1、第十章 SIMULINK動態仿真集成環境7/23/20221 Simulink操作基礎 系統仿真模型 系統的仿真使用命令操作對系統進行仿真子系統及其封裝技術7/23/2022210.1 Simulink操作基礎10.1.1 Simulink簡介 Simulink是MATLAB的重要組成部分，提供建立系統模型、選擇仿真參數和數值算法、啟動仿真程序對該系統進行仿真、設置不同的輸出方式來觀察仿真結果等功能。7/23/2022310.1.2 Simulink的啟動與退出 1. Simulink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

2、即可啟動Simulink。Simulink啟動后會顯示Simulink模塊庫瀏覽器(Simulink Library Browser)窗口。7/23/20224 在MATLAB主窗口File菜單中選擇New菜單項下的Model命令，在出現Simulink模塊庫瀏覽器的同時，還會出現一個名字為untitled的模型編輯窗口。在啟動Simulink模塊庫瀏覽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，可以通過鼠標的拖放操作創建一個模型。7/23/20225 模型創建完成后，從模型編輯窗口的File菜單項中選擇Save或Save As命

3、令，可以將模型以模型文件的格式(擴展名為.mdl)存入磁盤。 如果要對一個已經存在的模型文件進行編輯修改，需要打開該模型文件，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)。在模塊庫瀏覽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，也能打開已經存在的模型文件。另外，單擊模塊庫瀏覽器窗口工具欄上的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，也能打開已經存在的模型文件。7/23/202262. Simulink的退出 為了退出Simulink，只要關閉所有模型編輯窗口和Simulink模塊

4、庫瀏覽器窗口即可。7/23/2022710.2 系統仿真模型10.2.1 Simulink的基本模塊 Simulink的模塊庫提供了大量模塊。單擊模塊庫瀏覽器中Simulink前面的“+”號，將看到Simulink模塊庫中包含的子模塊庫，單擊所需要的子模塊庫，在右邊的窗口中將看到相應的基本模塊，選擇所需基本模塊，可用鼠標將其拖到模型編輯窗口。同樣，在模塊庫瀏覽器左側的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，將打開Simulink基本模塊庫窗口。單擊其中的子模塊庫圖標，打開子模塊庫，找到仿真所需要的基本模塊。7/23/202

5、2810.2.2 模塊的編輯 1. 添加模塊 2. 選取模塊 3. 復制與刪除模塊 4. 模塊外形的調整 5. 模塊名的處理7/23/2022910.2.3 模塊的連接 1. 連接兩個模塊 2. 模塊間連線的調整 3. 連線的分支 4. 標注連線 5. 刪除連線7/23/20221010.2.4 模塊的參數和屬性設置 1. 模塊的參數設置 Simulink中幾乎所有模塊的參數都允許用戶進行設置，只要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設置命令就會彈出模塊參數對話框。該對話框分為兩部分，上面一部分是模塊功能說明，下面一部分用來進行模塊參數設置。 同樣，先選擇

6、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設置命令也可以打開模塊參數對話框。7/23/2022112. 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，再在模型編輯窗口的Edit菜單下選擇Block properties命令，將打開模塊屬性對話框。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個基本屬性：Description(說明)、Priority(優先級) 、Tag(標記)。7/23/20221

7、2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，打開一個模型編輯窗口(2) 將所需模塊添加到模型中。(3) 設置模塊參數并連接各個模塊組成仿真模型。設置模塊參數后，用連線將各個模塊連接起來組成系統仿真模型。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。例10-1 有系統的微分方程，試建立系統仿真模型7/23/20221310.3 系統的仿真10.3.1 設置仿真參數 打開系統仿真模型，從模型編輯窗口的Simulation菜單中選擇Simulation parameters命令，打開一個仿真參數對話框，在其中可

