1、1第三講 MATLAB的SIMULINK仿真 31 快速入門32 模型的創建和模型文件33 仿真運行34 系統建模35 子系統的創建、封裝及受控執行 36 常用工具箱簡介37 仿真設計實例 371 幅度調制的仿真 372 平衡正交調幅與解調231 快速入門 在 SIMULINK 提供的圖形用戶界面GUI上，只要進行鼠標的簡單拖拉操作就可構造出復雜的仿真模型。它外表以方塊圖形式呈現，且采用分層結構。331 快速入門（續1） 在MATLAB 5.3 版中，可直接在 SIMULINK 環境中運作的工具包很多，已覆蓋通信、控制、信號處理、DSP、電力系統等諸多領域，所涉內容專業性極強。432 模型的創

2、建和模型文件 信源（ Sources）：可以是常數、時鐘、白噪聲、正弦波、階梯波、掃頻信號、脈沖生成器、隨機數產生器等信號源；532 模型的創建和模型文件（續1） 選擇對象；632 模型的創建和模型文件（續2） SIMULINK 除了可以通過圖形界面設計模塊外 ，也可以通過直接編寫 mdl 文件來設計仿真模型圖。 一個有輸入和輸出的圖形界面設計模塊。 用 mdl 文件編寫有輸入和輸出的增益器。 （在 Word下 ）（韓利竹P161）GainInOut111733 仿真運行331 使用菜單進行仿真 設置仿真參數和選擇求解器 在 Solver 頁面，設置開始和停止時間，選擇求解器和指定求解器（so

3、lver）的參數，另外還可以選擇一些輸出選項。833 仿真運行（續1） 可以由一個M 文件來啟動一個仿真，并且允許模塊中的參數發生改變 。933 仿真運行（續2）334 綜合算例 （M3_ex3_3_1.m）例3_3_1：求非線性系統 的相平面軌跡、平衡點，并進行穩定性分析。1034 系統建模 341 連續系統建模 線性系統建模舉例例3_4_3：直接利用傳遞函數模塊求解方程。 假設從實際自然界（力學、電學、生態等）或社會中，抽象出有初始狀態為0的二階微分程 ， 是單位階躍函數。本例演示如何用積分器直接構搭求解該微分方程的模型。 對二階微分程進行拉氏變換：可以得到： 11341 連續系統建模（續

4、）例3_4_4：求非線性系統 的相平面軌跡、平衡點，并進行穩定性分析。12342 離散時間系統和混合系統建模 用組合邏輯模塊產生 的“邏輯和”結果 及“邏輯或”結果 。（1）建立輸入輸出關系。（2）建立模型M3_ex3_4_5.mdl 13342 離散時間系統和混合系統建模（續） 離散-連續混合系統：在現代控制系統中 ，通常被控的對象是連續時間的（物理）子系統，而控制器是由邏輯控制器或計算機構成的離散子系統。對于這種離散-連續混合系統，模型參數設置頁中的幾乎所有 Solver 解算方法都能采用 。 1435 子系統的創建、封裝及受控執行 引用子系統的理由是：研究分析系統時 ，進行概念抽象（Ab

5、straction of concepts）的需要；為提高工作效率和可靠性，實施模塊“重用（Reuse）” 的需要。15351 用封裝的辦法創建模塊1。封裝模塊功能例3_5_1：封裝線性方程 y=mx+b 的模型。 （ M3_ex3_5_1.mdl） 子系統mx+b 包含了一個Gain模塊，命名為Slope，其增益常數為m；一個Constant模塊，命名為Intercept，其常數值參數指定為b。這些參數代表一條直線的斜率和截距。16351 用封裝的辦法創建模塊（續）2。產生封裝提示對話框 要產生這個系統的封裝，先選取子系統模塊，然后從 Edit 菜單中選取 Mask Subsystem 命令

6、。 封裝提示對話框開始時大都顯示 Mask Editor 對話框的Initialization 選項卡。 把 Slope 和 Intercept 定義為 Edit 控件。3。產生封裝模塊描述和幫助文本 在 Documentation 選項卡中可以定義模塊的封裝類型、模塊描述和幫助文本。4。產生模塊的圖標 可以在 Mask Editor 對話框的 Icon 選項卡中定義圖標。17352 條件執行子系統 在 SIMULINK 模塊庫中，有兩個特殊模塊：Enable 模塊和Trigger 模塊。如果把這種模塊放到某個子系統中，則該子系統是否起作用將取決于外界的某個條件（狀態或事件 ）是否滿足，這樣就

