simulink__matlab教程

第7章 Simulink仿真环境

Simulink是面向框图的仿真软件。

7.1演示一个Simulink的简单程序

【例7.1】创建一个正弦信号的仿真模型。 步骤如下：

(1) 在MATLAB的命令窗口运行simulink

命令，或单击工具栏中的所示。

图标，就可以打开Simulink模块库浏览器(Simulink Library Browser) 窗口，如图7.1

图7.1 Simulink界面

(2) 单击工具栏上的图标或选择菜单“File”——“New”——“Model”，新建一个名为“untitled”的空白模型窗口。

(3) 在上图的右侧子模块窗口中，单击“Source”子模块库前的“+”(或双击Source)，或者直接在左侧模块和工具箱栏单击Simulink下的Source子模块库，便可看到各种输入源模块。

(4) 用鼠标单击所需要的输入信号源模块“Sine Wave”(正弦信号)，将其拖放到的空白模型窗口“untitled”，则“Sine Wave”模块就被添加到untitled窗口；也可以用鼠标选中“Sine Wave”模块，单击鼠标右键，在快捷菜单中选择“add to 'untitled'”命令，就可以将“Sine Wave”模块添加到untitled窗口，如图7.2所示。

(5) 用同样的方法打开接收模块库“Sinks”，选择其中的“Scope”模块(示波器)拖放到“untitled”窗口中。

(6) 在“untitled”窗口中，用鼠标指向“Sine Wave”右侧的输出端，当光标变为十字符时，按住鼠标拖向“Scope”模块的输入端，松开鼠标按键，就完成了两个模块间的信号线连接，一个简单模型已经建成。如图7.3所示。

(7) 开始仿真，单击“untitled

”模型窗口中“开始仿真”图标显示屏，可以看到黄色的正弦波形。如图7.4所示。

，或者选择菜单“Simulink”——“Start”，则仿真开始。双击“Scope”模块出现示波器

图7.3 Simulink模型窗口

图7.4 示波器窗口

(8)

保存模型，单击工具栏的图标，将该模型保存为“Ex0701.mdl”文件。

7.2 Simulink的文件操作和模型窗口

7.2.1 Simulink的文件操作

1. 新建文件

新建仿真模型文件有几种操作： 在MATLAB的命令窗口选择菜单“File” “New” “Model”。

在图7.1的Simulink模块库浏览器窗口选择菜单“File” “New” “Model”

，或者单击工具栏的在图7.3的Simulink模型窗口选择菜单“File” “New” “Model”

，或者单击工具栏的

图标。

图标。

2. 打开文件

打开仿真模型文件有几种操作： 在MATLAB的命令窗口输入不加扩展名的文件名，该文件必须在当前搜索路径中，例如输入“Ex0701”。 在MATLAB的命令窗口选择菜单“File” Open…

”或者单击工具栏的

图标打开文件。

图标打开“.mdl”文件。

在图7.1的Simulink模块库浏览器窗口选择菜单“File” “Open…

”或者单击工具栏的

在图7.3的Simulink模型窗口中选择菜单“File” “Open…

”或者单击工具栏的图标打开文件。

7.2.2 Simulink的模型窗口

模型窗口由菜单、工具栏、模型浏览器窗口、模型框图窗口以及状态栏组成。

图7.5 双窗口模型窗口

1. 状态栏

2. 工具栏

模型窗口工具栏如图7.6所示。

3. 菜单

Simulink的模型窗口的常用菜单如表7.1所示。

表7.1模型窗口常用菜单表

7.3 模型的创建

7.3.1模块的操作

1. 对象的选定 选定单个对象

选定对象只要在对象上单击鼠标，被选定的对象的四角处会出现小黑块编辑框。 选定多个对象

如果选定多个对象，可以按下Shift键，然后再单击所需选定的模块；或者用鼠标拉出矩形虚线框，将所有待选模块框在其中，则矩形框中所有的对象均被选中，如图7.7所示。

