matlab關于Simulink仿真教程

第四章Simulnk動態(tài)仿真本章主要內(nèi)容如下：4.1Simulink根本操作4.2模塊庫和系統(tǒng)仿真4.3子系統(tǒng)創(chuàng)立與封裝4.4Simulink仿真舉例第四章Simulink動態(tài)仿真Simulink中的“Simu”一詞表示可用于計算機仿真，而“Link”一詞表示它能進行系統(tǒng)連接，即把一系列模塊連接起來，構成復雜的系統(tǒng)模型。作為MATLAB的一個重要組成局部，Simulink由于它所具有的上述的兩大功能和特色，以及所提供的可視化仿真環(huán)境、快捷簡便的操作方法，而使其成為目前最受歡送的仿真軟件。本章主要介紹Simulink的根本功能和根本操作方法，并通過舉例介紹如何利用Simulink進行系統(tǒng)建模和仿真。第四章Simulink動態(tài)仿真4.1Simulink根本操作利用Simulink進行系統(tǒng)仿真的步驟是：啟動Simulink，翻開Simulink模塊庫翻開空白模型窗口；建立Smulink仿真模型；設置仿真參數(shù)，進行仿真；輸出仿真結果。4.1Simulink根本操作4.1.1啟動Simulink啟動Simulink。單擊MATLABCommand窗口工具條上的Simulink圖標，或者在MATLAB命令窗口輸入simulink，即彈出圖示的模塊庫窗口界面(SimulinkLibraryBrowser)。該界面右邊的窗口給出Simulink所有的子模塊庫。常用的子模塊庫有Sources(信號源)，Sink(顯示輸出),Continuous(線性連續(xù)系統(tǒng))，Discrete〔線性離散系統(tǒng))，F(xiàn)unction&Table〔函數(shù)與表格)，Math(數(shù)學運算)，Discontinuities(非線性)，Demo〔演示〕等。啟動Simulink每個子模塊庫中包含同類型的標準模型，這些模塊可直接用于建立系統(tǒng)的Simulink框圖模型。可按以下方法翻開子模塊庫:用鼠標左鍵點擊某子模塊庫(如【Continuous】)，Simulink瀏覽器右邊的窗口即顯示該子模塊庫包含的全部標準模塊。啟動Simulink用鼠標右鍵點擊Simulink菜單項，那么彈出一菜單條，點擊該菜單條即彈出該子庫的標準模塊窗口.如單擊左圖中的【Sinks】,出現(xiàn)“Openthe‘Sinks’Library”菜單條，單擊該菜單條，那么彈出右圖所示的該子庫的標準模塊窗口。4.1Simulink根本操作4.1.1啟動Simulink翻開空白模型窗口模型窗口用來建立系統(tǒng)的仿真模型。只有先創(chuàng)立一個空白的模型窗口，才能將模塊庫的相應模塊復制到該窗口，通過必要的連接，建立起Simulink仿真模型。也將這種窗口稱為Simulink仿真模型窗口。以下方法可用于翻開一個空白模型窗口：在MATLAB主界面中選擇【File:NewModel】菜單項；單擊模塊庫瀏覽器的新建圖標；選中模塊庫瀏覽器的【File:NewModel】菜單項。所翻開的空白模型窗口如下圖。4.1.2建立Simulink仿真模型翻開Simulink模型窗口(Untitled)選取模塊或模塊組在Simulink模型或模塊庫窗口內(nèi)，用鼠標左鍵單擊所需模塊圖標，圖標四角出現(xiàn)黑色小方點，說明該模塊已經(jīng)選中。