MATLAB4 - Simulink仿真環(huán)境

1、Simulink仿真,Simulink的演示 Simulink文件操作和模型窗口 模型創(chuàng)建 Simulink基本模塊 復(fù)雜系統(tǒng)仿真與分析 子系統(tǒng)創(chuàng)建與封裝,Simulink是MATLAB的仿真工具箱。它是面向框圖的仿真軟件，具有以下功能： 用繪制方框圖代替編寫程序，結(jié)構(gòu)和流程清晰； 智能化地建立和運(yùn)行仿真，仿真精細(xì)、貼近實(shí)際； 適應(yīng)面廣：包括線性、非線性系統(tǒng)；連續(xù)、離散及混合系統(tǒng)；單任務(wù)、多任務(wù)離散事件系統(tǒng),演示一個Simulink的簡單程序,通過演示一個Simulink的簡單模型，了解建立模型的步驟。 例：創(chuàng)建一個正弦信號的仿真模型。 步驟如下： (1) 在MATLAB的命令窗口運(yùn)行Simu

2、link命令，或單擊工具欄中的圖標(biāo)，就可以打開Simulink模塊庫瀏覽器(Simulink Library Browser) 窗口。 (2) 單擊工具欄上的圖標(biāo)或選擇菜單“File”“New”“Model”，新建一個名為“untitled”的空白模型窗口。 (3) 在上圖的右側(cè)子模塊窗口中，單擊“Source”子模塊庫前的“+”(或雙擊Source)，或者直接在左側(cè)模塊和工具箱欄單擊Simulink下的Source子模塊庫，便可看到各種輸入源模塊。,(4) 用鼠標(biāo)單擊所需要的輸入信號源模塊“Sine Wave”(正弦信號)，將其拖放到的空白模型窗口“untitled”，則“Sine Wave

3、”模塊就被添加到untitled窗口；也可以用鼠標(biāo)選中“Sine Wave”模塊，單擊鼠標(biāo)右鍵，在快捷菜單中選擇“add to untitled”命令，就可以將“Sine Wave”模塊添加到untitled窗口。 (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)拖放到“untitled”窗口中。 (6) 在“untitled”窗口中，用鼠標(biāo)指向“Sine Wave”右側(cè)的輸出端，當(dāng)光標(biāo)變?yōu)槭址麜r，按住鼠標(biāo)拖向“Scope”模塊的輸入端，松開鼠標(biāo)按鍵，就完成了兩個模塊間的信號線連接，一個簡單模型已經(jīng)建成。,(7) 開始仿真，單擊“untitled”模型

4、窗口中“開始仿真”圖標(biāo)，或者選擇菜單“Simulink”“Start”，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。 (8) 保存模型，單擊工具欄的圖標(biāo)。,Simulink模型窗口,示波器窗口,Simulink的文件操作和模型窗口,Simulink的文件操作 1. 新建文件 新建仿真模型文件有幾種操作： 在MATLAB的命令窗口選擇菜單“File”“New”“Model”。 在Simulink模塊庫瀏覽器窗口選擇菜單“File”“New”“Model”，或者單擊工具欄的圖標(biāo)。 在Simulink模型窗口選擇菜單“File”“New”“Model”，或者單擊工具欄

5、的圖標(biāo)。,2. 打開文件 打開仿真模型文件有幾種操作： 在MATLAB的命令窗口輸入不加擴(kuò)展名的文件名，該文件必須在當(dāng)前搜索路徑中。 在MATLAB的命令窗口選擇菜單“File”O(jiān)pen”或者單擊工具欄的圖標(biāo)打開文件。 在Simulink模塊庫瀏覽器窗口選擇菜單“File”“Open”或者單擊工具欄的圖標(biāo)打開“.mdl”文件。 在Simulink模型窗口中選擇菜單“File”“Open”或者單擊工具欄的圖標(biāo)打開文件。,Simulink的模型窗口 模型窗口由菜單、工具欄、模型瀏覽器窗口、模型框圖窗口以及狀態(tài)欄組成。,狀態(tài)欄,菜單,模型框圖,模型瀏覽器,雙窗口模型窗口,工具欄,模型的創(chuàng)建,Simu