8、以設置仿真參數。仿真參數對話框包含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止時間，選擇微分方程求解算法并為其規定參數，以及選擇某些輸出選項。 (2) Workspace I/O選項卡：用于管理對MATLAB工作空間的輸入和輸出。7/23/202214(3) Diagnostics選項卡：用于設置在仿真過程中出現各類錯誤時發出警告的等級。(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：用于設置若干實時工具中的參數。如果沒有安裝實時工具箱，則將不出現該選項卡。7/23/202215

9、10.3.2 啟動系統仿真與仿真結果分析 設置完仿真參數之后，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, 以供中途停止仿真使用。從Simulation菜單中選擇Stop項停止仿真后，Start項又變成可選。 為了觀察仿真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返回變量，然后使用MATLAB命令畫出該變量的變化曲線。(3) 把輸出結果送到To Worksp

10、ace模塊，從而將結果直接存入工作空間，然后用MATLAB命令畫出該變量的變化曲線。7/23/202216仿真過程如下：(1) 啟動Simulink并打開模型編輯窗口。(2) 將所需模塊添加到模型中。(3) 設置模塊參數并連接各個模塊組成仿真模型。 設置模塊參數后，用連線將各個模塊連接起來組成仿真模型。(4) 設置系統仿真參數。(5) 開始系統仿真。(6) 觀察仿真結果。例10-2 利用Simulink仿真曲線。7/23/202217例10-3 利用Simulink仿真求解微分方程模型。仿真過程如下：(1) 打開一個模型編輯窗口。(2) 將所需模塊添加到模型中。(3) 設置模塊參數并連接各個模

11、塊組成仿真模型。(4) 設置系統仿真參數。(5) 開始系統仿真。(6) 觀察仿真結果。7/23/20221810.3.3 系統仿真實例 至此，可以總結出利用Simulink進行系統仿真的步驟如下： (1) 建立系統仿真模型，這包括添加模塊、設置模塊參數以及進行模塊連接等操作。 (2) 設置仿真參數。 (3) 啟動仿真并分析仿真結果。例10-4 有初始狀態為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，試建立系統模型并仿真。 方法1：用積分器直接構造求解微分方程的模型。 方法2：利用傳遞函數模塊建模。 方法3：利用狀態方程模塊建模 7/23/202

12、2197/23/2022207/23/2022217/23/20222210.4 使用命令操作對系統進行仿真 從命令窗口運行仿真的函數有4個，即sim、simset、simget和set_param。 1. sim函數 sim函數的作用是運行一個由Simulink建立的模型，其調用格式為：t, x, y =sim(modname,timespan,options,data)7/23/2022232. simset函數 simset 函數用來為sim函數建立或編輯仿真參數或規定算法，并把設置結果保存在一個結構變量中。它有如下4種用法：(1) options=simset(property,val

13、ue,)：把property代表的參數賦值為value，結果保存在結構options中。(2) options=simset(old_opstruct,property,value,)：把已有的結構old_opstruct(由simset產生)中的參數property重新賦值為value，結果保存在新結構options中。(3) options=simset(old_opstruct,new_opstruct)：用結構new_opstruct的值替代已經存在的結構old_opstruct的值。(4) simset：顯示所有的參數名和它們可能的值。7/23/2022243. simget函數 s

14、imget函數用來獲得模型的參數設置值。如果參數值是用一個變量名定義的，simget返回的也是該變量的值而不是變量名。如果該變量在工作空間中不存在(即變量未被賦值)，則Simulink給出一個出錯信息。該函數有如下3種用法：(1) struct=simget(modname)：返回指定模型model的參數設置的options結構。(2) value=simget(modname,property)：返回指定模型model的參數property的值。(3) value=simget(options,property)：獲取options結構中的參數property的值。如果在該結構中未指定該參數

15、，則返回一個空陣。 用戶只需輸入能夠唯一識別它的那個參數名稱的前幾個字符即可，對參數名稱中字母的大小寫不作區別。7/23/2022254. set_param函數set_param函數的功能很多，這里只介紹如何用set_param函數設置Simulink仿真參數以及如何開始、暫停、終止仿真進程或者更新顯示一個仿真模型。(1) 設置仿真參數調用格式為：set_param(modname,property,value,)其中modname為設置的模型名，property為要設置的參數，value是設置值。這里設置的參數可以有很多種，而且和用simset設置的內容不盡相同，相關參數的設置可以參考有關