模塊拷貝及刪除在模塊庫中選中模塊后，按住鼠標左鍵不放并移動鼠標至目標模型窗口指定位置，釋放鼠標即完成模塊拷貝。模塊的刪除只需選定刪除的模塊，按Del鍵即可。4.1Simulink根本操作4.1.2建立Simulink仿真模型模塊調(diào)整改變模塊位置、大小；改變模塊方向使模塊輸入輸出端口的方向改變。選中模塊后，選取菜單Format→RotateBlock，可使模塊旋轉900。按快捷鍵Ctrl+R結果相同。4.1.2建立Simulink仿真模型模塊參數(shù)設置用鼠標雙擊指定模塊圖標，翻開模塊對話框，根據(jù)對話框欄目中提供的信息進行參數(shù)設置或修改。例如雙擊模型窗口的傳遞函數(shù)模塊，彈出圖示對話框，在對話框中分別輸入分子、分母多項式的系數(shù)，點擊OK鍵，完成該模型的設置，如右以下圖所示：4.1.2建立Simulink仿真模型模塊的連接模塊之間的連接是用連接線將一個模塊的輸出端與另一模塊的輸入端連接起來；也可用分支線把一個模塊的輸出端與幾個模塊的輸入端連接起來。連接線生成是將鼠標置于某模塊的輸出端口(顯一個十字光標)，按下鼠標左鍵拖動鼠標置另一模塊的輸入端口即可。分支線那么是將鼠標置于分支點，按下鼠標右鍵，其余同上。連接線(左鍵)分支線(右鍵)4.1.2建立Simulink仿真模型模塊文件的取名和保存選擇模型窗口菜單FileSaveas后彈出一個“Saveas”對話框，填入模型文件名，按保存(s)即可。[說明]模塊的修改、調(diào)整、連接通常只能在仿真模型窗口中進行，不要直接對模塊庫中的模塊進行修改或調(diào)整。4.1Simulink根本操作4.1.3系統(tǒng)仿真運行Simulink模型窗口下仿真步驟翻開Simulink仿真模型窗口，或翻開指定的.mdl文件;設置仿真參數(shù)：在模型窗口選取菜單【Simulation:Parameters】,彈出“SimulationParameters”對話框，設置仿真參數(shù)，然后按【OK】即可；[說明]假設不設置仿真參數(shù),那么采用Simulink缺省設置.4.1Simulink根本操作4.1.3系統(tǒng)仿真運行Simulink模型窗口下仿真步驟仿真運行和終止：在模型窗口選取菜單【Simulation:Start】，仿真開始，至設置的仿真終止時間，仿真結束。假設在仿真過程中要中止仿真，可選擇【Simulation:Stop】菜單。也可直接點擊模型窗口中的〔或〕啟動〔或停止〕仿真。4.1Simulink根本操作4.1.3系統(tǒng)仿真運行MATLAB命令窗口下的仿真運行在Matlab命令窗口下可直接運行一個已存在的Simulink模型：[t,x,y]=sim(‘model’,timespan,option,ut)其中，t為返回的仿真時間向量；x為返回的狀態(tài)矩陣；y為返回的輸出矩陣；model為系統(tǒng)Simulink模型文件名；timespan為仿真時間；option為仿真參數(shù)選擇項，由simset設置；ut為選擇外部產(chǎn)生輸入,ut=[T,u1,u2,…,un]。[說明]上述參數(shù)中，假設省略timespan,option,ut那么由框圖模型的對話框SimulationParameters設置仿真參數(shù)。back4.2模塊庫和系統(tǒng)仿真4.2.1Simulink模塊庫Sources庫也可稱為信號源庫，該庫包含了可向仿真模型提供信號的模塊。它沒有輸入口，但至少有一個輸出口。雙擊圖標即彈出該庫的模塊圖：

