zhí)行輸出，小于0時就停止，則示波器顯示為半波整流信號，如圖7.42（b）所示。第57頁/共88頁第57頁/共89頁7.6.2條件執(zhí)行子系統(tǒng)2．觸發(fā)子系統(tǒng)（TriggeredSubsystem）建立觸發(fā)子系統(tǒng)的步驟如下。（1）建立1個新模型。（2）在“Ports&Subsystems”子模塊庫選擇“TriggeredSubsystem”模塊

，放在子系統(tǒng)模型窗口中。（3）將“TriggeredSubsystem”模塊的“In1”、“Out1”和“Triggered”()3個端口與其他模塊連接，其中“Triggered”端口為觸發(fā)條件控制信號。（4）設置“TriggeredSubsystem”模塊的參數(shù)。雙擊打開該模塊的模型窗口，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為“In1”和“Out1”連接，“Trigger”單獨。第58頁/共88頁第58頁/共89頁7.6.2條件執(zhí)行子系統(tǒng)【例7.10】建立1個用觸發(fā)子系統(tǒng)控制正弦信號輸出階梯波形的模型。連接模塊，將“PulseGenerator”模塊的輸出作為“TriggeredSubsystem”的控制信號，其模型如圖7.43（a）所示。開始仿真，由于“TriggeredSubsystem”的控制為“PulseGenerator”模塊的輸出，示波器顯示如圖7.43（b）所示。第59頁/共88頁第59頁/共89頁7.6.2條件執(zhí)行子系統(tǒng)3．使能觸發(fā)子系統(tǒng)（EnabledandTriggeredSubsystem）使能觸發(fā)子系統(tǒng)是觸發(fā)子系統(tǒng)和使能子系統(tǒng)的組合，含有觸發(fā)信號和使能信號2個控制信號輸入端，觸發(fā)事件發(fā)生后，Simulink檢查使能信號是否大于0，大于0就開始執(zhí)行。第60頁/共88頁第60頁/共89頁7.6.3子系統(tǒng)的封裝1．封裝子系統(tǒng)的步驟封裝子系統(tǒng)的步驟如下。（1）選中子系統(tǒng)雙擊打開，給需要進行賦值的參數(shù)指定1個變量名。（2）選擇菜單“Edit”→“Masksubsystem”命令，出現(xiàn)封裝對話框。（3）在封裝對話框中的設置參數(shù)，主要有“Icon”、“Parameters”、“Initialization”和“Documentation”4個選項卡。2．Icon選項卡Icon選項卡用于設定封裝模塊的名字和外觀，其參數(shù)設置如圖7.44所示。第61頁/共88頁第61頁/共89頁7.6.3子系統(tǒng)的封裝3．Parameters選項卡Parameters選項卡用于輸入變量名稱和相應的提示，其參數(shù)設置如圖7.45所示。第62頁/共88頁第62頁/共89頁7.6.3子系統(tǒng)的封裝4．Initialization選項卡Initialization選項卡用于初始化封裝子系統(tǒng)，在“Initializationcommands”中輸入MATLAB命令，當裝載模塊，開始仿真或更新模塊框圖時運行初始化命令。5．Documentation選項卡Documentation選項卡用于編寫與該封裝模塊對應的Help和說明文字，分別有“Masktype”、“MaskDescription”和“Maskhelp”欄。（1）Masktype欄：用于設置模塊顯示的封裝類型。（2）MaskDescription欄：用于輸入描述文本。（3）Maskhelp欄：用于輸入幫助文本，即當在所顯示的封裝子系統(tǒng)“參數(shù)設置”對話框中單擊“Help”按鈕時出現(xiàn)的文本。第63頁/共88頁第63頁/共89頁7.6.3子系統(tǒng)的封裝6．按鈕設置參數(shù)設置對話框中的“Apply”按鈕用于將修改的設置應用于封裝模塊；“Unmask”按鈕用于將封裝撤銷，則雙擊該模塊就不會出現(xiàn)定制的對話框?！纠?.11】