6、link的模型是由模塊和信號線連接構(gòu)成的方框圖，創(chuàng)建模型就是繪制方框圖，我們可以方便地通過鼠標(biāo)的抓取和拖放等操作來完成。 模塊的操作 1. 對象的選定 (1) 選定單個對象 選定對象只要在對象上單擊鼠標(biāo)，被選定的對象的四角處會出現(xiàn)小黑塊編輯框。 (2) 選定多個對象 如果選定多個對象，可以按下Shift鍵，然后再單擊所需選定的模塊；或者用鼠標(biāo)拉出矩形虛線框，將所有待選模塊框在其中，則矩形框中所有的對象均被選中。 (3) 選定所有對象 如果要選定所有對象，可以選擇菜單“Edit”“Select all”。,2. 模塊的復(fù)制 (1) 不同模型窗口(包括模型庫窗口)之間的模塊復(fù)制 選定模塊，用鼠標(biāo)將

7、其拖到另一模型窗口。 選定模塊，使用菜單的“Copy”和“Paste”命令。 選定模塊，使用工具欄的“Copy”和“Paste”按鈕。 (2) 在同一模型窗口內(nèi)的復(fù)制模塊 選定模塊，按下鼠標(biāo)右鍵，拖動模塊到合適的地方，釋放鼠標(biāo)。 選定模塊，按住Ctrl鍵，再用鼠標(biāo)拖動對象到合適的地方，釋放鼠標(biāo)。使用菜單和工具欄中的“Copy”和“Paste”按鈕。,3. 模塊的移動 (1) 在同一模型窗口移動模塊 選定需要移動模塊，用鼠標(biāo)將模塊拖到合適的地方。 (2) 在不同模型窗之間移動模塊 在不同模型窗之間移動模塊，在用鼠標(biāo)移動的同時按下Shift鍵。 當(dāng)模塊移動時，與之相連的連線也隨之移動。 4. 模塊

8、的刪除 要刪除模塊，應(yīng)選定待刪除模塊，按Delete鍵；或者用菜單“Edit”“Clear”或“Cut”；或者用工具欄的“Cut”按鈕。,5. 改變模塊大小 選定需要改變大小的模塊，出現(xiàn)小黑塊編輯框后，用鼠標(biāo)拖動編輯框，可以實(shí)現(xiàn)放大或縮小。 6. 模塊的翻轉(zhuǎn) (1) 模塊翻轉(zhuǎn)180度 選定模塊，選擇菜單“Format”“Flip Block”可以將模塊旋轉(zhuǎn)180度 (2) 模塊翻轉(zhuǎn)90度選定模塊，選擇菜單“Format”“RotateBlock”可以將模塊旋轉(zhuǎn)90度，如果一次翻轉(zhuǎn)不能達(dá)到要求，可以多次翻轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。,7. 模塊名的編輯 (1) 修改模塊名 單擊模塊下面或旁邊的模塊名，出現(xiàn)虛線編輯

9、框就可對模塊名進(jìn)行修改。 (2) 模塊名字體設(shè)置 選定模塊，選擇菜單“Format”“Font”，打開字體對話框設(shè)置字體。 (3) 模塊名的顯示和隱藏 選定模塊，選擇菜單“Format”“Hide /Show name”，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”“Flip name”，可以翻轉(zhuǎn)模塊名。,信號線的操作 1. 模塊間連線 先將光標(biāo)指向一個模塊的輸出端，待光標(biāo)變?yōu)槭址?，按下鼠?biāo)鍵并拖動，直到另一模塊的輸入端。 2. 在信號線中插入模塊 如果模塊只有一個輸入端口和一個輸出端口，則該模塊可以直接被插入到一條信號線中。,3. 信號線的分支和折曲

