1、第8章 SIMULINK動態(tài)仿真集成環(huán)境8.1 Simulink操作根底8.2 系統(tǒng)仿真模型8.3 系統(tǒng)的仿真8.4 運用命令操作對系統(tǒng)進展仿真8.5 子系統(tǒng)及其封裝技術8.6 S函數(shù)的設計與運用8.1 Simulink操作根底8.1.1 Simulink簡介 Simulink是MATLAB的重要組成部分，提供建立系統(tǒng)模型、選擇仿真參數(shù)和數(shù)值算法、啟動仿真程序對該系統(tǒng)進展仿真、設置不同的輸出方式來察看仿真結果等功能。8.1.2 Simulink的啟動與退出 1Simulink的啟動在MATLAB的命令窗口輸入simulink或單擊MATLAB主窗口工具欄上的Simulink命令按鈕即可啟動Si

2、mulink。Simulink啟動后會顯示Simulink模塊庫閱讀器(Simulink Library Browser)窗口。在MATLAB主窗口File菜單中選擇New菜單項下的Model命令，在出現(xiàn)Simulink模塊庫閱讀器的同時，還會出現(xiàn)一個名字為untitled的模型編輯窗口。在啟動Simulink模塊庫閱讀器后再單擊其工具欄中的Create a new model命令按鈕，也會彈出模型編輯窗口。利用模型編輯窗口，可以經(jīng)過鼠標的拖放操作創(chuàng)建一個模型。模型創(chuàng)建完成后，從模型編輯窗口的File菜單項中選擇Save或Save As命令，可以將模型以模型文件的格式(擴展名為.mdl)存入磁

3、盤。假設要對一個曾經(jīng)存在的模型文件進展編輯修正，需求翻開該模型文件，其方法是，在MATLAB命令窗口直接輸入模型文件名(不要加擴展名.mdl)。在模塊庫閱讀器窗口或模型編輯窗口的File菜單中選擇Open命令，然后選擇或輸入欲編輯模型的名字，也能翻開曾經(jīng)存在的模型文件。另外，單擊模塊庫閱讀器窗口工具欄上的Open a model命令按鈕或模型編輯窗口工具欄上的Open model命令按鈕，也能翻開曾經(jīng)存在的模型文件。2Simulink的退出為了退出Simulink，只需封鎖一切模型編輯窗口和Simulink模塊庫閱讀器窗口即可。8.2 系統(tǒng)仿真模型8.2.1 Simulink的根本模塊Simu

4、link的模塊庫提供了大量模塊。單擊模塊庫閱讀器中Simulink前面的“+號，將看到Simulink模塊庫中包含的子模塊庫，單擊所需求的子模塊庫，在右邊的窗口中將看到相應的根本模塊，選擇所需根本模塊，可用鼠標將其拖到模型編輯窗口。同樣，在模塊庫閱讀器左側的Simulink欄上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中單擊Open the Simulink Libray 命令，將翻開Simulink根本模塊庫窗口。單擊其中的子模塊庫圖標，翻開子模塊庫，找到仿真所需求的根本模塊。8.2.2 模塊的編輯1添加模塊2選取模塊3復制與刪除模塊4模塊外形的調(diào)整 5模塊名的處置8.2.3 模塊的銜接1銜接兩個模塊2

5、模塊間連線的調(diào)整3連線的分支4標注連線5刪除連線8.2.4 模塊的參數(shù)和屬性設置1模塊的參數(shù)設置Simulink中幾乎一切模塊的參數(shù)都允許用戶進展設置，只需雙擊要設置的模塊或在模塊上按鼠標右鍵并在彈出的快捷菜單中選擇相應模塊的參數(shù)設置命令就會彈出模塊參數(shù)對話框。該對話框分為兩部分，上面一部分是模塊功能闡明，下面一部分用來進展模塊參數(shù)設置。同樣，先選擇要設置的模塊，再在模型編輯窗口Edit菜單下選擇相應模塊的參數(shù)設置命令也可以翻開模塊參數(shù)對話框。2模塊的屬性設置選定要設置屬性的模塊，然后在模塊上按鼠標右鍵并在彈出的快捷菜單中選擇Block properties，或先選擇要設置的模塊，再在模型編輯