7、構成了所謂的條件執行子系統（Conditionally Executed Subsystem） 。 常用的條件執行子系統有：使能子系統 （ Enabled Subsystem ）；觸發子系統 （ Trigged Subsystem ）；觸發使能子系統 （ Trigged and Enabled Subsystem ）。18使能子系統例3_5_2：利用使能原理構成一個半波整流器。本例演示使能子系統的創建及工作機理。 （ M3_ex3_5_2.mdl）（1）打開SIMULINK的新建模型窗口。（2）從SIMULINK庫中提取三個模塊Sine wave、 Subsystem 、 Scope 到新建窗

8、。然后進行文件保存操作，并起文件名為M3_ex3_5_2 （這保存操作只為以后調用方便，并非必要）。（3）雙擊空子系統模塊Subsystem ，打開其結構模型窗。（4）從SIMULINK庫中拷貝In輸入口模塊、Out輸出口模塊、Enable使能模塊到子系統的結構模型窗；把In 模塊的輸出直接送到Out模塊的輸入端；Enable模塊無須進行任何連接，且本例采用它的缺省設置；便實現了題目所需使能子系統。（5）完成M3_ex3_5_2窗口中各模塊間的連接。（6）雙擊示波器模塊，打開顯示窗。然后選擇M3_ex3_5_2窗口菜單項【Simulation:Start】，就可看到半波整流后的波形。19觸發子

9、系統例3_5_3：利用觸發子系統獲得零階保持的采樣信號。 本例演示：觸發子系統工作原理；在MATLAB指令窗中運行SIMULINK模型。（ M3_ex3_5_3.mdl）（1）構造如圖所示的仿真模型（ M3_ex3_5_3 _ mdl）（2）在MATLAB指令窗中運行SIMULINK模型（ M3_ex3_5_3.m）t,x,y=sim(M3_ex3_5_ 3 _ mdl ,10);clf,hold onplot(t,y(:,1),b)stairs(t,y(:,2),r)stairs(t,y(:,3),c:),hold offaxis(0 10 -1.1 1.1),box onlegend(si

10、newave,output,trigger,4) 20觸發使能子系統把觸發模塊和使能模塊裝置在同一個子系統中，就構成觸發使能子系統。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。2136 常用工具箱簡介具有16種功能強大的應用工具箱。我們常用工具箱有 SIMULINK、COMM、DSP 等。2237 仿真設計實例371 幅度調制的仿真（amdsb_tc.mdl） 幅度調制可以分為標準調幅（SAM）、抑制載波雙邊帶（DSB-SC）、單邊帶（SSBAM）、殘留邊帶（VSBAM）和平衡正交調幅（QAM）。 設調制信號為m(t) ，其幅度為1V，載波信號為 ，角頻率

11、為 ，各種調幅方式的已調波的表達式如下： 標準調幅：其中調制度 的數值范圍 在之間。 抑制載波雙邊帶調幅：單邊帶調幅： 為調制信號 的希爾伯特（Hilbert）變換。2337 仿真設計實例（續1） 幅度調制解調器可以分為包絡檢波和同步解調兩種基本方式，包絡檢波適用于標準調幅和殘留邊帶調幅，而同步解調適用于各種幅度調制方式。 包絡檢波器的結構十分簡單，它包括一個（或兩個）檢波二極管和一個低通濾波器。 同步解調器的核心部分是由一個乘法器和一個低通濾波器構成，由于同步解調要求在接收端必須產生一個與輸入載波信號同步的本地載波信號，因此同步解調器中還必須有一個載波恢復裝置，電路十分復雜。2437 仿真設

12、計實例（續2）372 平衡正交調幅與解調（qam.mdl） 平衡正交調幅與解調的仿真采用模塊仿真的方式，整個系統的概念是十分清晰的。從中可以觀察到兩路調制信號的波形，載波信號的波形和頻譜，兩路解調信號的波形。 平衡正交調幅的特點是可以在同一載波頻率上調制兩路不同的信號，其中一路信號調制在正弦波上，而另一路信號則調制在余弦波上。 平衡正交調幅的解調采用同步解調的方式。在模擬電視廣播中，兩路色差信號的傳輸就是采用平衡正交調幅的方式。 信號發生器的參數設置：頻率為 1Hz，信號幅度為1V，調制信號的類型分別為正弦波和鋸齒波。 正弦載波發生器的參數設置：角頻率為 200 （頻率為 100Hz），相位為

13、0，信號幅度為1V，采樣時間間隔為0.0025s（采樣頻率為 400Hz ）。2537 仿真設計實例（續3） 余弦載波發生器的參數設置：角頻率為 200 （頻率為 100Hz），相位為 ，信號幅度為1V，采樣時間間隔為0.0025s（采樣頻率為 400Hz ）。 各個示波器的參數設置：顯示時間范圍均為2s ； Input示波器的Y軸設置為1.2V和-1.2V；QAM示波器的Y軸設置為1.5V和-1.5V；Output示波器的Y軸設置為0.6V和-0.6V。 濾波器的參數設置：采用4階的切比雪夫II型低通濾波器，通帶的轉折頻率歸一值為0.5（頻率為 100Hz ），阻帶衰減為40dB。 采樣模塊