10、(1) 分支的產(chǎn)生 將光標(biāo)指向信號線的分支點(diǎn)上，按鼠標(biāo)右鍵，光標(biāo)變?yōu)槭址蟿邮髽?biāo)直到分支線的終點(diǎn)，釋放鼠標(biāo)；或者按住Ctrl鍵，同時按下鼠標(biāo)左鍵拖動鼠標(biāo)到分支線的終點(diǎn)。 (2) 信號線的折線 選中已存在的信號線，將光標(biāo)指向折點(diǎn)處，按住Shift鍵，同時按下鼠標(biāo)左鍵，當(dāng)光標(biāo)變成小圓圈時，用鼠標(biāo)拖動小圓圈將折點(diǎn)拉至合適處，釋放鼠標(biāo)。,4. 信號線文本注釋(label) (1) 添加文本注釋 雙擊需要添加文本注釋的信號線，則出現(xiàn)一個空的文字填寫框，在其中輸入文本。 (2) 修改文本注釋 單擊需要修改的文本注釋，出現(xiàn)虛線編輯框即可修改文本。 (3) 移動文本注釋 單擊標(biāo)識，出現(xiàn)編輯框后，就可以移動

11、編輯框。 (4) 復(fù)制文本注釋 單擊需要復(fù)制的文本注釋，按下Ctrl鍵同時移動文本注釋，或者用菜單和工具欄的復(fù)制操作。,給模型添加文本注釋 1. 添加模型的文本注釋 在需要當(dāng)作注釋區(qū)的中心位置，雙擊鼠標(biāo)左鍵，就會出現(xiàn)編輯框，在編輯框中就可以輸入文字注釋。 2. 注釋的移動 在注釋文字處單擊鼠標(biāo)左鍵，當(dāng)出現(xiàn)文本編輯框后，用鼠標(biāo)就可以拖動該文本編輯框。,Simulink的基本模塊,Simulink的基本模塊包括9個子模塊庫，分別是： 連續(xù)系統(tǒng) 非連續(xù)系統(tǒng) 離散系統(tǒng) 查閱表、數(shù)學(xué)運(yùn)算 模型確認(rèn) 寬模型功能 信號線路安排 接收模型 輸入信號源 端口與子系統(tǒng),1. 輸入信號源模塊庫(Sources) 輸

12、入信號源模塊是用來向模型提供輸入信號。常用的輸入信號源模塊源。,2. 接收模塊庫(Sinks) 接收模塊是用來接收模塊信號的，常用的接收模塊。,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。,4. 離散系統(tǒng)模塊庫(Discrete)離散系統(tǒng)模塊是用來構(gòu)成離散系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，常用的離散系統(tǒng)模塊,常用模塊的參數(shù)和屬性設(shè)置 1. 模塊參數(shù)設(shè)置 (1) 正弦信號源(Sine Wave) 雙擊正弦信號源模塊，會出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置對話框。 對話框上部分為參數(shù)說明，仔細(xì)閱讀可以幫助用戶設(shè)置參數(shù)。其中Sine type為正弦類型，包括: Time-based和Sam

13、ple-based； Amplitude為正弦幅值； Bias為幅值偏移值； Frequency為正弦頻率； Phrase為初始相角； Sample time為采樣時間。,(2) 階躍信號源(Step) 階躍信號模塊是輸入信號源，雙擊其模塊出現(xiàn)參數(shù)對話框。其中：Step time為階躍信號的變化時刻，initial value為初始值，F(xiàn)inal value為終止值，Sample time為采樣時間。 (3) 傳遞函數(shù)(Transfer function) 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)對話框如圖所示。在上圖中設(shè)置“Denominator”為“1 1.414 1”，則在模

14、型窗口中顯示為如圖所示。,(4) 示波器(Scope) 示波器模塊是用來接收輸入信號并實(shí)時顯示信號波形曲線，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所示。,2. 模塊屬性設(shè)置 每個模塊的屬性對話框的內(nèi)容都相同，如圖所示。 (1) 說明(Description) 對模塊在模型中用法的注釋。 (2) 優(yōu)先級(Priority) 規(guī)定該模塊在模型中相對于其它模塊執(zhí)行的優(yōu)先順序。 (3) 標(biāo)記(Tag) 用戶為模塊添加的文本格式標(biāo)記。,復(fù)雜系統(tǒng)的仿真與分析,仿真的設(shè)置 在仿真窗口中選擇菜單“Simulation” “parameters”，則會打開參數(shù)設(shè)置對話框，如圖所示。,1.

