電機(jī)控制基于Simulink的仿真

MATLAB/Simulink設(shè)計(jì)電機(jī)控制課程設(shè)計(jì)2021/5/911Simulink簡(jiǎn)介Simulink是一個(gè)用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包。使用Simulink來建模、分析和仿真各種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)(包括連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)和混合系統(tǒng))，將是一件非常輕松的事情。它提供了一種圖形化的交互環(huán)境，只需用鼠標(biāo)拖動(dòng)的方法便能迅速地建立起系統(tǒng)框圖模型，甚至不需要編寫一行代碼。利用Simulink進(jìn)行系統(tǒng)的建模仿真，其最大的優(yōu)點(diǎn)是易學(xué)、易用，并能依托MATLAB提供的豐富的仿真資源。2021/5/92提供了仿真庫的擴(kuò)充和定制機(jī)制Simulink的開放式結(jié)構(gòu)允許用戶擴(kuò)展仿真環(huán)境的功能：采用MATLAB、FORTRAN和C代碼生成自定義模塊庫，并擁有自己的圖標(biāo)和界面。與MATLAB工具箱的集成由于Simulink可以直接利用MATLAB的諸多資源與功能，因而用戶可以直接在Simulink下完成諸如數(shù)據(jù)分析、過程自動(dòng)化、優(yōu)化參數(shù)等工作。2021/5/93Simulink應(yīng)用領(lǐng)域2021/5/942Simulink啟動(dòng)及模型建立Simulink的啟動(dòng)主要有以下兩種方法：在MATLAB的命令窗口中輸入simulink,結(jié)果是在桌面上出現(xiàn)一個(gè)SimulinkLibraryBrowser的窗口。單擊MATLAB主窗口的快捷按鈕，打開SimulinkLibraryBrowser窗口。2021/5/95Simulink模型窗口的建立

在Simulink中打開一個(gè)空白的模型窗口的方法：選中Simulink菜單系統(tǒng)中的File|New|Model菜單項(xiàng)后，會(huì)生成一個(gè)Simulink窗口；單擊Simulink工具欄中的“新建模型”圖標(biāo)；在MATLAB的命令窗口中選擇File|New|NewModel菜單項(xiàng)；

2021/5/96啟動(dòng)Simulink，建立系統(tǒng)模型的基本操作依次表示新建、打開系統(tǒng)模型文件依次表示新建、打開與保存系統(tǒng)模型文件2021/5/97Simulink的模塊庫Simulink的模塊庫能夠?qū)ο到y(tǒng)模塊進(jìn)行有效的管理與組織可以直接將模塊庫中的模塊拖動(dòng)或者拷貝到用戶的系統(tǒng)模型中以構(gòu)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型。

模塊搜索

模塊描述

系統(tǒng)模塊

系統(tǒng)模塊庫

2021/5/98Simulink公共模塊庫Simulink中最為基礎(chǔ)、最為通用的模塊庫，它可以被應(yīng)用到不同的專業(yè)領(lǐng)域中。

連續(xù)模塊continuous、非連續(xù)模塊discontinuous離散模塊discrete、查找表模塊Look-upTable數(shù)學(xué)運(yùn)算MathOperations模型驗(yàn)證模塊ModelVerification模型擴(kuò)充工具M(jìn)odel-WideUtilities端口和子系統(tǒng)模塊Ports&Subsystems、信號(hào)屬性模塊SignalAttributes信號(hào)路由模塊SignalRouting、接收模塊Sinks輸入模塊Sources用戶自定義函數(shù)模塊User-DefinedFunctions2021/5/99Simulink的部分專業(yè)模塊庫DSPBlockset數(shù)字信號(hào)處理工具包Fixed-PointBlockset定點(diǎn)運(yùn)算控制系統(tǒng)仿真工具包PowerSystemBlockset電力電動(dòng)系統(tǒng)工具包Dials&GaugesBlockset交互圖形和控制面板設(shè)計(jì)工具包CommunicationsBlockset通訊系統(tǒng)工具包CDMAReferenceBlocksetCDMACDMA通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析工具包NonlinearControlDesignBlockset非線性控制設(shè)計(jì)工具箱MotorolaDSPDeveloper’sKitMotorolaDSP開發(fā)工具箱TIDSPDeveloper’sKitTIDSP開發(fā)工具箱2021/5/910對(duì)Simulink庫瀏覽器的基本操作有：(1)使用鼠標(biāo)左鍵單擊系統(tǒng)模塊庫，如果模塊庫為多層結(jié)構(gòu)，則單擊“+”號(hào)載入庫。(2)使用鼠標(biāo)右鍵單擊系統(tǒng)模塊庫，可在單獨(dú)的窗口打開庫。(3)使用鼠標(biāo)左鍵單擊系統(tǒng)模塊，在模塊描述欄中顯示此模塊的描述。(4)使用鼠標(biāo)右鍵單擊系統(tǒng)模塊，可以得到：系統(tǒng)模塊的幫助信息;將系統(tǒng)模塊插入到系統(tǒng)模型中;查看系統(tǒng)模塊的參數(shù)設(shè)置;以及回到系統(tǒng)模塊的上一層庫。

此外還可以進(jìn)行以下操作：

(1)使用鼠標(biāo)左鍵選擇并拖動(dòng)系統(tǒng)模塊，并將其拷貝到系統(tǒng)模型中。

(2)在模塊搜索欄中搜索所需的系統(tǒng)模塊。2021/5/911例：簡(jiǎn)單系統(tǒng)的輸入為一個(gè)正弦波信號(hào)，輸出為此正弦波信號(hào)與一個(gè)常數(shù)的乘積。要求建立系統(tǒng)模型，并以圖形方式輸出系統(tǒng)運(yùn)算結(jié)果。已知系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述為系統(tǒng)輸入：u(t)=sint,t≥0

系統(tǒng)輸出：y(t)=au(t),a≠02021/5/912相關(guān)操作：模塊庫SineWave來自sources;Gain來自MathOperations；Scope來自Sinks連接方法(1)拖動(dòng)對(duì)應(yīng)端口進(jìn)行連接(2)單擊起始模塊后，按Ctrl鍵再單擊目標(biāo)模塊模塊復(fù)制傳統(tǒng)方式Ctrl+C/Ctrl+V、或Ctrl鍵再拖動(dòng)模塊模塊插入對(duì)于單輸入單輸出模塊，只需將這個(gè)模塊移到線上就可以自動(dòng)連接。2021/5/913連線操作連線分支使用鼠標(biāo)右鍵單擊需要分支的信號(hào)連線（光標(biāo)變成“+”），然后拖動(dòng)到目標(biāo)模塊。使用鼠標(biāo)左鍵單擊并拖動(dòng)以改變信號(hào)連線的路徑。按下Shift鍵的同時(shí)，在信號(hào)連線上單擊鼠標(biāo)左鍵并拖動(dòng)，可以生成新的節(jié)點(diǎn)。在節(jié)點(diǎn)上使用鼠標(biāo)左鍵單擊并拖動(dòng)，可以改變信號(hào)連線路徑。2021/5/914信號(hào)組合