图7.7 选定多个对象

选定所有对象

如果要选定所有对象，可以选择菜单“Edit” “Select all”。

2. 模块的复制

(1) 不同模型窗口(包括模型库窗口)之间的模块复制 选定模块，用鼠标将其拖到另一模型窗口。

选定模块，使用菜单的“Copy”和“Paste”命令。 选定模块，使用工具栏的“Copy”和“Paste”按钮。 (2) 在同一模型窗口内的复制模块(如图7.8所示)

选定模块，按下鼠标右键，拖动模块到合适的地方，释放鼠标。

选定模块，按住Ctrl键，再用鼠标拖动对象到合适的地方，释放鼠标。 使用菜单和工具栏中的“Copy”和“Paste”按钮。

图7.8 在同一模型窗口复制对象

3. 模块的移动

在同一模型窗口移动模块

选定需要移动模块，用鼠标将模块拖到合适的地方。 在不同模型窗之间移动模块

在不同模型窗之间移动模块，在用鼠标移动的同时按下Shift键。 当模块移动时，与之相连的连线也随之移动。

4. 模块的删除

要删除模块，应选定待删除模块，按Delete键；或者用菜单“Edit” “Clear”或“Cut”；或者用工具栏的“Cut”按钮。

5. 改变模块大小

选定需要改变大小的模块，出现小黑块编辑框后，用鼠标拖动编辑框，可以实现放大或缩小。

6. 模块的翻转 模块翻转180度

选定模块，选择菜单“Format” “Flip Block”可以将模块旋转180度，如同7.9中间为翻转180度示波器模块。 模块翻转90度

选定模块，选择菜单“Format” “Rotate Block”可以将模块旋转90度，如图7.9右边示波器所示。如果一次翻转不能达到要求，可以多次翻转来实现。

7. 模块名的编辑 修改模块名

单击模块下面或旁边的模块名，出现虚线编辑框就可对模块名进行修改。 模块名字体设置

选定模块，选择菜单“Format” “Font”，打开字体对话框设置字体。 模块名的显示和隐藏

选定模块，选择菜单“Format” “Hide /Show name”，可以隐藏或显示模块名。 模块名的翻转

选定模块，选择菜单“Format” “Flip name”，可以翻转模块名。

7.3.2信号线的操作

1. 模块间连线

先将光标指向一个模块的输出端，待光标变为十字符后，按下鼠标键并拖动，直到另一模块的输入端。

2. 信号线的分支和折曲 (1) 分支的产生

将光标指向信号线的分支点上，按鼠标右键，光标变为十字符，拖动鼠标直到分支线的终点，释放鼠标；或者按住Ctrl键，同时按下鼠标左键拖动鼠标到分支线的终点，如图7.10所示。

图7.10 信号线的分支

(2) 信号线的折线

选中已存在的信号线，将光标指向折点处，按住Shift键，同时按下鼠标左键，当光标变成小圆圈时，用鼠标拖动小圆圈将折点拉至合适处，释放鼠标，如图7.11所示。

图7.11 信号线的折线

3. 信号线文本注释(label) 添加文本注释

双击需要添加文本注释的信号线，则出现一个空的文字填写框，在其中输入文本。 修改文本注释

单击需要修改的文本注释，出现虚线编辑框即可修改文本。 移动文本注释

单击标识，出现编辑框后，就可以移动编辑框。 复制文本注释

单击需要复制的文本注释，按下Ctrl键同时移动文本注释，或者用菜单和工具栏的复制操作。

4. 在信号线中插入模块

如果模块只有一个输入端口和一个输出端口，则该模块可以直接被插入到一条信号线中。

7.3.3给模型添加文本注释

(1) 添加模型的文本注释

在需要当作注释区的中心位置，双击鼠标左键，就会出现编辑框，在编辑框中就可以输入文字注释。 (2) 注释的移动

在注释文字处单击鼠标左键，当出现文本编辑框后，用鼠标就可以拖动该文本编辑框。

7.4 Simulink的基本模块

7.4.1基本模块

Simulink的基本模块包括9个子模块库。

1. 输入信号源模块库(Sources)

