第7章Simulink仿真環境7.1Simulink的概述7.2Simulink的工作環境7.3常用模塊及仿真命令7.4Simulink的應用實例7.5子系統與封裝7.6S函數的設計與應用7.7綜合實例介紹7.1Simulink的概述1.Simulink的特點（1）設計簡單，系統結構使用方框圖繪制，以繪制模型化的圖形代替程序輸入，以鼠標操作代替編程；（2）分析直觀，用戶不需要考慮系統模塊內部，只要考慮系統中各模塊的輸入輸出；（3）仿真快速、準確，智能化地建立各環節的方程，自動地在給定精度要求下以最快速度仿真，還可以交互式地進行仿真。7.2Simulink的工作環境在MATLAB的命令窗口輸入“simulink”，或單擊“Home”面板的工具欄中，就可以打開Simulink模塊庫瀏覽器（SimulinkLibraryBrowser）窗口。左側以樹狀結構列出模塊庫和工具箱，右側列出的是左側所選模塊庫中所有的子模塊庫；在右欄選擇子模塊庫名或在左欄雙擊子模塊庫名都可以打開子模塊庫。7.2.1一個簡單的Simulink實例例7-1

將一個階躍輸入信號送到積分環節，并將階躍輸入信號積分后的信號和階躍信號都送到示波器進行比較。1.創建空白模型2.添加模塊3.設置模塊的屬性參數4.添加連接線5.設置模型的仿真參數6.仿真7.保存模型7.2.2模型的編輯1.模塊的操作模塊的設置、翻轉、修改模塊名和信號線與模塊分離。2.信號線的操作信號線的設置、分支、注釋、屬性3.模型的文本注釋

7.2.3仿真參數的設置1.仿真器參數設置（Solver）（1）仿真時間（Simulationtime）仿真的起始時間（Starttime）：默認為0，單位為秒；仿真的結束時間（Stoptime）：默認為10，單位為秒。（2）仿真模式選擇（Solverselection）仿真的過程一般是求解微分方程組，“Type”是設置求解的類型，“Variable-step”表示仿真步長是變化的，“Fixed-step”表示固定步長。“Solver”：設置仿真解法的具體算法類型。變步長的算法有discrete、ode45、ode23、ode113、ode15s、ode23s、ode23t、ode23tb、odeN和daessc，默認使用auto；定步長的算法有discrete、ode8、ode5、ode4、ode3、ode2、ode1、ode14x和ode1be。這些算法中ode45為四/五階龍格庫塔法適用于大多數連續或離散系統；如果模型全部是離散的，則都采用discrete方式；ode23達到同樣精度時比ode45的步長小；ode23s和ode15s可以解Stiff方程；ode113是變階的Adams法，為多步預報校正算法。

2.工作空間數據輸入輸出的設置（DataImport/Outport）（1）從工作空間裝載數據（Loadfromworkspace）（2）保存數據到工作空間（Savetoworkspace）（3）變量保存設置（Saveoptions）練習關于仿真模式正確的是______ A.仿真步長的變化由相對誤差決定

B.系統的仿真算法一般是discrete

C.系統的仿真算法一般是ode45

D.系統的仿真算法一般是ode23tbAC7.2.4Simulink的工作過程仿真包括以下幾個步驟。（1）模型編譯（2）連接（3）仿真執行仿真執行包括兩個階段：（1）初始化階段，只執行一次，用于初始化系統的狀態和輸出；（2）迭代階段，每隔一個時間步就重復執行一次，用于計算并更新模型新的輸入、狀態和輸出。每個仿真步都做如下操作：按照模塊的排列順序，更新模型中所有模塊的輸出；更新模型中所有模塊的狀態；根據用戶的設置決定是否檢測模塊連續狀態中的不連續性；計算下一個時間步的時間。例

創建一個單位負反饋的二階系統，輸入為階躍信號，二階系統采用零極點模式的傳遞函數模塊，將輸出送到示波器顯示。參數設置ModelExplorer7.3常用模塊及仿真命令

7.3.1Simunlik的常用模塊1．示波器（Scope）顯示設置顯示形式示波器可以進行仿真運行和單步運行，在工具欄中的與Simulink工具欄中的相同，可以進行步長設置、仿真運行和單步運行。波器的主要參數有：Limitdatapointstolast：表示緩沖區接收數據的長度，默認為5000，示波器的緩沖區可接收30個信號，數據長度為5000，如果數據長度超出，則最早的歷史數據會被清除。Logdatatoworkspace：把示波器緩沖區中保存的數據以矩陣或結構數組的形式送到工作空間，在下面兩欄設置變量名“Variablename”和數據類型“Format”。輸入端口數2.從工作空間獲取數據（Fromworkspace）和從文件獲取數據（Fromfile）Fromworkspace和Fromfile分別是從工作空間和MAT文件輸入數據，都在“Sources”子模塊庫中。3.輸出到文件（ToFile）和輸出到工作空間（ToWorkspace）4．傳遞函數（Transferfunction）和零極點傳遞函數（Zero-Pole）例

創建一個單位負反饋的二階系統，采用傳遞函數模塊作為系統模型，并將輸出送到MAT文件中。

6.零階保持器（Zero-OrderHold）7.選擇開關（Switch）例

使用Switch模塊對輸入的正弦信號和三角鋸齒波信號進行選擇輸出，t>=5秒時輸出正弦信號，t<5時輸出鋸齒波信號，然后采樣保持送到示波器顯示。設置模塊SineWave的Frequency頻率參數為2；SignalGenerator的Waveform為sawthooth，Frequency頻率參數為2；Step的Steptime參數為5；Switch模塊的Criteriaforpassingfirstinput參數為u2>Threshold；Zero-OrderHold模塊的Sampletime為0.1。7.3.2使用命令運行Simulink模型啟動模型的仿真可以使用sim函數來完成。simOut=sim('model',Name,Value)%利用輸入參數進行仿真說明：'model'為模型名，其余參數都可以省略；simOut是仿真結果，是Simulink.SimulationOutput類型數據；Name和Value是用名稱-值對指定的參數，包括SimulationMode、AbsTol等參數。例