創(chuàng)建1個二階系統(tǒng)，并將子系統(tǒng)進行封裝。創(chuàng)建1個二階系統(tǒng)，將其閉環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成子系統(tǒng)并封裝，將阻尼系數(shù)zeta和無阻尼頻率wn作為輸入?yún)?shù)。（1）創(chuàng)建模型，并將系統(tǒng)的阻尼系數(shù)用變量zeta表示，無阻尼頻率用變量wn表示。二階系統(tǒng)模型如圖7.46所示。第64頁/共88頁第64頁/共89頁7.6.3子系統(tǒng)的封裝（2）用虛線框框住反饋環(huán)，若選擇菜單“Edit”→“CreateSubsystem”命令，則產(chǎn)生子系統(tǒng)模型，如圖7.47所示。第65頁/共88頁第65頁/共89頁（3）封裝子系統(tǒng)，若選擇菜單“Edit”→“Masksubsystem”命令，則出現(xiàn)封裝對話框，將zeta和wn作為輸入?yún)?shù)。在Icon選項卡中設置的“Drawingcommands”欄中寫文字并畫曲線，命令如下：disp（'二階系統(tǒng)'）plot([012310],exp([012310]))第66頁/共88頁第66頁/共89頁7.6.3子系統(tǒng)的封裝在Parameters選項卡中，單擊“Add”

按鈕添加2個輸入?yún)?shù)，設置“Prompt”分別為“阻尼系數(shù)”和“無阻尼振蕩頻率”，并設置“type”欄分別為“popup”和“edit”，對應的“Dialogvariable”為“zeta”和“wn”，設置“Popups”為“00.30.50.70712”，如圖7.48（a）所示。在Initialization選項卡中初始化輸入?yún)?shù)，如圖7.48（b）所示。

第67頁/共88頁第67頁/共89頁7.6.3子系統(tǒng)的封裝在Documentation選項卡中輸入提示和幫助信息，如圖7.48（c）所示。第68頁/共88頁第68頁/共89頁7.6.3子系統(tǒng)的封裝封裝子系統(tǒng)與其他的模塊一樣，有自己的圖標、參數(shù)設置對話框和工作空間，并獨立于MATLAB的工作空間和其他模塊空間，如圖7.49所示。第69頁/共88頁第69頁/共89頁7.7用MATLAB命令創(chuàng)建和運行Simulink模型1．sim命令sim在命令窗口可以方便地對模型分析和仿真。語法：[t,x,y]=sim('model',timespan,options,ut)%利用輸入?yún)?shù)進行仿真，輸出矩陣[t,x,y1,y2,…]=sim('model',timespan,options,ut)%利用輸入?yún)?shù)進行仿真，逐個輸出第70頁/共88頁第70頁/共89頁7.7用MATLAB命令創(chuàng)建和運行Simulink模型【例7.12】

根據(jù)方程組

由狀態(tài)方程建立系統(tǒng)模型，輸入u為階躍信號，顯示其輸出波形，系統(tǒng)模型圖如圖7.50所示。>>k1=4;>>k2=2;>>k3=0.5;>>[t,x,y]=sim('Ex0711',[0,15]); %運行模型>>plot(t,x)第71頁/共88頁第71頁/共89頁7.7用MATLAB命令創(chuàng)建和運行Simulink模型2．simset命令simset命令用來為sim函數(shù)建立或編輯仿真參數(shù)或規(guī)定算法，并把設置結(jié)果保存在一個結(jié)構(gòu)變量中。語法：OPTIONS=simset('NAME1',VALUE1,'NAME2',VALUE2,...) %設置屬性的屬性值【例7.12續(xù)】

修改仿真的參數(shù)，采用ode23解法器仿真。>>opts=simset('solver','ode23');>>[t,x,y]=sim('Ex0711',[0,15]);3．simget命令simget命令用來獲得模型的參數(shù)設置值。語法：Value=simget(MODEL,property) %獲取屬性值第72頁/共88頁第72頁/共89頁7.7用MATLAB命令創(chuàng)建和運行Simulink模型4．linmod命令linmod命令用來運行模型并獲得其狀態(tài)空間的數(shù)學模型。語法：[A,B,C,D]=linmod('SYS') 【例7.12續(xù)】