输入信号源模块是用来向模型提供输入信号。常用的输入信号源模块源如表7.2所示。

表7.2 常用的输入信号源模块表

2. 接收模块库(Sinks)

接收模块是用来接收模块信号的，常用的接收模块如表7.3所示。

表7.3 常用的接收模块表

3. 连续系统模块库(Continuous)

连续系统模块是构成连续系统的环节，常用的连续系统模块如表7.4所示。

表7.4 常用的连续系统模块表

4. 离散系统模块库(Discrete)

离散系统模块是用来构成离散系统的环节，常用的离散系统模块如表7.5所示。

表7.5 常用的离散系统模块表

7.4.2常用模块的参数和属性设置

1. 模块参数设置

(1) 正弦信号源(Sine Wave) 双击正弦信号源模块，会出现如图7.13所示图7.13的上部分为参数说明，仔细阅读可以Sample-based；Amplitude为正弦幅值；Bias为幅为采样时间。

(2) 阶跃信号源(Step)

阶跃信号模块是输入信号源，其模块参数对其中：Step time为阶跃信号的变化时刻，间。

(3) 从工作空间获取数据(From workspace)

的参数设置对话框。

帮助用户设置参数。Sine type为正弦类型，包括Time-based和值偏移值；Frequency为正弦频率；Phrase为初始相角；Sample time

话框如图7.14所示。

initial value为初始值，Final value为终止值，Sample time为采样时

从工作空间获取数据模块的输入信号源为工作空间。 【例7.2】在工作空间计算变量t和y，将其运算的结果作为系统的输入。

图7.13 模块的参数设置

t=0:0.1:10; y=sin(t); t=t';

图7.14 阶跃信号模块的参数

y=y';

然后将“From Workspace”模块的参数设置对话框打开，如图7.15(a)所示，在“Data”栏填写“[t,y]”，单击“OK”按钮完成。则在模型窗口中该模块就显示为图7.15(b)。用示波器作为接收模块，可以查看输出波形为正弦波。

图7.15 (a) 模块参数设置 (b) 从工作空间获取数据模块

“Data”的输入有几种，可以是矩阵、包含时间数据的结构数组。“From Workspace”模块的接收模块必须有输入端口，“Data”矩阵的列数应等于输入端口的个数+1，第一列自动当成时间向量，后面几列依次对应各端口。

t=0:0.1:2*pi; y=sin(t); y1=[t;y];

save Ex0702 y1

%保存在“Ex0702.mat”文件中

(4) 从文件获取数据(From file)

从文件获取数据模块是指从mat数据文件中获取数据为系统的输入。

y1=[t;y];

save Ex0702 y1 件中

%保存在“Ex0702.mat”文

然后将“From File”模块的参数设置对话框打开，如图7.16所示，在“File name”栏填写“Ex0702.mat”，单击“OK”按钮完成。用示波器作为接收模块，可以查看输出波形。

(5) 传递函数(Transfer function)

传递函数模块是用来构成连续系统结构的模块，其模块参数对话框如图7.17所示。

图7.17 传递函数模块参数设置 图7.18

在上图中设置“Denominator”为“[1 1.414 1]”，则在模型窗口中显示为如图7.18所示。 (6) 示波器(Scope)

示波器模块是用来接收输入信号并实时显示信号波形曲线，示波器窗口的工具栏可以调整显示的波形，显示正弦信号的示波器如图7.19所示。

图7.19 示波器窗口

2. 模块属性设置

每个模块的属性对话框的内容都相同，如图7.22所示。

(1) 说明(Description)

对模块在模型中用法的注释。 (2) 优先级(Priority)

规定该模块在模型中相对于其它模块执行的优先顺序。 (3) 标记(Tag)

用户为模块添加的文本格式标记。 (4) 调用函数(Open function)

当用户双击该模块时调用的MATLAB函数。 (5) 属性格式字符串(Attributes format string) 指定在该模块的图标下显示模块的哪个参数和

图7.23 模块的属性格式字符串

格式。

7.5复杂系统的仿真与分析

Simulink的模型实际上是定义了仿真系统的微分或差分方程组，而仿真则是用数值解算法来求解方程。