14、的參數設置：采樣時間間隔為0.0025s（采樣頻率為 400Hz ）。26MATLAB 5.3 版中的 16 種工具箱返回1 Simulink 庫 Communications Blockset（通信模塊集） Control System Toolbox（控制系統工具箱） Dials & Gauges Blockset（面板和儀表模塊集） DSP Blockset（數字信號處理模塊集） Fixed-Point Blockset（定點模塊集） Fuzzy Logic Toolbox（模糊邏輯工具箱） NCD Blockset（非線性控制設計模塊集） Neural Network Blockset

15、（神經網絡模塊集） MPC Blockset（ MPC 模塊集） Power System Blockset（電源系統模塊集） Real-Time Windows Target（實時窗口目標庫） Real-Time Workshop（實時工作空間庫） Stateflow（狀態流程庫） Simulink Extras（ Simulink附加庫） System ID Blockset（系統辨識模塊集）返回227例3_1_1：信號發生器和示波器。返回（sig_scope.mdl） 通過這個例子，對于系統仿真工具箱的使用有一個比較具體的認識。 首先從源模塊庫內拖出三個信號發生器模塊。 然后對它們分別進

16、行設置：一個為噪聲源，另外兩個為正弦波，頻率分別為0.2Hz和0.6Hz。 接著從 SimulinkMath 模塊庫內拖出一個加法器，將它的輸入端設置為三個。 最后從輸出模塊庫內拖出一個示波器。將上述五個模塊連接在一起。 進行系統仿真。28例3_1_2：實現兩個正弦信號的相乘。返回（劉敏P99-AM .mdl ）計算 將兩個正弦源的頻率設置為1Hz和10Hz，信號幅度均為1V；要求顯示兩個正弦波以及相乘后的波形 ，因此要求示波器有三個輸入端。 進行系統仿真。 仿真參數設置： 仿真時間設置：0 到 2s。 仿真步長設置：定步長（Fixed-Step）。 仿真算法設置：龍格-庫塔法的 5 階算法（

17、ode5）。29Simulink 庫返回 Sources 庫 Sinks 庫 Discrete 庫 Continuous 庫 Math 庫 Nonlinear 庫 Signals & Systems 庫 Functions & Tables 庫30Sources 庫返回Band-Limited White Noise（限帶白噪聲）Chirp Signal（掃頻信號）Clock（時鐘）Constant（常量）Digital Clock（數字時鐘） Discrete Pulse Generator（離散脈沖生成器）From Workspace（從工作空間讀取數據）From File（從文件讀數據）

18、Pulse Generator（脈沖生成器）Ramp（傾斜）Random Number（隨機數產生器）Repeating Sequence（重復序列）31Sources 庫（續）返回Signal Generator（信號發生 器）Sine Wave（正弦波）Step（階躍）Uniform Random Number（均勻分布隨機數）32Sinks 庫返回Display（顯示）Scope（示波器）Stop Simulation（停止仿真）To File（寫入文件）To Workspace（寫到工作空間）XY Graph（顯示平面圖形）33Discrete 庫返回Discrete Filter（離

19、散濾波器）Discrete State Space（離散狀態空間）Discrete-Time Integrator（離散時間積分器）Discrete Transfer Fcn（離散傳遞函數）Discrete Zero-Pole（數字零極點函數）First-Order Hold（一階保持）Zero-Order Hold（零階保持）Unit Delay（單位延遲）34Continuous 庫返回Derivative（導數）Integrator（積分器）Memory（記憶）State Space（狀態空間） Transfer Fcn（傳遞函數） Transport Delay（傳遞延遲） Varia

20、ble Transport Delay（可變傳輸延遲） Zero-Pole（零-極點） 35Math 庫返回Abs（絕對值）Algebraic ConstraintCombinatorial Logic（組合邏輯）Complex to Magnitude-Angle Complex to Real-Image Dot Product（點乘）Gain（增益） Logical Operator（邏輯運算） Magnitude-Angle to Complex（）Math Function（數學函數）Matrix Gain（矩陣增益）MinMax（最大最小值）36Math 庫（續）Product（乘

21、積）Real-Image to ComplexRelational Operator（關系運算）Rounding Function（圓整函數）Sign（符號） Slider Gain（滑塊增益） Sum（和） Trigonometric Function（三角函數） 返回37Nonlinear 庫返回Backlash 模塊Coulomb and Viscous Friction（庫侖和粘性摩擦）Dead Zone（死區）Manual Switch（手動開關 ） Multiport Switch（多路轉換開關） Quantizer（量化） Rate Limiter（限速器）Relay（繼電器）