獲取本系統(tǒng)的數(shù)學模型參數(shù)，得出傳遞函數(shù)表達式。>>[A,B,C,D]=linmod('Ex0711_1'); %將mdl模型轉(zhuǎn)換成為狀態(tài)空間模型>>[num,den]=ss2tf(A,B,C,D); %將狀態(tài)空間模型轉(zhuǎn)換成傳遞函數(shù)>>G=tf(num,den)Transferfunction:s+2-----s+1第73頁/共88頁第73頁/共89頁7.7用MATLAB命令創(chuàng)建和運行Simulink模型獲取系統(tǒng)的數(shù)學模型需要將該系統(tǒng)的輸入和輸出模塊修改為“In1”和“Out1”，如圖7.51所示。第74頁/共88頁第74頁/共89頁7.8S函數(shù)7.8.1S函數(shù)的介紹1．S函數(shù)的作用S函數(shù)的作用如下：

可以在Simulink中增加一個用戶編寫的通用模塊；

在Simulink中使用動畫；

充當硬件的驅(qū)動；

將系統(tǒng)表示成為一系列數(shù)學方程。2．S函數(shù)的工作原理首先了解一下Simulink模型的結(jié)構(gòu)，如圖7.52所示。第75頁/共88頁第75頁/共89頁7.8.1S函數(shù)的介紹輸入u、輸出y和狀態(tài)x的數(shù)學關系為：第76頁/共88頁第76頁/共89頁7.8.1S函數(shù)的介紹Simulink的仿真過程如圖7.53所示，仿真過程主要由初始化和運行兩個過程。圖中的流程中“計算微分”、“計算輸出”和“更新離散狀態(tài)”對應于上面的輸入、輸出和狀態(tài)的數(shù)學關系式。第77頁/共88頁第77頁/共89頁7.8.2S函數(shù)的編寫（1）sfuntmpl主函數(shù)。function[sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=sfuntmpl(t,x,u,flag)switchflag, %flag是S函數(shù)的標記，指向不同的子函數(shù)case0, %初始化子函數(shù)[sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=mdlInitializeSizes;case1, %計算微分子函數(shù)sys=mdlDerivatives(t,x,u);case2, %更新離散狀態(tài)子函數(shù)sys=mdlUpdate(t,x,u);case3, %計算輸出子函數(shù)sys=mdlOutputs(t,x,u);case4, %計算下一個采樣時刻點sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u);case9, %結(jié)束仿真sys=mdlTerminate(t,x,u);otherwise DAStudio.error('Simulink:blocks:unhandledFlag',num2str(flag));endflag是標識S函數(shù)當前所處的仿真階段，以便執(zhí)行相應的子函數(shù)；結(jié)合圖7.53可以看出不同的flag在仿真過程中的執(zhí)行時刻。主函數(shù)sfuntmpl的格式：function[sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=sfuntmpl(t,x,u,flag)第78頁/共88頁第78頁/共89頁7.8.2S函數(shù)的編寫（2）初始化函數(shù)mdlInitializeSizes。function[sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=mdlInitializeSizessizes=simsizes; %調(diào)用simsizes函數(shù)，用于設置模塊參數(shù)的結(jié)構(gòu)sizes.NumContStates=0; %模塊的連續(xù)變量的個數(shù)sizes.NumDiscStates=0; %模塊的離散變量的個數(shù)sizes.NumOutputs=0; %%模塊的輸出變量的個數(shù)sizes.NumInputs=0; %模塊的輸入變量的個數(shù)sizes.DirFeedthrough=1; %模塊的直通前向通道數(shù)，默認值為1sizes.NumSampleTimes=1; %模塊的采樣周期個數(shù)，默認值為1sys=simsizes(sizes); %給sys賦值x0=[]; %向模塊賦初值，默認值為[]str=[]; %特殊保留變量ts=[00]; %采樣時間和偏移量，默認值為[00]simStateCompliance='UnknownSimState';第79頁/共88頁第79頁/共89頁7.8.3S函數(shù)模塊的使用在Simulink中選擇“User-DefinedFunctions”模塊庫，如圖7.54所示有多種可供用戶自定義的模塊。第80頁/共88頁第80頁/共89頁7.8.3S函數(shù)模塊的使用【例7.13】

創(chuàng)建單級倒立擺系統(tǒng)simulink模型，并使用S函數(shù)構(gòu)建自定義函數(shù)。單級倒立擺示意圖如圖7.55所示。單級倒立擺的動力學方程為：將

，

，其動力學方程轉(zhuǎn)化為狀態(tài)方程為：第8