6、窗口的Edit菜單下選擇Block properties命令，將翻開模塊屬性對話框。該對話框包括General、Block annotation和Callbacks 3個可以相互切換的選項卡。其中選項卡中可以設置3個根本屬性：Description(闡明)、Priority(優(yōu)先級) 、Tag(標志)。例8-1 有系統(tǒng)的微分方程，試建立系統(tǒng)仿真模型。操作過程如下：(1) 在MATLAB主菜單中，選擇File菜單中New菜單項的Model命令，翻開一個模型編輯窗口。(2) 將所需模塊添加到模型中。(3) 設置模塊參數(shù)并銜接各個模塊組成仿真模型。設置模塊參數(shù)后，用連線將各個模塊銜接起來組成系統(tǒng)仿真

7、模型。模型建好后，從模型編輯窗口的File菜單中選擇Save或Save as命令將它存盤。8.3 系統(tǒng)的仿真8.3.1 設置仿真參數(shù)翻開系統(tǒng)仿真模型，從模型編輯窗口的Simulation菜單中選擇Simulation parameters命令，翻開一個仿真參數(shù)對話框，在其中可以設置仿真參數(shù)。仿真參數(shù)對話框包含5個可以相互切換的選項卡：(1) Solver選項卡：用于設置仿真起始和停頓時間，選擇微分方程求解算法并為其規(guī)定參數(shù)，以及選擇某些輸出選項。(2) Workspace I/O選項卡：用于管理對MATLAB任務空間的輸入和輸出。(3) Diagnostics選項卡：用于設置在仿真過程中出現(xiàn)各

8、類錯誤時發(fā)出警告的等級。(4) Advanced選項卡：用于設置一些高級仿真屬性，更好地控制仿真過程。(5) Real-time Workshop選項卡：用于設置假設干實時工具中的參數(shù)。假設沒有安裝實時工具箱，那么將不出現(xiàn)該選項卡。8.3.2 啟動系統(tǒng)仿真與仿真結果分析設置完仿真參數(shù)之后，從Simulation中選擇Start菜單項或單擊模型編輯窗口中的Start Simulation命令按鈕，便可啟動對當前模型的仿真。此時，Start菜單項變成不可選, 而Stop菜單項變成可選, 以供中途停頓仿真運用。從Simulation菜單中選擇Stop項停頓仿真后，Start項又變成可選。為了察看仿真

9、結果的變化軌跡可以采用3種方法：(1) 把輸出結果送給Scope模塊或者XY Graph模塊。(2) 把仿真結果送到輸出端口并作為前往變量，然后運用MATLAB命令畫出該變量的變化曲線。 (3) 把輸出結果送到To Workspace模塊，從而將結果直接存入任務空間，然后用MATLAB命令畫出該變量的變化曲線。例8-2 利用Simulink仿真曲線。仿真過程如下：(1) 啟動Simulink并翻開模型編輯窗口。(2) 將所需模塊添加到模型中。(3) 設置模塊參數(shù)并銜接各個模塊組成仿真模型。 設置模塊參數(shù)后，用連線將各個模塊銜接起來組成仿真模型。(4) 設置系統(tǒng)仿真參數(shù)。(5) 開場系統(tǒng)仿真。(