在該圖中的每一個圖標都是一個信號模塊，這些模塊均可拷貝到用戶的模型窗里。用戶可以在模型窗里根據(jù)自己的需要對模塊的參數(shù)進行設置〔但不可在模塊庫里進行模塊的參數(shù)設置).Sources庫SineWave：產(chǎn)生幅值、頻率可設置的正弦波信號。

雙擊圖標(認定該模塊已拷貝到用戶模型窗，以下均如此),彈出正弦波的參數(shù)設置框圖。圖中參數(shù)為Simulink默認值，用戶可根據(jù)需要對這些參數(shù)重新設置。幅值、頻率為2，基準為0.5，其波形如下圖所示：Sources庫Step：產(chǎn)生幅值、階躍時間可設置的階躍信號。

雙擊圖標,彈出階躍信號的參數(shù)設置框圖。圖中參數(shù)為Simulink默認值。當設置幅值為0.8,階躍時間為1秒時，階躍波形如下圖所示：4.2.1Simulink模塊庫

Sinks庫

該庫包含了顯示和寫模塊輸出的模塊。雙擊即彈出該庫的模塊圖：：數(shù)字表，顯示指定模塊的輸出數(shù)值。

：X-Y繪圖儀用同一圖形窗口，顯示X-Y坐標的圖形(需先在參數(shù)對話框中設置每個坐標的變化范圍)，當X、Y分別為正、余弦信號時，其顯示圖形如下：4.2.1Simulink模塊庫

Sinks庫：示波器。顯示在仿真過程產(chǎn)生的信號波形。雙擊該圖標,彈出示波器窗如右圖所示：分別管理X-Y、X和Y軸向變焦取當前窗中信號最大、最小值為縱坐標的上下限把當前軸的設置保存為該示波器的缺省設置打開示波器屬性對話框設置為浮動示波器Sinks庫示波器屬性對話框設置Y軸個數(shù)設置顯示的時間范圍選擇軸的標注方法確定顯示頻度(每隔n-1個數(shù)據(jù)點顯示一次)確定顯示點的時間間隔(缺省為0表示連續(xù)顯示)示波器屬性對話框General頁Sinks庫示波器屬性對話框示波器屬性對話框Datahistory頁設定緩沖區(qū)接受數(shù)據(jù)的長度,勾選為缺省狀態(tài),其值為5000確定示波器數(shù)據(jù)是否保存到MATLAB工作空間。若勾選則為保存，且需確定變量名和保存格式(缺省時,不被勾選)【例4-1】示波器應用例如。Simulink仿真模型如左圖所示，示波器輸入為3〔Y軸個數(shù)為3〕。右圖為該示波器顯示的三路輸入信號的波形.4.2.1Simulink模塊庫Continuous庫該庫包含描述線性函數(shù)的模塊。雙擊即彈出以下圖：：微分環(huán)節(jié)。其輸出為其輸入信號的微分。如下圖為輸入斜坡信號時微分環(huán)節(jié)的輸出：Continuous庫：積分環(huán)節(jié)。其輸出為其輸入信號的積分。雙擊該模塊,彈出積分器的參數(shù)對話框,可設置積分器的復位、積分上限和下限等。當設置為信號下跳過零復位、積分器限幅為5時，積分器對諧波輸入的輸出如下圖：4.2.1Simulink模塊庫Continuous庫：分子分母為多項式形式的傳遞函數(shù)。雙擊該模塊，彈出傳遞函數(shù)的參數(shù)對話框，設置框圖中的參數(shù)后，該傳遞函數(shù)顯示如下：4.2.1Simulink模塊庫Continuous庫：零極點增益形式的傳遞函數(shù)。雙擊該模塊，彈出傳遞函數(shù)的參數(shù)對話框，設置框圖中的參數(shù)后，該傳遞函數(shù)顯示如下：4.2.1Simulink模塊庫Math庫

該庫包含描述一般數(shù)學函數(shù)的模塊。雙擊即彈出右圖。該庫中模塊的功能就是將輸入信號按照模塊所描述的數(shù)學運算函數(shù)計算，并把運算結果作為輸出信號輸出。4.2.1Simulink模塊庫Math庫：加法器。該模塊為求和裝置。求和器形狀，輸入信號個數(shù)和符號可設置，如右邊框圖。假設設置如框圖。那么模塊顯示為：4.2.1Simulink模塊庫Math庫：符號函數(shù)。該模塊的輸出為輸入信號的符號。以下圖為對正弦信號經(jīng)符號運算后的波形。4.2.1Simulink模塊庫Signals&Systems庫