16、資料。7/23/202226(2) 控制仿真進程調用格式為：set_param(modname,SimulationCommand,cmd)其中mode為仿真模型名稱，而cmd是控制仿真進程的各個命令，包括start、stop、pause、comtinue或update。在使用這兩個函數的時候，需要注意必須先把模型打開。7/23/20222710.5 子系統及其封裝技術10.5.1 子系統的建立 建立子系統有兩種方法：通過Subsystem模塊建立子系統和通過已有的模塊建立子系統。兩者的區別是：前者先建立子系統，再為其添加功能模塊；后者先選擇模塊，再建立子系統。7/23/2022281. 通過

17、Subsystem模塊建立子系統操作步驟為：(1) 先打開Simulink模塊庫瀏覽器，新建一個仿真模型。(2) 打開Simulink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模塊打開一個空白的Subsystem窗口，將要組合的模塊添加到該窗口中，另外還要根據需要添加輸入模塊和輸出模塊，表示子系統的輸入端口和輸出端口。這樣，一個子系統就建好了。7/23/2022292. 通過已有的模塊建立子系統操作步驟為：(1) 先選擇要建立子系統的模塊，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C

18、reate Subsystem 命令，這樣，子系統就建好了。在這種情況下，系統會自動把輸入模塊和輸出模塊添加到子系統中，并把原來的模塊變為子系統的圖標。7/23/202230例10-5 PID控制器是在自動控制中經常使用 的模塊，試建立PID控制器的模型并建立 子系統。步驟如下：(1) 先建立PID控制器的模型。(2) 建立子系統。7/23/20223110.5.2 子系統的條件執行 1. 使能子系統 建立使能子系統的方法是：打開Simulink模塊庫中的Ports & Subsystems模塊庫，將Enable模塊復制到子系統模型中，則系統的圖標發生了變化。7/23/202232操作步驟如下

19、：(1) 打開Simulink模塊庫瀏覽器并新建一個仿真模型。(2) 將Sine Wave、Enabled Subsystem、Scope 3個模塊拖至新打開的模型編輯窗口，連接各模塊并存盤。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。使能子系統建立好后，可對Enable模塊進行參數設置。 (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。例10-6 利用使能子系統構成一個正弦半波整流器。7/23/2022332. 觸發子系統 觸發子系統是指當觸發事件發生時

20、開始執行子系統。與使能子系統相類似，觸發子系統的建立要把Ports & Subsystems模塊庫中的Trigger模塊添加到子系統中或直接選擇Triggered Subsystem模塊來建立觸發子系統。7/23/202234操作步驟如下：(1) 用Signal Generator、Triggered Subsystem和Scope模塊構成子系統。(2) 選擇Simulink菜單中的Start命令，就可看到波形。例10-7 利用觸發子系統將一鋸齒波轉換成方波。7/23/2022353. 使能加觸發子系統 所謂使能加觸發子系統就是把Enable和Tirgger模塊都加到子系統中，使能控制信號和觸發控制信號共同作用子系統的執行，也就是前兩種子系統的綜合。該系統的行為方式與觸發子系統相似，但只有當使能信號為正時，觸發事件才起作用。7/23/20223610.5.3 子系統的封裝 所謂子系統的封裝(Masking)，就是為子系統定制對話框和圖標，使子系統本身有一個獨立的操作界面，把子系統中的各模塊的參數對話框合成一個參數設置對話框，在使用時不必打開每個模塊進行參數設置，這樣使子系統的使用更加方便。 子系統的封裝過程很簡單，先選中所要封裝的子系統，再選擇模型編輯窗口Edit菜單中的Mask subsystem命令，這時將出現封裝編輯器(Mask Editor)