在利用Simulink進(jìn)行系統(tǒng)仿真時(shí)，在很多情況下，需要將系統(tǒng)中某些模塊的輸出信號(hào)（一般為標(biāo)量）組合成一個(gè)向量信號(hào)，并將得到的信號(hào)作為另外一個(gè)模塊的輸入。來自SignalRouting的BusCreator2021/5/9153Simulink模型仿真系統(tǒng)模塊參數(shù)設(shè)置與系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置雙擊系統(tǒng)模塊，打開系統(tǒng)模塊的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置合適的模塊參數(shù)。設(shè)置合適的系統(tǒng)仿真參數(shù)以進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真在Simulation菜單的Simulationparameters...子菜單中進(jìn)行設(shè)置，如仿真時(shí)間等運(yùn)行仿真單擊系統(tǒng)模型編輯器上的Play圖標(biāo)(黑色三角)或選擇Simulation菜單下的Start便可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)束后雙擊Scope模塊以顯示系統(tǒng)仿真的輸出結(jié)果2021/5/9164Simulink子系統(tǒng)介紹Simulink提供的子系統(tǒng)功能可以大大地增強(qiáng)Simulink系統(tǒng)模型框圖的可讀性。子系統(tǒng)可以理解為一種“容器”，此容器能夠?qū)⒁唤M相關(guān)的模塊封裝到一個(gè)單獨(dú)的模塊中，并且與原來系統(tǒng)模塊組的功能一致。2021/5/917子系統(tǒng)建立方法(2種)在已有的系統(tǒng)模型中建立子系統(tǒng)：首先框選待封裝的區(qū)域，即在模型編輯器背景中單擊鼠標(biāo)左鍵并拖動(dòng)，選中需要放置到子系統(tǒng)中的模塊與信號(hào)（或在按下Shift鍵的同時(shí)，用鼠標(biāo)左鍵單擊所需模塊）；然后選擇Edit菜單下的CreateSubsystem，即可建立子系統(tǒng)。建立空的子系統(tǒng)：Subsystems模塊庫中的模塊建立子系統(tǒng)。這樣建立的子系統(tǒng)內(nèi)容為空，然后雙擊子系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行編輯。2021/5/918子系統(tǒng)操作在生成子系統(tǒng)之后，用戶可以對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行各種與系統(tǒng)模塊相類似的操作，這時(shí)子系統(tǒng)相當(dāng)于具有一定功能的系統(tǒng)模塊。例如，子系統(tǒng)的命名、子系統(tǒng)視圖的修改、子系統(tǒng)的顯示顏色等等。當(dāng)然子系統(tǒng)也有其特有的操作，如子系統(tǒng)的顯示（用鼠標(biāo)左鍵雙擊子系統(tǒng)模塊即可打開子系統(tǒng)）、子系統(tǒng)的封裝等等。2021/5/919Inport輸入模塊與Outport輸出模塊

在系統(tǒng)模型中建立子系統(tǒng)時(shí)，Simulink會(huì)自動(dòng)生成Inport模塊（Sources模塊庫中的In1模塊）與Outport模塊（Sinks模塊庫中的Out1模塊）。Inport模塊作為子系統(tǒng)的輸入端口，Outport作為子系統(tǒng)的輸出端口，它們被用來完成子系統(tǒng)和主系統(tǒng)之間的通訊。

Inport和Outport用來對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳遞，不改變信號(hào)的任何屬性；另外，信號(hào)標(biāo)簽可以越過它們進(jìn)行傳遞。如果需要建立多輸入多輸出的子系統(tǒng)，則需要使用多個(gè)Inport模塊與Outport模塊，而且最好使用合適的名稱對(duì)Inport模塊與Outport模塊進(jìn)行命名。2021/5/9205Simulink與Matlab的接口設(shè)計(jì)由MATLAB工作空間變量設(shè)置系統(tǒng)模塊參數(shù)模塊參數(shù)可以是常量也可以工作空間變量直接使用MATLAB工作空間中的變量設(shè)置模塊參數(shù)。使用變量的表達(dá)式設(shè)置模塊參數(shù)。例如，如果a是定義在MATLAB中的變量，則表達(dá)式a、a^2+5、exp(–a)等均可以作為系統(tǒng)模塊的參數(shù)2021/5/921將信號(hào)輸出到MATLAB工作空間中

使用示波器模塊Scope的輸出信號(hào)，可以使用戶對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的定性分析。使用Sinks模塊庫中的ToWorkspace模塊，可以輕易地將信號(hào)輸出到MATLAB工作空間中。信號(hào)輸出的名稱在ToWorkspace模塊的對(duì)話框中設(shè)置，此對(duì)話框還可以設(shè)置輸出數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)、輸出的間隔，以及輸出數(shù)據(jù)的類型等。其中輸出類型有三種形式：數(shù)組、結(jié)構(gòu)以及帶有時(shí)間變量的結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)束或暫停時(shí)信號(hào)被輸出到工作空間中。2021/5/922使用工作空間變量作為系統(tǒng)輸入信號(hào)

Simulink與MATLAB的數(shù)據(jù)交互是相互的，除了可以將信號(hào)輸出到MATLAB工作空間中之外，用戶還可以使用MATLAB工作空間中的變量作為系統(tǒng)模型的輸入信號(hào)。使用Sources模塊庫中的FromWorkspace模塊可以將MATLAB工作空間中的變量作為系統(tǒng)模型的輸入信號(hào)。此變量的格式如下所示：

>>t=0:0.1:10; >>x=sin(t); >>input=[t',x'];

系統(tǒng)輸入信號(hào)input的作用相當(dāng)于Sources模塊中的SineWave模塊2021/5/923向量與矩陣Simulink所使用的信號(hào)可以是標(biāo)量也能夠傳遞和使用向量信號(hào)。例如，向量增益可以作用在一個(gè)標(biāo)量信號(hào)上，產(chǎn)生一個(gè)向量輸出。Simulink最重要的特性就是支持矩陣形式的信號(hào)，它可以區(qū)分行和列向量并傳遞矩陣。通過對(duì)模塊做適當(dāng)?shù)呐渲茫梢允鼓K能夠接受矩陣作為模塊參數(shù)。2021/5/924MATLABFunction與Function模塊

除了使用上述的方式進(jìn)行Simulink與MATLAB之間的數(shù)據(jù)交互，用戶還可以使用FunctionsandTables模塊庫中的Function模塊（簡(jiǎn)稱為Fcn模塊）或FunctionsandTables模塊庫中的MATLABFunction模塊（簡(jiǎn)稱為MATLABFcn模塊）進(jìn)行彼此間的數(shù)據(jù)交互。

Fcn模塊一般用來實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系，在Fcn模塊中：

(1)輸入總是表示成u，u可以是一個(gè)向量。

(2)可以使用C語言表達(dá)式，例如sin(u[1])+cos(u[2])。

(3)輸出永遠(yuǎn)為一個(gè)標(biāo)量。2021/5/925(2)可以使用C語言表達(dá)式，例如sin(u[1])+cos(u[2])。

(3)輸出永遠(yuǎn)為一個(gè)標(biāo)量。

MATLABFcn一般用來調(diào)用MATLAB函數(shù)來實(shí)現(xiàn)一定的功能，在MATLABFcn模塊中：

(1)所要調(diào)用的函數(shù)只能有一個(gè)輸出（可以是一個(gè)向量）。

(2)單輸入函數(shù)只需使用函數(shù)名，多輸入函數(shù)輸入需要引用相應(yīng)的元素，如mean、sqrt、myfunc(u(1),u(2))。

(3)在每個(gè)仿真步長(zhǎng)內(nèi)都需要調(diào)用MATLAB解釋器。

使用Fcn模塊與MATLABFcn模塊進(jìn)行Simulink與MATLAB之間的數(shù)據(jù)交互。2021/5/926使用Fcn與MATLABFcn模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互

函數(shù)表達(dá)式

Matlab函數(shù)

MATLAB函數(shù)2021/5/9276Scope高級(jí)使用技術(shù)打印輸出

參數(shù)設(shè)置

視圖整體縮放

Y軸縮放

視圖自動(dòng)縮放

X軸縮放

保存當(dāng)前坐標(biāo)軸設(shè)置

恢復(fù)坐標(biāo)軸設(shè)置

懸浮Scope開關(guān)

懸浮時(shí)信號(hào)選擇

去除坐標(biāo)軸選擇

2021/5/9281)Scope的參數(shù)設(shè)置使用Scope模塊的參數(shù)設(shè)置選項(xiàng)卡能夠?qū)ο到y(tǒng)仿真輸出結(jié)果顯示進(jìn)行更多的控制，而不僅僅是上述的簡(jiǎn)單控制。圖36、圖37所示分別為Scope模塊參數(shù)設(shè)置選項(xiàng)卡中的General選項(xiàng)卡與DataHistory選項(xiàng)卡。2021/5/929Scope模塊的General選項(xiàng)卡坐標(biāo)系標(biāo)簽

坐標(biāo)系數(shù)目

顯示時(shí)間范圍

懸浮Scope開關(guān)

2021/5/930Scope模塊的Datahistory選項(xiàng)卡信號(hào)顯示點(diǎn)數(shù)限制

保存信號(hào)至工作空間變量

2021/5/931下面簡(jiǎn)單介紹一下各選項(xiàng)卡的功能與使用。

1)坐標(biāo)系數(shù)目（Numberofaxes）功能描述：在一個(gè)Scope輸出模塊中使用多個(gè)坐標(biāo)系窗口同時(shí)輸出多個(gè)信號(hào)。在默認(rèn)設(shè)置下，Scope模塊僅顯示一個(gè)坐標(biāo)系窗口。

