MATLAB基礎(chǔ)及應(yīng)用（第6版）課件：Simulink仿真

MATLAB基礎(chǔ)及應(yīng)用（第6版）

Simulink仿真本章要點(diǎn)

Simulink系統(tǒng)的基本模塊仿真模型的編輯仿真參數(shù)的設(shè)置6.1認(rèn)識(shí)SimulinkSimulink是MATLAB環(huán)境下對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包。該系統(tǒng)的兩個(gè)主要功能就是Simu（仿真）和Link（連接）。一、Simulink的啟動(dòng)和退出1．Simulink的啟動(dòng)在MATLAB操作桌面下，單擊工具欄中的“SimulinkLibrary”按鈕

；或在命令窗口鍵入命令“simulink”，單擊【Enter】鍵，都會(huì)彈出一個(gè)名為“Simulink起始頁”的對(duì)話框?！癝imulink起始頁”對(duì)話框2．模型的創(chuàng)建

“Simulink起始頁”窗口中有“新建”、“示例”和“學(xué)習(xí)”3個(gè)選項(xiàng)卡，其中“新建”選項(xiàng)卡可以選擇“空白模型”、“空白子系統(tǒng)”、“空白庫”、“空白工程”等；“示例”選項(xiàng)卡是一些精選的建模和仿真實(shí)例，可供參考；“學(xué)習(xí)”選項(xiàng)卡提供“快速入門”的演示資料。

單擊“Simulink起始頁”窗口中的“空白模型”，會(huì)彈出一個(gè)名為Untitled（無標(biāo)題）的空白窗口，所有仿真模型都可以創(chuàng)建在這個(gè)窗口中.

Simulink模塊庫瀏覽器

單擊“新建模型”窗口工具欄中的按鈕

，可以打開Simulink模塊庫瀏覽器。1．信號(hào)源模塊（Sources）

信號(hào)源模塊是輸入模塊，提供各種類型的信號(hào)或數(shù)據(jù)。SignalGenerator信號(hào)發(fā)生器ChirpSignal快速正弦掃描信號(hào)模塊功能模塊功能In1創(chuàng)建輸入端Ground接地FromFile從文件讀數(shù)據(jù)FromWorkspace從工作空間讀數(shù)據(jù)

Constant常數(shù)EnumeratedConstant枚舉類型常數(shù)SignalBuilder信號(hào)生成器Ramp斜波信號(hào)Step階躍信號(hào)SineWave正弦波

RandomNumber隨機(jī)信號(hào)UniformRandomNumber均勻隨機(jī)信號(hào)Band-LimitedWhiteNoise帶限白噪聲DigitalClock數(shù)字時(shí)鐘PulseGenerator脈沖發(fā)生器RepeatingSequence重復(fù)序列信號(hào)RepeatingSequenceStair重復(fù)階梯序列信號(hào)RepeatingSequenceInterpolated重復(fù)曲線序列信號(hào)Clock當(dāng)前時(shí)間DigitalClock數(shù)字時(shí)間CounterFree-Running自動(dòng)運(yùn)行計(jì)數(shù)器（溢出時(shí)自動(dòng)清零）CounterLimited有限計(jì)數(shù)器（可自定義計(jì)數(shù)上限）2．輸出模塊（Sinks）

輸出模塊也可稱為接收模塊，用于顯示仿真結(jié)果或輸出仿真數(shù)據(jù)。2．輸出模塊（Sinks）模塊功能模塊功能Outl創(chuàng)建輸出端Terminator通用終端ToFile輸出到文件ToWorkspace輸出到工作空間Scope示波器FloatingScope浮點(diǎn)格式的示波器XYGraphXY關(guān)系圖Display實(shí)時(shí)數(shù)值顯示StopSimulation輸出不為0時(shí)停止仿真

7.2Simulink模塊操作

一、模塊的編輯處理1．模塊的操作（1）添加模塊當(dāng)要把一個(gè)模塊添加到模型中，先在Simulink模塊庫中找到它，然后直接將這個(gè)模塊拖入模型窗口中即可。（2）選取模塊當(dāng)模塊已經(jīng)位于模型窗口中時(shí)，只要用鼠標(biāo)在模塊上單擊就可以選中該模塊，這時(shí)模塊的四角上出現(xiàn)一些黑色的小方塊，這些小方塊就是該模塊的關(guān)鍵點(diǎn)，拖動(dòng)這些黑色小方塊可以改變模塊的大小。2．模塊位置和外形的調(diào)整（1）調(diào)整模塊位置（2）調(diào)整模塊大?。?）調(diào)整模塊方向（4）調(diào)整模塊顏色和效果3．模塊名的處理（1）改變模塊名（2）隱藏模塊名（3）改變模塊名的位置4．復(fù)制和刪除模塊（1）復(fù)制模塊（2）刪除模塊三、模塊間的連線