10、6) 察看仿真結果。例8-3 利用Simulink仿真求定積分。仿真過程如下：(1) 翻開一個模型編輯窗口。(2) 將所需模塊添加到模型中。(3) 設置模塊參數(shù)并銜接各個模塊組成仿真模型。(4) 設置系統(tǒng)仿真參數(shù)。(5) 開場系統(tǒng)仿真。(6) 察看仿真結果。8.3.3 系統(tǒng)仿真實例至此，可以總結出利用Simulink進展系統(tǒng)仿真的步驟如下：(1) 建立系統(tǒng)仿真模型，這包括添加模塊、設置模塊參數(shù)以及進展模塊銜接等操作。(2) 設置仿真參數(shù)。(3) 啟動仿真并分析仿真結果。例8-4 有初始形狀為0的二階微分方程x+0.2x+0.4x=0.2u (t), 其中u(t)是單位階躍函數(shù)，試建立系統(tǒng)模型并

11、仿真。方法1：用積分器直接構造求解微分方程的模型。方法2：利用傳送函數(shù)模塊建模。方法3：利用形狀方程模塊建模。8.4 運用命令操作對系統(tǒng)進展仿真從命令窗口運轉仿真的函數(shù)有4個，即sim、simset、simget和set_param。1sim函數(shù)sim函數(shù)的作用是運轉一個由Simulink建立的模型，其調(diào)用格式為：t, x, y =sim(modname,timespan,options,data);2simset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，并把設置結果保管在一個構造變量中。它有如下4種用法：(1) options=simset(property,val

12、ue,)：把property代表的參數(shù)賦值為value，結果保管在構造options中。(2) options=simset(old_opstruct,property,value,)：把已有的構造old_opstruct(由simset產(chǎn)生)中的參數(shù)property重新賦值為value，結果保管在新構造options中。(3) options=simset(old_opstruct,new_opstruct)：用構造new_opstruct的值替代曾經(jīng)存在的構造old_opstruct的值。(4) simset：顯示一切的參數(shù)名和它們能夠的值。3simget函數(shù)simget函數(shù)用來獲得模型的

13、參數(shù)設置值。假設參數(shù)值是用一個變量名定義的，simget前往的也是該變量的值而不是變量名。假設該變量在任務空間中不存在(即變量未被賦值)，那么Simulink給出一個出錯信息。該函數(shù)有如下3種用法：(1) struct=simget(modname)：前往指定模型model的參數(shù)設置的options構造。(2) value=simget(modname,property)：前往指定模型model的參數(shù)property的值。(3) value=simget(options,property)：獲取options構造中的參數(shù)property的值。假設在該構造中未指定該參數(shù)，那么前往一個空陣。用戶只

14、需輸入可以獨一識別它的那個參數(shù)稱號的前幾個字符即可，對參數(shù)稱號中字母的大小寫不作區(qū)別。4set_param函數(shù)set_param函數(shù)的功能很多，這里只引見如何用set_param函數(shù)設置Simulink仿真參數(shù)以及如何開場、暫停、終止仿真進程或者更新顯示一個仿真模型。(1) 設置仿真參數(shù)調(diào)用格式為：set_param(modname,property,value,)其中modname為設置的模型名，property為要設置的參數(shù)，value是設置值。這里設置的參數(shù)可以有很多種，而且和用simset設置的內(nèi)容不盡一樣，相關參數(shù)的設置可以參考有關資料。(2) 控制仿真進程調(diào)用格式為：set_par

15、am(modname,SimulationCommand,cmd)其中mode為仿真模型稱號，而cmd是控制仿真進程的各個命令，包括start、stop、pause、comtinue或update。在運用這兩個函數(shù)的時候，需求留意必需先把模型翻開。 8.5 子系統(tǒng)及其封裝技術8.5.1 子系統(tǒng)的建立建立子系統(tǒng)有兩種方法：經(jīng)過Subsystem模塊建立子系統(tǒng)和經(jīng)過已有的模塊建立子系統(tǒng)。兩者的區(qū)別是：前者先建立子系統(tǒng)，再為其添加功能模塊；后者先選擇模塊，再建立子系統(tǒng)。1經(jīng)過Subsystem模塊建立子系統(tǒng)操作步驟為：(1) 先翻開Simulink模塊庫閱讀器，新建一個仿真模型。(2) 翻開Simu