2)懸浮Scope開關(guān)（Floatingscope）功能描述：將Scope模塊切換為懸浮Scope模塊。2021/5/9323)顯示時(shí)間范圍（Timerange）功能描述：設(shè)置信號(hào)顯示的時(shí)間范圍。注意：信號(hào)顯示的時(shí)間范圍與系統(tǒng)仿真時(shí)間范圍并不等同，并且坐標(biāo)系所示的時(shí)間范圍并非為絕對(duì)時(shí)間，而是指相對(duì)時(shí)間范圍，坐標(biāo)系的左下角的時(shí)間偏移（Timeoffset）給出了時(shí)間的起始偏移量（即顯示時(shí)間范圍的起始時(shí)刻）。

4)坐標(biāo)系標(biāo)簽（Ticklabels）功能描述：確定Scope模塊中各坐標(biāo)系是否帶有坐標(biāo)軸標(biāo)簽。下方坐標(biāo)系使用標(biāo)簽（bottomaxisonly）以及都不使用標(biāo)簽（none）。用戶最好使用標(biāo)簽，這有利于對(duì)信號(hào)的觀察理解.2021/5/9335)信號(hào)顯示點(diǎn)數(shù)限制（Limitdatapointstolast）功能描述：限制信號(hào)顯示的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)目，Scope模塊會(huì)自動(dòng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行截取以顯示信號(hào)的最后n個(gè)點(diǎn)（這里n為設(shè)置的數(shù)值）。6)保存信號(hào)至工作空間變量(Savedatatoworkspace)

功能描述：將由Scope模塊顯示的信號(hào)保存到Matlab工作空間變量中，以便于對(duì)信號(hào)進(jìn)行更多的定量分析。數(shù)據(jù)保存類型有三種：帶時(shí)間變量的結(jié)構(gòu)體（structurewithtime）、結(jié)構(gòu)體（structure）以及數(shù)組變量（Array）。這與前面所介紹的Sinks模塊庫中的Toworkspace模塊類似。2021/5/934此外，在Scope模塊中的坐標(biāo)系中單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇彈出菜單中坐標(biāo)系屬性設(shè)置命令（axesproperties），將彈出下圖所示的坐標(biāo)系屬性設(shè)置對(duì)話框。用戶可以對(duì)Scope模塊的坐標(biāo)系標(biāo)題與顯示信號(hào)范圍進(jìn)行合適的設(shè)置，以滿足仿真輸出結(jié)果顯示的需要。2021/5/935坐標(biāo)系屬性設(shè)置對(duì)話框 設(shè)置信號(hào)顯示幅值范圍坐標(biāo)系標(biāo)題：一般采用信號(hào)名稱2021/5/9367S函數(shù)的設(shè)計(jì)和調(diào)用S函數(shù)是擴(kuò)展Simulink功能的強(qiáng)有力工具，它使用戶可以利用MATLAB、C語言、C++語言等程序創(chuàng)建自己定義的Simulink模塊。C，C++，Ada，andFortanS-Functions需要編譯為Mex文件，就和其它MEX文件一樣，Simulink可以隨時(shí)動(dòng)態(tài)的調(diào)用這些文件。S函數(shù)使用的是一種比較特殊的調(diào)用格式，可以和Simulink求解器交互式操作。S-Functions功能非常全面，適用于連續(xù)、離散以及混合系統(tǒng)。S函數(shù)允許用戶向模型中添加自己編寫的模塊，只要按照一些簡(jiǎn)單的規(guī)則，就可以在S-Functions添加設(shè)計(jì)算法。在編寫好S-Functions之后就可以在S-Functions模塊中添加相應(yīng)得函數(shù)名，也可以通過封裝技術(shù)來訂制自己的交互界面。2021/5/937S函數(shù)的調(diào)用在Simulink使用S-Functions的方法就是從Simulink中的User-DefinedFunctions模塊庫中向Simulink模型文件窗口中拖放S-Function模塊。然后在S-Functions模塊的對(duì)話框中的S-FunctionsName框中輸入S函數(shù)的文件名，在S-FunctionsParameters框中輸入S函數(shù)的參數(shù)值。在點(diǎn)擊edit的選項(xiàng)后可以編輯S函數(shù)的代碼部分，利用S函數(shù)實(shí)現(xiàn)需要的功能主要是代碼部分的修改。2021/5/938對(duì)于代碼部分的修改，可以使用MATLAB語言按照S-Functions的格式來編寫代碼。MATLAB提供了一個(gè)模板文件，方便S-Function的編寫，該模板文件位于MATLAB根目錄toolbox/Simulink/blocks下

模板函數(shù)的代碼如下：function[sys,x0,str,ts]=sfuntmpl(t,x,u,flag)switchflag,case0,[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;case1,sys=mdlDerivatives(t,x,u);case2,sys=mdlUpdate(t,x,u);

case3,

sys=mdlOutputs(t,x,u);case4,sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u);case9,sys=mdlTerminate(t,x,u);otherwiseerror(['Unhandledflag=',num2str(flag)]);end2021/5/939function[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizessizes=simsizes;sizes.NumContStates=0;sizes.NumDiscStates=0;sizes.NumOutputs=0;sizes.NumInputs=0;sizes.DirFeedthrough=1;sizes.NumSampleTimes=1;sys=simsizes(sizes);x0=[];str=[];ts=[00];functionsys=mdlDerivatives(t,x,u)sys=[];functionsys=mdlUpdate(t,x,u)sys=[];functionsys=mdlOutputs(t,x,u)sys=[];functionsys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u)sampleTime=1;sys=t+sampleTime;functionsys=mdlTerminate(t,x,u)sys=[];2021/5/940M文件S-Functions可用的子函數(shù)說明如下：（1）mdlInitializeSizes：定義S-Function模塊的基本特性，包括采樣時(shí)間、連續(xù)或者離散狀態(tài)的初始條件和sizes數(shù)組。（2）mdlDerivatives：計(jì)算連續(xù)狀態(tài)變量的微分方程。（3）mdlUpdate：更新離散狀態(tài)、采樣時(shí)間和主時(shí)間同步的要求。（4）mdlOutputs：計(jì)算S-Function的輸出。（5）mdlGetTimeOfNextVarHit:計(jì)算下一個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)的絕對(duì)時(shí)間。（6）mdlTerminate：結(jié)束仿真任務(wù)。2021/5/941S-function默認(rèn)的4個(gè)輸入?yún)?shù)t、x、u和flag，他們的次序不能變動(dòng)，各自代表的意義是：

t：表示當(dāng)前仿真時(shí)刻，是采用絕對(duì)計(jì)量的時(shí)間值，是從仿真開始模型運(yùn)行時(shí)間的計(jì)量值。

x：模塊的狀態(tài)向量，包括連續(xù)狀態(tài)向量和離散狀態(tài)向量。

u：模塊的輸入向量。

flag：執(zhí)行不同操作的標(biāo)記變量。2021/5/942S-Function默認(rèn)的4個(gè)返回參數(shù)為sys、x0、str和ts，他們的次序也不能改變，代表的意義為：

sys：通用返回函數(shù)；

x0：初始狀態(tài)值，當(dāng)flag的值為0時(shí)才有效；

str：沒有明確定義，是MathWorks為將來應(yīng)用所作的保留。

ts：一個(gè)m×2矩陣，它的兩列分別表示采樣時(shí)間間隔和偏移。2021/5/9438使用命令操作對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真支持命令窗口運(yùn)行仿真的函數(shù)有4個(gè)，即sim、simset、simget和set_param。（1）sim函數(shù)sim函數(shù)的作用是運(yùn)行一個(gè)由Simulink建立的模型，其調(diào)用格式為：[t,x,y]=sim(modname,timespan,options,ut);2021/5/944

其中，t為返回的仿真時(shí)間向量；

x為返回的狀態(tài)矩陣；

y為返回的輸出矩陣；

modname為系統(tǒng)Simulink模型文件名；

timespan為仿真時(shí)間；options為仿真參數(shù)選擇項(xiàng)，由simset設(shè)置；ut為選擇外部產(chǎn)生輸入,ut=[T,u1,u2,…,un]。[說明]上述參數(shù)中，若省略timespan,options,ut則由框圖模型的對(duì)話框SimulationParameters設(shè)置仿真參數(shù)。2021/5/945（2）simset函數(shù)

simset函數(shù)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(shè)置結(jié)果保存在一個(gè)結(jié)構(gòu)變量中。它有如下4種用法：