1．連接兩個(gè)模塊從一個(gè)模塊的輸出端連到另一個(gè)模塊的輸入端是Simulink仿真最基本的操作。方法是先移動(dòng)鼠標(biāo)指向模塊的輸出端，鼠標(biāo)的箭頭會(huì)變成十字形光標(biāo)，這時(shí)按住鼠標(biāo)左鍵，拖動(dòng)鼠標(biāo)到另一個(gè)模塊的輸入端，當(dāng)十字形光標(biāo)出現(xiàn)“重影”時(shí)，釋放鼠標(biāo)即完成了連接。2．模塊間連線的調(diào)整用鼠標(biāo)單擊連線，可以選中該連線。這時(shí)會(huì)看到線上的一些黑色小方塊，這些是連線的關(guān)鍵點(diǎn)。用鼠標(biāo)按住關(guān)鍵點(diǎn)，拖動(dòng)即可以改變連線的方向。3．連線的分支仿真時(shí)經(jīng)常會(huì)碰到需要把信號(hào)輸送到不同的接收端的情況，這時(shí)就需要分支結(jié)構(gòu)的連線?？梢韵冗B好一條線，然后把鼠標(biāo)移到支線的起點(diǎn)位置，先按下〈Ctrl〉鍵，然后按住鼠標(biāo)，將連線拖到目標(biāo)模塊，松開鼠標(biāo)和〈Ctrl〉鍵即可。4．刪除連線如果想要?jiǎng)h除某條連線，可單擊要?jiǎng)h除的連線，此時(shí)連線上出現(xiàn)標(biāo)記點(diǎn)，表示該連線已經(jīng)被選中，然后單擊模型窗口工具欄中的【剪切】按鈕或者直接單擊鍵盤上的〈Delete〉鍵，即可刪除該連線。5．標(biāo)注連線雙擊需要標(biāo)注的連線，可以看到一個(gè)文本框，在里面輸入標(biāo)注文字單擊回車鍵確定即可。用鼠標(biāo)拖動(dòng)文本框還可以改變標(biāo)識(shí)的位置。另外，在Format→Port/SignalDisplays菜單下還有與連線標(biāo)注有關(guān)的命令：1）SampleTimeColor：將采樣時(shí)間不同的模塊和連線用不同的顏色顯示。2）PortDataTypes：在連線上顯示傳輸數(shù)據(jù)的類型，如double、int32等。6.1.4仿真模型的運(yùn)行6.1.4仿真模型的運(yùn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊（MathOperations）

數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊提供了基本數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)、三角函數(shù)、復(fù)數(shù)運(yùn)算函數(shù)以及矩陣運(yùn)算函數(shù)。

在Simulink模塊庫瀏覽器左側(cè)的資源列表選中“MathOperations”、或雙擊右側(cè)窗口中的MathOperations模塊圖標(biāo)。數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊的功能模塊功能模塊功能Sum求和Add加法Subtract減法SumofElements各元素的累加和Bias偏移量Weighted

Sample

Time

Math對(duì)信號(hào)經(jīng)過加權(quán)時(shí)間采樣的運(yùn)算Gain常數(shù)增益SliderGain可變?cè)鲆鍼roduct乘法Divide除法ProductofElements各元素的累積DotProduct點(diǎn)乘數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊的功能模塊功能模塊功能Sign符號(hào)函數(shù)Abs求絕對(duì)值UnaryMinus單一元素的負(fù)數(shù)MathFunction數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)RoundingFunction取整函數(shù)Polynomial多項(xiàng)式MinMax求最大值或最小值MinMax

Running

Resettable求最大值或最小值，帶復(fù)位功能Trigonometricfunction三角函數(shù)SineWaveFunction正弦波形函數(shù)AlgebraicConstraint代數(shù)上的約束常量Sqrt平方根SignalSqrt信號(hào)的的平方根ReciprocalSqrt平方根的倒數(shù)

模塊屬性和參數(shù)的設(shè)置

1．模塊參數(shù)的設(shè)置Simulink中幾乎所有模塊的參數(shù)（Parameters）都允許用戶進(jìn)行設(shè)置，雙擊要設(shè)置的模塊就可以打開模塊參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，不同模塊參數(shù)設(shè)置對(duì)話框的項(xiàng)目會(huì)不同。

例如“Source”模塊庫的“Step”模塊參數(shù)對(duì)話框，如圖所示。

模塊參數(shù)設(shè)置對(duì)話框2．模塊屬性的設(shè)置

選定要設(shè)置屬性的模塊，然后單擊“Diagram”→“Properties…”選項(xiàng)；或單擊右鍵在彈出的菜單中選擇“Properties…”選項(xiàng)，將得到如圖7-9所示的屬性設(shè)置對(duì)話框。該對(duì)話框有三個(gè)標(biāo)簽Description（說明）、Priority（優(yōu)先級(jí)）和Tag（標(biāo)記）。根據(jù)需要設(shè)定的基本屬性如下：1）Description（說明）：對(duì)該模塊在模型中的用法進(jìn)行說明。2）Priority（優(yōu)先級(jí)）：規(guī)定該模塊在模型中相對(duì)于其它模塊的優(yōu)先順序，優(yōu)先級(jí)的數(shù)值必須是整數(shù)（可以是負(fù)數(shù)），該數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)越高。3）Tag（標(biāo)記）：用戶為模塊添加的文本格式的標(biāo)記。6.2.3系統(tǒng)仿真2．模塊屬性的設(shè)置6.3線性反饋控制系統(tǒng)的仿真

對(duì)控制系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型實(shí)際上是某種微分方程或差分方程模型，因此在仿真過程中需要以某種數(shù)值算法從給定的初始條件出發(fā)，逐步地算出每一個(gè)時(shí)刻系統(tǒng)的響應(yīng)，最后繪出系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，由此分析系統(tǒng)的性能。連續(xù)系統(tǒng)模塊連續(xù)系統(tǒng)模塊的功能模塊功能模塊功能Integrator不定積分IntegratorLimited定積分IntegratorSecond-Order二重不定積分IntegratorSecond-OrderLimited二重定積分State-Space狀態(tài)方程TransferFcn傳遞函數(shù)Ze