>>Simout=sim('ex7_6'); %運行仿真7.3.3仿真結構參數化例將單位負反饋二階系統的參數使用變量表示，變量的值存放在“ex7_6_2.m”文件中。模塊參數的三個變量在“ex7_6_2.m”文件中設置，則文件內容如下：%ex7_6_2設置參數T1,T2,KT1=1;T2=2;K=10;7.4Simulink的應用實例

7.4.1Simulink在電路中的應用實例例7-6

根據電路橋電路創建一個Simulink模型，求電路中的電流，電路如圖，已知電阻R=5Ω，Ra=25Ω，Rb=100Ω，Rc=125Ω，Rd=100Ω，Re=37.5Ω，求當直流電源為40V時電路中的電流。7.4.2Simulink在數字電路中的應用實例例

創建一個Simulink模型實現三－八譯碼器的仿真。7.4.3Simulink在電機拖動中的應用實例

例使用Simulink建立他勵直流電動機電樞串聯三級電阻起動的仿真模型，觀察并分析在串聯電阻起動過程中電樞電流、轉速和電磁轉矩的變化曲線。串電阻啟動7.5子系統與封裝

7.5.1創建子系統在模型中新建子系統的步驟如下：（1）將模型中需要創建成子系統的模塊都選中；（2）選擇菜單“Edit”→“Createsubsystem”，將選中的模塊用“Subsystem”模塊代替；（3）修改子系統名，新建的子系統名默認為“Subsystem”；（4）修改輸入輸出端口名，新建子系統中的輸入端口默認名為“In1”、“In2”…，輸出端口名為“Out1”、“Out2”…，可以修改端口名稱。例

將例7-9的Simulink模型中的串電阻環節創建為子系統。7.5.2封裝子系統封裝子系統的步驟：（1）選擇需要封裝的子系統并雙擊打開，將需要設置的模塊參數設置為變量；（2）選擇菜單“Mask”→“CreateMask…”，打開封裝對話框MaskEditor，設置“Icon&Ports”、“Parameters&Dialog”、“Initialization”和“Documentation”選項卡的各種參數，對子系統的外觀、輸入參數、初始值和文字說明進行設置；（3）保存設置。例串電阻環節進行封裝，實現在子系統的參數對話框中輸入三級電阻的阻值。封裝對話框中有“Icon&Ports”、“Parameters&Dialog”、“Initialization”和“Documentation”四個選項卡。7.5.3子系統模塊的應用在模塊庫Ports&Subsystems中有一些子系統模塊，包括原子子系統AtomicSubsystem、使能子系統EnabledSubsystem、使能觸發子系統EnabledandTriggeredSubsystem和函數調用子系統Function-CallSubsystem等，可以直接使用這些子系統方便的創建模型。例

使用使能觸發子系統EnabledandTriggeredSubsystem模塊，實現正弦信號的采樣。使能子系統7.5.4定義自己的模塊庫創建模塊庫的方法是在Simulink環境中，選擇菜單“File”→“New”→“Library”，則會出現空白的模塊庫窗口，將模塊復制到模塊庫窗口中，并將模塊庫保存為.mdl文件。7.6S函數的設計與應用

7.6.1S函數簡介S函數模塊在“User-DefinedFunctions”子模塊庫中，通過“S-Function”模塊創建包含S函數的Simulink模型。在“S-Functionname:”中必須填寫不帶擴展名的S函數文件名，“S-Functionparameters:”中填寫模塊的參數。每個Simulink模塊都是由三個基本元素組成，即輸入向量u、狀態向量x和輸出向量y，輸出向量y是輸入和采樣時間的函數，它們的函數關系如下：每個M文件S函數都有一套固定調用變量的規則，創建S函數較簡便的方法是按照MATLAB提供的參考模板來編寫，S函數M文件形式的標準模板程序為“C:\ProgramFiles\Polyspace\R2021a\toolbox\simulink\blocks\sfuntmpl.m”。function[sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=sfuntmpl(t,x,u,flag)說明：sfuntmpl：S函數的名稱，根據用戶需要修改為自己的函數名；t：當前仿真時間；x：S函數模塊的狀態向量，為模塊內部的計算量或緩存量；u：S函數模塊的輸入，如果沒有輸入則u是函數的自變量；flag：標識S函數當前所處的仿真階段，以便執行相應的子函數；ts：返回兩列矩陣包括采樣時間；[00]表示S函數在每一個時間步都運行，[-10]表示S函數模塊與和它相連的模塊以相同的速率運行，[0.50.1]表示從0.1s開始每隔0.5s采樣一次；sys：返回仿真結果，根據表7-5不同的flag返回值也不同；x0：返回初始狀態值；str：保留參數。8.1.4將Simulink模型結構圖轉化為系統模型MATLAB提供了linmod函數命令將Simulink模型轉換為數學模型。例8-9根據模型結構框圖在Simulink環境中創建系統模型，使用函數命令轉化為傳遞函數。>>r1=1;r2=2;c1=3;c2=4;>>[A,B,C,D]=linmod('ex8_8'); %將m