16、link模塊庫中的Ports & Subsystems模塊庫，將Subsystem模塊添加到模型編輯窗口中。(3) 雙擊Subsystem模塊翻開一個空白的Subsystem窗口，將要組合的模塊添加到該窗口中，另外還要根據(jù)需求添加輸入模塊和輸出模塊，表示子系統(tǒng)的輸入端口和輸出端口。這樣，一個子系統(tǒng)就建好了。2經(jīng)過已有的模塊建立子系統(tǒng)操作步驟為：(1) 先選擇要建立子系統(tǒng)的模塊，不包括輸入端口和輸出端口。(2) 選擇模型編輯窗口Edit菜單中的Create Subsystem 命令，這樣，子系統(tǒng)就建好了。在這種情況下，系統(tǒng)會自動把輸入模塊和輸出模塊添加到子系統(tǒng)中，并把原來的模塊變?yōu)樽酉到y(tǒng)的圖標。

17、例8-5 PID控制器是在自動控制中經(jīng)常運用的模塊，試建立PID控制器的模型并建立子系統(tǒng)。步驟如下：(1) 先建立PID控制器的模型。(2) 建立子系統(tǒng)。8.5.2 子系統(tǒng)的條件執(zhí)行1使能子系統(tǒng)建立使能子系統(tǒng)的方法是：翻開Simulink模塊庫中的Ports & Subsystems模塊庫，將Enable模塊復制到子系統(tǒng)模型中，那么系統(tǒng)的圖標發(fā)生了變化。例8-6 利用使能子系統(tǒng)構成一個正弦半波整流器。操作步驟如下：(1) 翻開Simulink模塊庫閱讀器并新建一個仿真模型。(2) 將Sine Wave、Enabled Subsystem、Scope 3個模塊拖至新翻開的模型編輯窗口，銜接各模塊

18、并存盤。其中使能信號端接Sine Wave模塊。為了便于比較，除顯示半波整流波形外，還顯示正弦波，故在示波器屬性窗口將Number of axes設置為2。使能子系統(tǒng)建立好后，可對Enable模塊進展參數(shù)設置。 (3) 選擇Simulink菜單中的Start命令，就可看到半波整流波形和正弦波形。2觸發(fā)子系統(tǒng)觸發(fā)子系統(tǒng)是指當觸發(fā)事件發(fā)生時開場執(zhí)行子系統(tǒng)。與使能子系統(tǒng)相類似，觸發(fā)子系統(tǒng)的建立要把Ports & Subsystems模塊庫中的Trigger模塊添加到子系統(tǒng)中或直接選擇Triggered Subsystem模塊來建立觸發(fā)子系統(tǒng)。例8-7 利用觸發(fā)子系統(tǒng)將一鋸齒波轉換成方波。操作步驟如下：(1) 用Signal Generator、Triggered Subsystem和Scope模塊構成子系統(tǒng)。(2) 選擇Simulink菜單中的Start命令，就可看到波形。3使能加觸發(fā)子系統(tǒng)所謂使能加觸發(fā)子系統(tǒng)就是把Enable和Tirgger模塊都加到子系統(tǒng)中，使能控制信號和觸發(fā)控制信號共同作用子系統(tǒng)的執(zhí)行，也就是前兩種子系統(tǒng)的綜合。該系統(tǒng)的行為方式與觸發(fā)子系統(tǒng)類似，但只需當使能信號為正時，觸發(fā)事件才起作用。 8.5.3 子系統(tǒng)的封裝所謂子系統(tǒng)的封裝(Masking)，就是為子系統(tǒng)定制對話框和圖標，使子系統(tǒng)本身有一個獨立的操作界面，把子系統(tǒng)中的各模塊的參數(shù)對話