15、 Solver頁的參數(shù)設(shè)置 (1) 仿真的起始和結(jié)束時間 仿真的起始時間(Start time) 仿真的結(jié)束時間(Stop time) (2) 仿真步長 仿真的過程一般是求解微分方程組，“Solve options”的內(nèi)容是針對解微分方程組的設(shè)置。 (3) 仿真解法 Type的右邊：設(shè)置仿真解法的具體算法類型。 (4) 輸出模式 根據(jù)需要選擇輸出模式(Output options)，可以達(dá)到不同的輸出效果。,2. Data Import/Outport頁的設(shè)置 如圖所示，可以設(shè)置Simulink從工作空間輸入數(shù)據(jù)、初始化狀態(tài)模塊，也可以把仿真的結(jié)果、狀態(tài)模塊數(shù)據(jù)保存到當(dāng)前工作空間。,(1) 從

16、工作空間裝載數(shù)據(jù)(Load from workspace) (2) 保存數(shù)據(jù)到工作空間(Save to workspace) Time欄 勾選Time欄后，模型將把(時間)變量以在右邊空白欄填寫的變量名(默認(rèn)名為tout)存放于工作空間。 States欄 勾選States欄后，模型將把其狀態(tài)變量在右邊空白欄填寫的變量名(默認(rèn)名為xout)存放于工作空間。 Output欄 如果模型窗口中使用輸出模塊“Out”，那么就必須勾選 Output欄，并填寫在工作空間中的輸出數(shù)據(jù)變量名(默認(rèn)名為yout)。 Final state欄 Final state欄的勾選，將向工作空間以在右邊空白欄填寫的名稱(默

17、認(rèn)名為xFinal)，存放最終狀態(tài)值。 (3) 變量存放選項(Save options) Save options必須與Save to workspace配合使用。,Simulink中的LTI Viewer 在Simulink中建立的仿真模型也可直接輸入到LTI Viewer中進(jìn)行分析，具體方法如下: 在Simulink 模型窗建立起仿真模型(線性系統(tǒng))。 點(diǎn)擊Simulink模型窗上的【Tool：Linear analysis】，在彈出的界面中將輸入輸出接點(diǎn)分別復(fù)制到仿真模型的輸入和輸出。,圖9-19 仿真模型的輸入輸出接點(diǎn),Simulink中的LTI Viewer 再次點(diǎn)擊SIMULINK

18、模型窗上的ToolLinear analysis，打開LTI Viewer仿真界面，點(diǎn)擊該界面上Simulink Get Linearized Model選項，即畫出系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，表明SIMULINK中的仿真模型已和LTI Viewer相連接，因此可利用LTI Viewer對該系統(tǒng)進(jìn)行分析。,圖9-20 LTI Viewer獲取模型窗中模型,圖9-21 LTI Viewer繪制的階躍響應(yīng)曲線,Simulink中的LTI Viewer 如果在Simulink模型窗對已輸入到LTI Viewer中的模型進(jìn)行了修改，應(yīng)重復(fù)步驟（3）重新裝入模型，并刪除掉舊模型。方法是點(diǎn)擊LTI Viewer仿真界面上的【EditDelete systems】，在彈出的對話框中，進(jìn)行模型的刪除，如圖9-22所示。,圖9-22 模型的刪除,back,連續(xù)系統(tǒng)仿真 例 建立二階系統(tǒng)的仿真模型 輸入信號源使用階躍信號，系統(tǒng)使用開環(huán)傳遞函數(shù)，接受模塊使用示波器來構(gòu)成模型。 (1) 在“Sources”模塊庫選擇“Step”模塊，在“Continuous”模塊庫選擇“Transfer Fcn”模塊，在“Math Operations”模塊庫選擇“Sum”模塊，在“Sinks”模塊庫選擇“Scope”。 (2) 連接各模塊，