：信號分路器

。

將混路器輸出的信號依照原來的構成方法分解成多路信號。：信號匯總器

將多路信號依照向量的形式混合成一路信號。

(a)(b)4.3子系統(tǒng)創(chuàng)立與封裝在建立的Simulink系統(tǒng)模型比較大或很復雜時，可將一些模塊組合成子系統(tǒng)，這樣可使模型得到簡化，便于連線；可提高效率，便于調(diào)試；可生成層次化的模型圖表，用戶可采取自上而下或自下而上的設計方法。將一個創(chuàng)立好的子系統(tǒng)進行封裝，也就是使子系統(tǒng)象一個模塊一樣，例如可以有自己的參數(shù)設置對話框，自己的模塊圖標等。這樣就使子系統(tǒng)使用起來非常方便。4.3子系統(tǒng)創(chuàng)立與封裝4.3.1子系統(tǒng)的創(chuàng)立通過子系統(tǒng)模塊來建立子系統(tǒng)在Simulink庫瀏覽器，有一個子系統(tǒng)(Subsystems)的庫模塊(有的版本在Signals&Systems子庫里)，點擊該圖標即可看到不同類型的子系統(tǒng)模塊。子模塊庫MATLAB6.0版MATLAB6.5版通過子系統(tǒng)模塊來建立子系統(tǒng)下面以PID控制器子系統(tǒng)創(chuàng)立，說明子系統(tǒng)的創(chuàng)立過程：將子系統(tǒng)庫模塊中的Subsystem模塊復制到模型窗，如圖4-23。雙擊該圖標即翻開該子系統(tǒng)的編輯窗口，如圖4-24；圖4-23子系統(tǒng)模塊復制到模型窗圖4.24原始子系統(tǒng)模塊的內(nèi)部結構型窗PID控制器子系統(tǒng)創(chuàng)立過程：將組成子系統(tǒng)的模塊填加到子系統(tǒng)編輯窗口：將模塊按設計要求連接：PID控制器子系統(tǒng)創(chuàng)立過程：設置子系統(tǒng)各模塊參數(shù)〔可以是變量〕；修改in1和out1模塊下面的標簽；關閉子系統(tǒng)的編輯窗口，返回模型窗口，修改子系統(tǒng)的標簽〔PID〕，該PID子系統(tǒng)即可作為模塊在構造系統(tǒng)模型時使用。PID控制器子系統(tǒng)創(chuàng)立過程：設置子系統(tǒng)各模塊參數(shù)〔可以是變量〕；修改in1和out1模塊下面的標簽；關閉子系統(tǒng)的編輯窗口，返回模型窗口，修改子系統(tǒng)的標簽〔PID〕，該PID子系統(tǒng)即可作為模塊在構造系統(tǒng)模型時使用。4.3子系統(tǒng)創(chuàng)立與封裝4.3.1子系統(tǒng)的創(chuàng)立組合已存在的模塊來建立子系統(tǒng)如果現(xiàn)有的模型已經(jīng)包含了需要轉化成子系統(tǒng)的模塊，就可以通過組合這些模塊的方式建立子系統(tǒng)。步驟如下：確定需建立Subsystem的模型〔被選中的均標記有黑塊〕圖4-27圈選欲建子系統(tǒng)的模塊組合已存在的模塊來建立子系統(tǒng)點擊模型窗Edit菜單下的CreateSubsystem命令，那么所選定的模型組合自動轉化成子系統(tǒng)：雙擊該圖標，可翻開該子系統(tǒng)窗口，改寫輸入輸出符號：關閉子系統(tǒng)編輯窗口，設置子系統(tǒng)標簽，那么系統(tǒng)模型如以下圖所示：4.3子系統(tǒng)創(chuàng)立與封裝4.3.2子系統(tǒng)的封裝子系統(tǒng)可以建立自己的參數(shù)設置對話框，以防止對子系統(tǒng)內(nèi)的每個模塊分別進行參數(shù)設