(a)options=simset(property,value,…)：把property代表的參數(shù)賦值為value，結(jié)果保存在結(jié)構(gòu)options中。

(b)options=simset(old_opstruct,property,value,…)：把已有的結(jié)構(gòu)old_opstruct(由simset產(chǎn)生)中的參數(shù)property重新賦值為value，結(jié)果保存在新結(jié)構(gòu)options中。

(c)options=simset(old_opstruct,new_opstruct)：用結(jié)構(gòu)new_opstruct的值替代已經(jīng)存在的結(jié)構(gòu)old_opstruct的值。

(d)simset：顯示所有的參數(shù)名和它們可能的值。2021/5/946(3)simget函數(shù)

simget函數(shù)用來獲得模型的參數(shù)設(shè)置值。如果參數(shù)值是用一個(gè)變量名定義的，simget返回的也是該變量的值而不是變量名。如果該變量在工作空間中不存在(即變量未被賦值)，則Simulink給出一個(gè)出錯(cuò)信息。該函數(shù)有如下3種用法：

(a)struct=simget(modname)：返回指定模型model的參數(shù)設(shè)置的options結(jié)構(gòu)。

(b)value=simget(modname,property)：返回指定模型model的參數(shù)property的值。

(c)value=simget(options,property)：獲取options結(jié)構(gòu)中的參數(shù)property的值。如果在該結(jié)構(gòu)中未指定該參數(shù)，則返回一個(gè)空陣。用戶只需輸入能夠唯一識(shí)別它的那個(gè)參數(shù)名稱的前幾個(gè)字符即可，對(duì)參數(shù)名稱中字母的大小寫不作區(qū)別。2021/5/947(4)set_param函數(shù)

set_param函數(shù)的功能很多，這里只介紹如何用set_param函數(shù)設(shè)置Simulink仿真參數(shù)以及如何開始、暫停、終止仿真進(jìn)程或者更新顯示一個(gè)仿真模型。

(a)設(shè)置仿真參數(shù)

調(diào)用格式為：

set_param(modname,property,value,…)

其中modname為設(shè)置的模型名，property為要設(shè)置的參數(shù)，value是設(shè)置值。這里設(shè)置的參數(shù)可以有很多種，而且和用simset設(shè)置的內(nèi)容不盡相同，相關(guān)參數(shù)的設(shè)置可以參考有關(guān)資料。

(b)控制仿真進(jìn)程

調(diào)用格式為：

set_param(modname,'SimulationCommand','cmd')

其中mode為仿真模型名稱，而cmd是控制仿真進(jìn)程的各個(gè)命令，包括start、stop、pause、comtinue或update。在使用這兩個(gè)函數(shù)的時(shí)候，需要注意必須先把模型打開。2021/5/948第7章Simulink的應(yīng)用

7.1Simulink工作平臺(tái)的啟動(dòng)

7.2Simulink仿真原理7.3Simulink模塊庫7.4仿真模型的建立和模塊參數(shù)及屬性的設(shè)置7.5其他應(yīng)用模塊集及Simulink擴(kuò)展庫2021/5/9497.1Simulink工作平臺(tái)啟動(dòng)Simulink，通常有兩種方法：（1）在MATLAB命令窗口中直接輸入Simulink命令；（2）在MATLAB工具欄上單擊Simulink按鈕，如圖7.1所示。

圖7.1啟動(dòng)Simulink

這樣就可打開了Simulink的SimulinkLibraryBrower(庫模塊瀏覽器)，如圖7.2所示。在菜單欄中執(zhí)行File/New/Model命令，就建立了一個(gè)名為untitled的模型窗口，如圖7.3所示。在建立了空的模塊窗口后，用戶可以在此窗口中創(chuàng)建自己需要的Simulink模型。2021/5/950圖7.2庫模塊瀏覽器

圖7.3新建的空白模塊窗口

2021/5/9517.2

Simulink的仿真原理7.2.1Simulink仿真模塊通常，Simulink仿真系統(tǒng)包括輸入(Input)、狀態(tài)(states)和輸出(Output)三個(gè)部分?！ぽ斎肽K：即信號(hào)源模塊，包括常數(shù)字信號(hào)源和用戶自定義信號(hào)；·狀態(tài)模塊：即被模擬的系統(tǒng)模塊，是系統(tǒng)建模的核心和主要部分；·輸出模塊：即信號(hào)顯示模塊，它能夠以圖形方式、文件格式進(jìn)行顯示。注意：在設(shè)計(jì)一個(gè)模型時(shí)，必須先確定這三個(gè)部分的意，以及它們之間的聯(lián)系；Simulink的仿真模型并非一定要完全包括這三個(gè)部分，它可以缺少其中一個(gè)或者兩個(gè)；Simulink的狀態(tài)模塊可以是連續(xù)的、離散的，或者它們二者的結(jié)合。2021/5/9527.2.2Simulink仿真過程1．初始化階段①對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，得到它們實(shí)際計(jì)算的值。②展開模型的各個(gè)層次；③按照更新的次序?qū)δＰ瓦M(jìn)行排序；④確定那些顯式化的信號(hào)屬性，并檢查每個(gè)模塊是否能夠接受連接它們輸入端的信號(hào)；⑤確定所有非顯式的信號(hào)采樣時(shí)間模塊的采樣時(shí)間；⑥分配和初始化存儲(chǔ)空間，以便存儲(chǔ)每個(gè)模塊的狀態(tài)和當(dāng)前值的輸出。2．模型執(zhí)行階段模型仿真是通過數(shù)值積分來進(jìn)行完成的，計(jì)算數(shù)值積分可以采用以下兩步來進(jìn)行：①按照秩序計(jì)算每個(gè)模塊的積分；②根據(jù)當(dāng)前輸入和狀態(tài)來決定狀態(tài)的微分，得到微分矢量，然后把它返回給解法器，以計(jì)算下一個(gè)采樣點(diǎn)的狀態(tài)矢量。在每一個(gè)時(shí)間步中，Simulink依次解決下列問題：

·按照秩序更新模塊的輸出；

·按照秩序更新模塊的狀態(tài)；

·檢查模塊連續(xù)狀態(tài)的不連續(xù)點(diǎn)；

·計(jì)算下一個(gè)仿真時(shí)間步的時(shí)間。2021/5/9537.3.1連續(xù)模塊庫(Continuous)

在連續(xù)模塊(Continuous)庫中包括了常見的連續(xù)模塊，這些模塊如圖所示。

7.3Simulink模塊庫

在庫模塊瀏覽器中單擊Simulink前面的“+”號(hào)，就能夠看到Simulink的模塊庫，如圖7.2所示。

2021/5/9544.傳遞函數(shù)模塊(TransferFcn)功能：用執(zhí)行一個(gè)線性傳遞函數(shù)。5.零極點(diǎn)傳遞函數(shù)模塊(Zero-Pole)功能：用于建立一個(gè)預(yù)先指定的零點(diǎn)、極點(diǎn)，并用延遲算子s表示的連續(xù)。6．存儲(chǔ)器模塊(Memory)功能：保持輸出前一步的輸入值。7．傳輸延遲模塊(TransportDelay)功能：用于將輸入端的信號(hào)延遲指定的時(shí)間后再傳輸給輸出信號(hào)。8．可變傳輸延遲模塊(VariableTransportDelay)功能：用于將輸入端的信號(hào)進(jìn)行可變時(shí)間的延遲。1.積分模塊(Integrator)：功能：對(duì)輸入變量進(jìn)行積分。說明：模塊的輸入可以是標(biāo)量，也可以是矢量；輸入信號(hào)的維數(shù)必須與輸入信號(hào)保持一致。2.微分模塊(Derivative)功能：通過計(jì)算差分?u/

?t近似計(jì)算輸入變量的微分。3.線性狀態(tài)空間模塊(State-Space)功能：用于實(shí)現(xiàn)以下數(shù)學(xué)方程描述的系統(tǒng)：2021/5/9557.3.2離散模塊庫(Discrete)

離散模塊庫(Discrete)主要用于建立離散采樣的系統(tǒng)模型，包括的主要模塊，如圖所示。1．零階保持器模塊(Zero-Order-Hold)功能：在一個(gè)步長(zhǎng)內(nèi)將輸出的值保持在同一個(gè)值上。2021/5/9562．單位延遲模塊(UnitDelay)功能：將輸入信號(hào)作單位延遲，并且保持一個(gè)采樣周期相當(dāng)于時(shí)間算子z-1

。3．離散時(shí)間積分模塊(DiscreteTimeIntegrator)功能：在構(gòu)造完全離散的系統(tǒng)時(shí)，代替連續(xù)積分的功能。使用的積分方法有：向前歐拉法、向后歐拉法、梯形法。4．離散狀態(tài)空間模塊(DiscreteStateSpace)功能：用于實(shí)現(xiàn)如下數(shù)學(xué)方程描述的系統(tǒng)：5．離散濾波器模塊(DiscreteFilter)功能：用于實(shí)現(xiàn)無限脈沖響應(yīng)(IIR)和有限脈沖響應(yīng)(FIR)的數(shù)字濾波器。6．離散傳遞函數(shù)模塊(DiscreteTransferFcn)功能：用于執(zhí)行一個(gè)離散傳遞函數(shù)。7．離散零極點(diǎn)傳遞函數(shù)模塊(DiscreteZero-Pole)功能：用于建立一個(gè)預(yù)先指定的零點(diǎn)、極點(diǎn)，并用延遲算子z-1表示的離散系統(tǒng)。8．一階保持器模塊(FirstOrderHold)功能：在一定時(shí)間間隔內(nèi)保持一階采樣。2021/5/9577.3.3函數(shù)與表格模塊庫(Function&Table)

函數(shù)與表格模塊庫(Function&Table)主要實(shí)現(xiàn)各種一維、二維或者更高維函數(shù)的查表，另外用戶還可以根據(jù)自己需要?jiǎng)?chuàng)建更復(fù)雜的函數(shù)。該模塊庫包括多個(gè)主要模塊、如圖7.7所示。2021/5/9581.一維查表模塊(Look-UpTable)

一維查表模塊(Look-UpTable)實(shí)現(xiàn)對(duì)單路輸入信號(hào)的查表和線性插值。2．二維查表模塊(Look-UpTable2-D)功能：根據(jù)給定的二維平面網(wǎng)格上的高度值，把輸入的兩個(gè)變量經(jīng)過查表、插值，計(jì)算出模塊的輸出值，并返回這個(gè)值。說明：對(duì)二維輸入信號(hào)進(jìn)行分段線性變換。3．自定義函數(shù)模塊(Fcn)功能：用于將輸入信號(hào)進(jìn)行指定的函數(shù)運(yùn)算，最后計(jì)算出模塊的輸出值。說明：輸入的數(shù)學(xué)表達(dá)式應(yīng)符合C語言編程規(guī)范；與MATLAB中的表達(dá)式有所不同，不能完成矩陣運(yùn)算。4．MATLAB函數(shù)模塊(MATLABFcn)功能：對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行MATLAB函數(shù)及表達(dá)式的處理。說明：模塊為單輸入模塊；能夠完成矩陣運(yùn)算。注意：從運(yùn)算速度角度，Mathfunction模塊要比Fcn模塊慢。當(dāng)需要提高速度時(shí)，可以考慮采用Fcn或者S函數(shù)模塊。5．S-函數(shù)模塊(S-Function)功能：按照Simulink標(biāo)準(zhǔn)，編寫用戶自己的Simulink函數(shù)。它能夠?qū)ATLAB語句、C語言等編寫的函數(shù)放在Simulink模塊中運(yùn)行，最后計(jì)算模塊的輸出值。2021/5/9597.3.4數(shù)學(xué)模塊庫(Math)

數(shù)學(xué)模塊庫(Math)包括多個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊，如圖7.8所示。2021/5/9603.矢量的點(diǎn)乘模塊(DotProduct)功能：矢量的點(diǎn)乘模塊(DotProduct)用于實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的點(diǎn)積運(yùn)算。4.增益模塊(Gain)功能：增益模塊(Gain)的作用是把輸入信號(hào)乘以一個(gè)指定的增益因子，使輸入產(chǎn)生增益。1.求和模塊(Sum)功能：求和模塊(Sum)用于對(duì)多路輸入信號(hào)進(jìn)行求和運(yùn)算，并輸出結(jié)果。2.乘法模塊(Product)功能：乘法模塊(Product)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)多路輸入的乘積、商、矩陣乘法或者模塊的轉(zhuǎn)置等。5.常用數(shù)學(xué)函數(shù)模塊(MathFunction)功能：用于執(zhí)行多個(gè)通用數(shù)學(xué)函數(shù)，其中包含exp、log、log10、square、sqrt、pow、reciprocal、hypot、rem、mod等。2021/5/9616.三角函數(shù)模塊(TrigonometricFunction)功能：用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行三角函數(shù)運(yùn)算，共有10種三角函數(shù)供選擇。7.特殊數(shù)學(xué)模塊特殊數(shù)學(xué)模塊中包括求最大最小值模塊(MinMax)、取絕對(duì)值模塊(Abs)、符號(hào)函數(shù)模塊(Sign)、取整數(shù)函數(shù)模塊(RoundingFunction)等。8.數(shù)字邏輯函數(shù)模塊數(shù)字邏輯函數(shù)模塊包括復(fù)合邏輯模塊(CombinationalLogic)、邏輯運(yùn)算符模塊(LogicalOperator)、位邏輯運(yùn)算符模塊(BitwiseLogicalOperator)等。9.關(guān)系運(yùn)算模塊(RelationalOperator)

關(guān)系符號(hào)包括：==(等于)、≠(不等于)、<(小于)、<=(小于等于)、>(大于)、>=(大于等于)等。10.復(fù)數(shù)運(yùn)算模塊復(fù)數(shù)運(yùn)算模塊包括計(jì)算復(fù)數(shù)的模與幅角(ComplextoMagnitude-Angle)、由模和幅角計(jì)算復(fù)數(shù)(Magnitude-AngletoComplex)、提取復(fù)數(shù)實(shí)部與虛部模塊(ComplextoRealandImage)、由復(fù)數(shù)實(shí)部和虛部計(jì)算復(fù)數(shù)(RealandImagetoComplex)。2021/5/9627.3.5非線性模塊(Nonlinear)非線性模塊(Nonlinear)中包括一些常用的非線性模塊，如圖7.9所示。2021/5/9631.比率限幅模塊(RateLimiter)功能：用于限制輸入信號(hào)的一階導(dǎo)數(shù)，使得信號(hào)的變化率不超過規(guī)定的限制值。2．飽和度模塊(Saturation)功能：用于設(shè)置輸入信號(hào)的上下飽和度，即上下限的值，來約束輸出值。3．量化模塊(Quantizer)功能：用于把輸入信號(hào)由平滑狀態(tài)變成臺(tái)階狀態(tài)。4．死區(qū)輸出模塊(DeadZone)功能：在規(guī)定的區(qū)內(nèi)沒有輸出值。5．繼電模塊(Relay)功能：繼電模塊(Relay)用于實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)不同常數(shù)值之間進(jìn)行切換。6．選擇開關(guān)模塊(Switch)功能：根據(jù)設(shè)置的門限來確定系統(tǒng)的輸出。2021/5/9647.3.6信號(hào)與系統(tǒng)模塊庫(signals&Systems)信號(hào)與系統(tǒng)模塊庫(signals&Systems)包括的主要模塊如圖7.11所示。2021/5/9651.Bus信號(hào)選擇模塊(BusSelector)功能：用于得到從Mux模塊或其它模塊引入的Bus信號(hào)。2.混路器模塊(Mux)功能：把多路信號(hào)組成一個(gè)矢量信號(hào)或者Bus信號(hào)。3.分路器模塊(Demux)功能：把混路器組成的信號(hào)按照原來的構(gòu)成方法分解成多路信號(hào)。4.信號(hào)合成模塊(Merge)功能：把多路信號(hào)進(jìn)行合成一個(gè)單一的信號(hào)。5.接收/傳輸信號(hào)模塊(From/Goto)功能：接收/傳輸信號(hào)模塊(From/Goto)常常配合使用，F(xiàn)rom模塊用于從一個(gè)Goto模塊中接收一個(gè)輸入信號(hào)，Goto模塊用于把輸入信號(hào)傳遞給From模塊。6．初始值設(shè)定模塊(IC)功能：初始值設(shè)定模塊(IC)用于設(shè)定與輸出端口連接的模塊的初始值。2021/5/9667.3.7信號(hào)輸出模塊(Sinks)

信號(hào)輸出模塊(Sinks)包括的主要模塊如圖7.12所示。圖7.12輸出顯示模塊庫2021/5/9671.示波器模塊(Scope)功能：顯示在仿真過程中產(chǎn)生的輸出信號(hào)，用于在示波器中顯示輸入信號(hào)與仿真時(shí)間的關(guān)系曲線，仿真時(shí)間為x軸。2.二維信號(hào)顯示模塊(XYGraph)功能：在MATLAB的圖形窗口中顯示一個(gè)二維信號(hào)圖，并將兩路信號(hào)分別作為示波器坐標(biāo)的x軸與y軸，同時(shí)把它們之間的關(guān)系圖形顯示出來。3.顯示模塊(Display)功能：按照一定的格式顯示輸入信號(hào)的值?？晒┻x擇的輸出格式包括：short、long、short_e、long_e、bank等。4.輸出到文件模塊(ToFile)功能：按照矩陣的形式把輸入信號(hào)保存到一個(gè)指定的MAT文件。第一行為仿真時(shí)間，余下的行則是輸入數(shù)據(jù)，一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)是輸入矢量的一個(gè)分量。5.輸出到工作空間模塊(ToWorkspace)功能：把信號(hào)保存到MATLAB的當(dāng)前工作空間，是另一種輸出方式。6.終止信號(hào)模塊(Terminator)功能：中斷一個(gè)未連接的信號(hào)輸出端口。7.結(jié)束仿真模塊(Stopsimulation)功能：停止仿真過程。當(dāng)輸入為非零時(shí)，停止系統(tǒng)仿真。2021/5/9687.3.8信號(hào)源模塊庫(Sources)信號(hào)源模塊庫(Sources)包括的主要模塊如圖7.13所示。圖7.13信號(hào)源模塊庫2021/5/9691．輸入常數(shù)模塊(Constant)功能：產(chǎn)生一個(gè)常數(shù)。該常數(shù)可以是實(shí)數(shù)，也可以是復(fù)數(shù)。2．信號(hào)源發(fā)生器模塊(SignalGenerator)功能：產(chǎn)生不同的信號(hào)，其中包括：正弦波、方波、鋸齒波信號(hào)。3．從文件讀取信號(hào)模塊(FromFile)功能：從一個(gè)MAT文件中讀取信號(hào)，讀取的信號(hào)為一個(gè)矩陣，其矩陣的格式與ToFile模塊中介紹的矩陣格式相同。如果矩陣在同一采樣時(shí)間有兩個(gè)或者更多的列，則數(shù)據(jù)點(diǎn)的輸出應(yīng)該是首次出現(xiàn)的列。4．從工作空間讀取信號(hào)模塊(FromWorkspace)功能：從MATLAB工作空間讀取信號(hào)作為當(dāng)前的輸入信號(hào)。5．隨機(jī)數(shù)模塊(RandomNumber)功能：產(chǎn)生正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)，默認(rèn)的隨機(jī)數(shù)是期望為0，方差為1的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布量。6．帶寬限制白噪聲模塊(BandLimitedWhiteNoise)功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)或者混雜系統(tǒng)的白噪聲輸入。7．其它模塊除以上介紹的常用模塊外，還包括其模塊。各模塊功能可通過以下方法查看：先進(jìn)入Simulink工作窗口，在菜單中執(zhí)行Help/SimulinkHelp命令，這時(shí)就會(huì)彈出Help界面。然后用鼠標(biāo)展開UsingSimulink\BlockReference\SimulinkBlockLibraries就可以看到Simulink的所有模塊。查看相應(yīng)的模塊的使用方法和說明信息即可。

2021/5/9702021/5/9717.4仿真模型的建立與模塊參數(shù)與屬性的設(shè)置1.仿真模塊的建立首先啟動(dòng)Simulink命令，建立一個(gè)空的模塊窗口“untitled”，然后利用Simulink提供的模塊庫，在此窗口中創(chuàng)建自己需要的Simulink模型。具體方法：在模塊庫瀏覽器中找到所需模塊，選中該模塊后右擊鼠標(biāo)，把它加入到一個(gè)模型窗口中即可完成模塊的建立。

圖7.14添加模塊

2021/5/9722.模塊參數(shù)與屬性的設(shè)置

方法：在所建立的模型窗口中，選中相應(yīng)的模塊，單擊右擊鼠標(biāo)，在彈出的快捷菜單中單擊“Blockparameters”選項(xiàng)(如圖7.15所示)，即可打開該模塊的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，如圖7.16(a)所示。右擊鼠標(biāo)，在彈出的快捷菜單中單擊“BlockProperties”選項(xiàng)，即可打開該模塊的屬性設(shè)置對(duì)話框，如圖7.16(b)所示。圖7.15Blockparamenters選項(xiàng)

2021/5/9733.模塊的連接

一般情況下，每個(gè)模塊都有一個(gè)或者多個(gè)輸入口或者輸出口。輸入口通常是模塊的左邊的“>”符號(hào)；輸出口是右邊的“>”符號(hào)。

模塊的連接方法：把鼠標(biāo)指針放到模塊的輸出口，這時(shí)，鼠標(biāo)指針將變?yōu)椤?”十字形；然后，拖運(yùn)鼠標(biāo)至其它模塊的輸入口，這時(shí)信號(hào)線就變成了帶有方向箭頭的線段。此時(shí)，說明這兩個(gè)模塊的連接成功，否則需要重新進(jìn)行連接。4.運(yùn)行仿真在運(yùn)行仿真之前，首先保存已設(shè)置和連接的模型，然后就可以運(yùn)行仿真。2021/5/9741.Simulink仿真注意(1)Simulink的數(shù)據(jù)類型由于Simulink在仿真過程中，始終都要檢查模型的類型安全性。模型的類型安全性是指從該模型產(chǎn)生的代碼不出現(xiàn)上溢或者下溢現(xiàn)象，當(dāng)產(chǎn)生溢出現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)將出錯(cuò)誤。查看模塊的數(shù)據(jù)類型的方法是：在模型窗口的菜單中執(zhí)行Format/PortDataTypes命令，這樣每個(gè)模塊支持的數(shù)據(jù)類型就顯示出來了。要取消數(shù)據(jù)類型的查看方式，單擊PortDataTypes去掉其前面的勾號(hào)即可。7.4.3Simulink仿真注意與技巧圖7.23查看模塊支持的數(shù)據(jù)類型2021/5/975(2)數(shù)據(jù)的傳輸在仿真過程中，Simulink首先查看有沒有特別設(shè)置的信號(hào)的數(shù)據(jù)類型，以及檢驗(yàn)信號(hào)的輸入和輸出端口的數(shù)據(jù)類型是否產(chǎn)生沖突。如果有沖突，Simulink將停止仿真，并給出一個(gè)出錯(cuò)提示對(duì)話框，在此對(duì)話框中將顯示出錯(cuò)的信號(hào)以及端口，并把信號(hào)的路徑以高亮顯示。遇到該情形，必須改變數(shù)據(jù)類型以適應(yīng)模塊的需要。(3)提高仿真速度

Simulink仿真過程，仿真的性能受諸多因素的影響，包括模型的設(shè)計(jì)和仿真參數(shù)的選擇等。對(duì)于大多數(shù)問題，使用Simulink系統(tǒng)默認(rèn)的解法和仿真參數(shù)值就能夠比較好地解決。因素及解決方法：(1)仿真的時(shí)間步長(zhǎng)太小。針對(duì)這種情況可以把最大仿真步長(zhǎng)參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值auto。(2)仿真的時(shí)間過長(zhǎng)?？勺们闇p小仿真的時(shí)間。(3)選擇了錯(cuò)誤的解法。針對(duì)這種情況可以通過改變解法器來解決。(4)仿真的精度要求過高。仿真時(shí)，如果絕對(duì)誤差限度太小，則會(huì)使仿真在接近零的狀態(tài)附近耗費(fèi)過多時(shí)間。通常，相對(duì)誤差限為0.1%就已經(jīng)足夠了。(5)模型包含一個(gè)外部存儲(chǔ)塊。盡量使用內(nèi)置存儲(chǔ)模塊。2021/5/976(4)改善仿真精度檢驗(yàn)仿真精度的方法是：通過修改仿真的相對(duì)誤差限和絕對(duì)誤差限，并在一個(gè)合適的時(shí)間跨度反復(fù)運(yùn)行仿真，對(duì)比仿真結(jié)果有無大的變化，如果變化不大，表示解是收斂的。說明仿真的精度是有效的，結(jié)果是穩(wěn)定的。如果仿真結(jié)果不穩(wěn)定，其原因可參是系統(tǒng)本身不穩(wěn)定或仿真解法不適合。如果仿真的結(jié)果不精確，其原因很可能是：(1)模型有取值接近零的狀態(tài)。如果絕對(duì)誤差過大，會(huì)使仿真在接近零區(qū)域運(yùn)行的仿真時(shí)間太小。解決的辦法是修改絕對(duì)誤差參數(shù)或者修改初始的狀態(tài)。(2)如果改變絕對(duì)誤差限還不能達(dá)到預(yù)期的誤差限，則修改相對(duì)誤差限，使可接受的誤差降低，并減小仿真的步長(zhǎng)。2021/5/9772.Simulink仿真技巧■連接分支信號(hào)線先連接好單根信號(hào)線，然后將鼠標(biāo)指針放在已經(jīng)連接好的信號(hào)線上，同時(shí)按住“Ctrl”鍵，拖動(dòng)鼠標(biāo)，連接到另一個(gè)模塊。這樣就可以根據(jù)需由一個(gè)信號(hào)源模塊，引出多條信號(hào)線。如圖7.28所示。圖7.28引出多條信號(hào)線示例

■模塊的編輯技巧(1)調(diào)整模塊大小

(2)在同一窗口復(fù)制模塊(3)刪除模塊(4)編輯模塊標(biāo)簽2021/5/9787.5其它應(yīng)用模塊集和Simulink擴(kuò)展庫1.通信模塊集(CommunicationsBlockset)圖7.31通信模塊集中的模塊庫2021/5/9792．?dāng)?shù)字信號(hào)處理模塊集(DSPBlockset)3.電力系統(tǒng)模塊集(PowerSystemBlockset)2021/5/9804.Simulink擴(kuò)展庫

?擴(kuò)展信號(hào)輸出模塊庫(AdditionalSinks)圖7.35擴(kuò)展信號(hào)輸出模塊庫2021/5/981?擴(kuò)展離散庫(AdditionalDiscrete)?擴(kuò)展線性庫(AdditionalLinear)圖7.36擴(kuò)展離散庫圖7.37擴(kuò)展線性庫2021/5/982?轉(zhuǎn)換庫(Transformations)圖7.38轉(zhuǎn)換模塊庫?觸發(fā)模塊庫(FlipFlops)圖7.39觸發(fā)模塊庫2021/5/983?線性化庫(Linearization)圖7.40線性化庫?宇航模塊庫(AirspaceBlocks)圖7.41宇航模塊庫2021/5/984SIMULINK仿真基礎(chǔ)基本建模方法連續(xù)系統(tǒng)建模解微分方程2021/5/985SIMULINK入門MATLAB命令窗口運(yùn)行指令：simulinkSIMULINK模塊庫瀏覽器：SimulinkLibraryBrowserSource子庫建立一個(gè)簡(jiǎn)單的仿真系統(tǒng)2021/5/9862021/5/987建立一個(gè)簡(jiǎn)單的仿真系統(tǒng)點(diǎn)擊“新建”，建立新模型tst1用鼠標(biāo)在信源模塊中選取sinewave，拖曳至tst1窗口用鼠標(biāo)在信宿模塊中選取scope，拖曳至tst1窗口連線啟動(dòng)仿真2021/5/9882021/5/989模塊的基本操作模塊的選定選定單個(gè)和選定多個(gè)模塊的復(fù)制復(fù)制/粘貼 Ctrl鍵模塊名操作點(diǎn)擊模塊名模塊的樣式Format菜單2021/5/990簡(jiǎn)單建模：按住Ctrl2021/5/9912021/5/992簡(jiǎn)單建模：2021/5/993支持向量顯示Mux2021/5/994支持標(biāo)量擴(kuò)展2021/5/995插入模塊2021/5/996SIMULINK模型外表：直觀的方框圖文件：MDL文件數(shù)學(xué)：微分方程或差分方程行為：模擬物理過程的動(dòng)態(tài)性狀2021/5/997加注釋2021/5/998simulink模型的一般性結(jié)構(gòu)信源系統(tǒng)信宿2021/5/999數(shù)值分析：積分模塊的應(yīng)用2021/5/9100積分模塊應(yīng)用：復(fù)位積分負(fù)變正時(shí)強(qiáng)迫清零2021/5/9101微分方程2021/5/9102構(gòu)造微分方程求解模型2021/5/9103Simulink電路仿真2021/5/9104

Simulink是MATLAB的一個(gè)重要的工具箱，是結(jié)合了框圖界面和交互仿真能力的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)和仿真工具。它以MATLAB核心數(shù)學(xué)，圖形和語言為基礎(chǔ)，可以讓用戶完成從算法開發(fā)，仿真或者模型驗(yàn)證的全過程，而不需要傳遞數(shù)據(jù)，重寫代碼或改變軟件環(huán)境。

在start進(jìn)入Simulink菜單，選擇SimulinkLibraryBrowser，打開Simulink庫函數(shù)，選擇FileNew打開編輯窗口。在MATLAB的Command窗口直接鍵入Simulink即可打開Simulink工作窗口。

Simulink作為面向框圖的仿真軟件，具有以下的功能和優(yōu)點(diǎn)：（1）用方框圖的繪制代替了程序的編寫。構(gòu)成任何一個(gè)系統(tǒng)框圖有三個(gè)步驟，即選定典型環(huán)節(jié)，相互聯(lián)結(jié)和給定環(huán)節(jié)參數(shù)。

（2）仿真的建立和運(yùn)行是智能化的。首先，畫好了框圖并存起來，Simulink自動(dòng)建立一個(gè)仿真的過程；其次，在運(yùn)行時(shí)用戶可以不給步長(zhǎng)，只給出要求的仿真精度，軟件會(huì)自動(dòng)選擇能保證給定精度的最大步長(zhǎng)，使得在給定的精度要求下系統(tǒng)仿真具有最快的速度。

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（3）輸入輸出信號(hào)來源形式的多樣化。其輸入信號(hào)可以是各種信號(hào)發(fā)生器；也可以來自一個(gè)設(shè)定的記錄文件；還可以來自MATLAB的工作空間（workspace）.輸出信號(hào)也類似，這就擴(kuò)大了仿真系統(tǒng)與各種外部軟件和硬件的接口能力。

Simulink工具箱中含有大量的仿真模塊集，例如PowerSystemBlockset

（PSB）,DSPBlockset,CommunicationBlockset,CDMA

ReferenceBlockset,NonlinearControlDesignBlockset

等專門領(lǐng)域應(yīng)用的仿真模塊。研究MATLAB在電路仿真中的應(yīng)用，主要用到的是Simulink節(jié)點(diǎn)下的CommonlyusedBlocks,Sinks,Sources等模塊以及在電路仿真中最長(zhǎng)用的PowerSystemBlockset（DSP）模塊。2021/5/9106求i3，U4，U7；2021/5/91071.Simulink常用模塊介紹要熟練地使用Simulink進(jìn)行仿真，首先要求能夠熟練使用Simlink常用模塊。在模塊瀏覽器中的Simulink節(jié)點(diǎn)下包含了搭建一個(gè)Simulink模塊所需要的基本模塊。本節(jié)主要對(duì)其中的Sources模塊庫、Sinks模塊庫、MathOperations庫和Continuous模塊庫中的常用模塊進(jìn)行介紹。

Sources模塊階躍函數(shù)，起始時(shí)間是第1秒而非0秒。雙擊step模塊，對(duì)仿真起始時(shí)間(steptime)和階躍值(Initialvalue,Finalvalue)的大小進(jìn)行設(shè)置。信號(hào)發(fā)生器，可以產(chǎn)生給定頻率和幅值的正弦波(sinewave)、方波(squarewave)和鋸齒波(sawtoothwave)，雙擊圖標(biāo)可以設(shè)置。2021/5/9108

定時(shí)器，顯示仿真時(shí)間，在系統(tǒng)仿真時(shí)打開定時(shí)器，可以看到實(shí)時(shí)的仿真時(shí)間。

正弦波，電路中常用到的正弦信號(hào)（SineWave）模塊，雙擊圖標(biāo)，在彈出的窗口中調(diào)整相關(guān)參數(shù)。信號(hào)生成方式有兩種：Timebased和Samplebased

。

如果以Timebased方式運(yùn)行該模塊，則需要用戶設(shè)定波形的幅度（Amplitude）、偏移（Bias）、頻率（Frequency）、初相（Phase）幾個(gè)參數(shù)；如果選擇Samplebased方式，參數(shù)設(shè)置則為幅度（Amplitude）、偏移（Bias)、每周期采樣數(shù)（Sampiesperperiod）和偏移采樣數(shù)（Numberofoffsetsamples）.

兩種工作方式中的各項(xiàng)參數(shù)都可以用關(guān)系式加以換算：

每周期采樣數(shù)=2*pi/（頻率*采樣時(shí)間）頻移采樣數(shù)=初相*每周期采樣數(shù)/（2*pi）設(shè)置采樣時(shí)間Sampletime,將此參數(shù)設(shè)置為零時(shí)表示以連續(xù)的方式工作，將此參數(shù)設(shè)置為大于零的值時(shí)則以所設(shè)采樣時(shí)間工作。但要注意的是采用Samplebased模式的模塊式不能以連續(xù)的方式工作的。2021/5/9109

從工作空間輸入。從MATLABWorkspace輸入已有的函數(shù)作為仿真的激勵(lì)信號(hào)。首先要在MATLAB環(huán)境下建立一個(gè)時(shí)間向量和相應(yīng)的函數(shù)值向量，然后將時(shí)間向量和函數(shù)值向量的名稱[T,U]填入該圖標(biāo)的對(duì)話框中。

MathOperations模塊加、減運(yùn)算在Listofsigns文本框中可以選擇多個(gè)數(shù)的加、減法運(yùn)算。在Iconshape中選擇圓形或方形符號(hào)。

Gain：增益作為后續(xù)模塊的增益系數(shù)。

Continuous模塊

TransferFcn傳遞函數(shù)，設(shè)置numerator選項(xiàng)，分子多項(xiàng)式系數(shù)的降冪排列。Denominator選項(xiàng)，分母多項(xiàng)式系數(shù)的降冪排列。

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Sinks模塊Sinks模塊庫中的模塊主要功能是接受信號(hào)，并且將接受的信號(hào)顯示出來。

輸出到工作空間，功能與FromWorkspace正好相反，把仿真結(jié)果連同輸入信號(hào)輸出到工作空間去。

XY示波器：顯示MATLAB的圖形窗口。輸入曲線是以時(shí)間為橫軸的繪圖區(qū)域。

它的作用是將信號(hào)值直接顯示在該模塊的窗口中。輸出信號(hào)是個(gè)直流信號(hào)時(shí)，我們就可以把它直接送到這個(gè)模塊中，從模塊窗口中直接讀出輸入信號(hào)的大小。示波器模塊可以接受多個(gè)輸入信號(hào)，每個(gè)端口的輸入信號(hào)都將在一個(gè)坐標(biāo)軸中顯示。如果是向量或矩陣信號(hào)，則以不同的顏色表示每個(gè)元素信號(hào)；如果信號(hào)本身是離散的，則顯示信號(hào)的階梯圖。2021/5/9111

（1）示波器的工具欄

2021/5/9112（2）坐標(biāo)軸的范圍調(diào)整

在坐標(biāo)框內(nèi)單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中執(zhí)行“Axesproperties”命令，可以對(duì)坐標(biāo)軸進(jìn)行調(diào)整，如圖4.1-1所示?！癥-min”、“Y-max”分別是設(shè)置Y軸的最小值和最大值，在“Title”中可以為坐標(biāo)軸取個(gè)名字，默認(rèn)是以輸入信號(hào)線的標(biāo)簽作為坐標(biāo)軸的名字。2021/5/9113

（3）示波器的參數(shù)設(shè)置單擊圖標(biāo)將彈出“示波器參數(shù)設(shè)置（‘Sope’Parameters）”對(duì)話框2021/5/91142021/5/9115

“General”選項(xiàng)卡中各個(gè)選項(xiàng)的含義如下：①“Numberofaxes”文本框：用于設(shè)置軸的個(gè)數(shù)，可以用于實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)輸入信號(hào)的顯示。②“Timerange”文本框：用于設(shè)置X軸（即時(shí)間軸）的顯示范圍。③“Sampling”下拉列表：當(dāng)在該下拉列表選擇“Decimation”選項(xiàng)時(shí)可設(shè)置顯示頻度，如其設(shè)為n，則每隔n-1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都給予顯示。如果選“Sampletime”可設(shè)置顯示點(diǎn)采樣時(shí)間，如果為0表示顯示連續(xù)信號(hào)，-1表示顯示方式取決于輸入信號(hào)，任何大于零的數(shù)據(jù)表示顯示離散信號(hào)的時(shí)間間隔。④“Floatingscope”復(fù)選框：若選中該復(fù)選框，則表示示波器以游離方式工作。2021/5/9116（4）關(guān)于游離示波器工作在游離狀態(tài)的示波器能夠?qū)δＰ椭幸粭l或多條信號(hào)線上的信號(hào)進(jìn)行觀察，而不用將示波器和信號(hào)線相連。觀察具體的信號(hào)時(shí)可以在工具欄中單擊圖標(biāo)，在打開的信號(hào)選擇器中進(jìn)行選擇。2021/5/9117

2.SimPowerSystems模塊介紹

·DCVoltageSource直流電壓源，在“ElectricalSources”模塊內(nèi)。

·SeriesRLCBranch

串聯(lián)RLC支路，設(shè)置參數(shù)可以去掉任一元件，將其變?yōu)閱为?dú)的電阻、電容或電感的支路。將SeriesRLCBranch模塊設(shè)置成單一電阻時(shí)，應(yīng)將參數(shù)：“Resistance”設(shè)置為所仿真電阻的真實(shí)值，“Inductance”設(shè)置為0，“Capacitance”設(shè)置為inf；將Series-RLCBranch模塊設(shè)置單一電感模塊時(shí)，應(yīng)將參數(shù)：“Inductance”設(shè)置為所仿真電感的真實(shí)值，“Resistance”設(shè)置為0，“Capacitance”設(shè)置為inf；將SeriesRLCBranch設(shè)置單一電容模塊時(shí)，應(yīng)將參數(shù)“Capacitance”設(shè)置為所仿真電感的真實(shí)值，“Resistance”和“Inductance”均設(shè)置為0。2021/5/9118·ParallelRLCBranch

并聯(lián)RLC支路，設(shè)置參數(shù)可以去掉任一元件，將其變?yōu)閱为?dú)的電阻、電容或電感的支路。將ParallelRLCBranch模塊設(shè)置成單一電阻時(shí)，應(yīng)將參數(shù)：“Resistance”設(shè)置為所仿真電阻的真實(shí)值，“Inductance”設(shè)置為inf，“Capacitance”設(shè)置為0；將Parallel-RLCBranch模塊設(shè)置單一電感模塊時(shí)，應(yīng)將參數(shù)：“Inductance”設(shè)置為所仿真電感的真實(shí)值，“Resistance”設(shè)置為inf

，“Capacitance”設(shè)置為0；將ParallelRLCBranch設(shè)置單一電容模塊時(shí)，應(yīng)將參數(shù)“Capacitance”設(shè)置為所仿真電感的真實(shí)值，“Resistance”和“Inductance”均設(shè)置為inf。2021/5/9119·CurrentMeasurement、VoltageMeasurement在“Measurmrnts”模塊內(nèi)，可以用來測(cè)量所在支路的電流值和電壓值。

·ControlledVoltageSource受控電壓源、ControlledCurrentSource受控電流源，在“ElectricalSources”模塊內(nèi)，其參數(shù)一般采用默認(rèn)值。

·Break（開關(guān)）兩模塊。在Elements模塊庫內(nèi)。Break模塊內(nèi)有一個(gè)名為Externalcontrolofswitchingtimes的選項(xiàng)，在默認(rèn)的選中狀態(tài)時(shí)，Switchingtimes（開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間）和SampletimeoftheinternaltimerTs兩個(gè)選項(xiàng)將被隱藏，這里需要將Externalcontrolofswit