22、Saturation（飽和）Switch（選擇開關） 38Signals & Systems 庫返回Bus Selector（總線選擇器）Configurable Subsystem（可配置子系統）Data Store Memory（數據存儲器）Data Store Read（讀數據存儲） Data Store Write（寫數據存儲） Data Type Conversion（數據類型轉換） Demux（解混） Enable（激活） From（導入）Goto（傳出 ）Goto Tag Visibility（傳出標記符的可見性）Ground（接地）Hit Crossing（捕獲穿越點）39Si

23、gnals & Systems 庫（續）返回IC（初始狀態）Inport（輸入端口）Merge（合并）Model Info （模型信息）Mux （混合）Outport（輸出端口） Probe （探測器）Selector（選擇器） Subsystem（子系統）Terminator（終結器）Trigger（觸發器）Width（寬度）Function-Call Generator（函數調用發生器）40Functions & Tables 庫返回Fcn（函數表達式 ）Look-Up Table（查找表 ）Look-Up Table （2-D）（二維查找表 ）MATLAB Fcn （MATLAB 函數

24、）S-Function（ S 函數 ） 41Communications Blockset返回 Channel Coding（信道編碼庫） Channels（信道庫） Comm Sinks（通信接收庫） Comm Sources（通信源庫） Modulation（調制和解調庫） Source Coding（源編碼庫） Synchronization（同步庫） Utility Functions（實用函數庫）42Channel Coding（信道編碼庫）返回 該庫中又包含的有：模塊編碼庫和卷積編碼庫。 模塊編碼庫中包含有各種編碼和解碼成對模塊以及演示模塊。 線性編碼模塊組：有二進制向量線性編碼、

25、解碼和演示三個模塊，二進制序列線性編碼、解碼和演示三個模塊。 循環編碼模塊組：有二進制向量循環編碼、解碼和演示三個模塊，二進制序列循環編碼、解碼和演示三個模塊。 Hamming 編碼模塊組：有二進制向量 Hamming 編碼、解碼和演示三個模塊，二進制序列 Hamming 編碼、解碼和演示三個模塊。 BCH 編碼模塊組：有二進制向量 BCH 編碼、解碼和演示三個模塊，二進制序列 BCH 編碼、解碼和演示三個模塊。 43Channel Coding（信道編碼庫） （續）返回 Reed-Solomon 編碼模塊組：有整數向量 RS 編碼、解碼和演示三個模塊，二進制向量 RS 編碼、解碼和演示三個模

26、塊，整數序列 RS 編碼、解碼和演示三個模塊，二進制序列 RS 編碼、解碼和演示三個模塊。 卷積編碼庫中包含有：卷積編碼、Viterbi 解碼和演示三個模塊。44Channels（信道庫）返回該庫中包含的模塊有： 加零均值 Gauss 白噪聲 （AWGN） 信道模塊及四個演示模塊。 加二進制誤差信道模塊及演示模塊。 有限二進制誤差信道模塊及演示模塊。 定參數 Rayleigh 衰減信道模塊，變參數 Rayleigh 衰減信道模塊及演示模塊。 定參數加 Rician 噪聲信道模塊，變參數加 Rician 噪聲信道模塊及兩個演示模塊。45Comm Sinks（通信接收庫）返回該庫中包含的模塊有：

27、觸發寫文件模塊及觸發文件 I/O 演示模塊。 觸發眼孔圖樣/散布圖模塊及演示模塊。 采樣時間眼孔圖樣/散布圖模塊及演示模塊。 誤差率計算模塊及演示模塊。46Comm Sources（通信源庫）返回該庫中包含的模塊有： 觸發文件讀入模塊及觸發文件 I/O 演示模塊。 采樣讀工作空間變量模塊，具有同步脈沖的采樣讀工作空間變量模塊。 具有采樣率的向量脈沖模塊。 偽隨機序列發生器模塊及演示模塊。 均勻分布噪聲發生器模塊及演示模塊。 Gauss 分布噪聲發生器模塊及演示模塊。 隨機整數發生器模塊及均勻分布整數演示模塊。 47Comm Sources（通信源庫） （續）返回 Poisson 分布隨機整數發

28、生器模塊及演示模塊。 二進制向量發生器模塊及演示模塊。 Bernoulli 分布隨機數發生器模塊及演示模塊。 Rayleigh 分布噪聲發生器模塊及演示模塊。 Rician 分布噪聲發生器模塊及演示模塊。48Modulation（調制和解調庫）返回調制庫中包含四個模塊庫，它們是：數字基帶調制模塊庫，數字通帶調制模塊庫，模擬基帶調制模塊庫，模擬通帶調制模塊庫。 數字基帶調制模塊庫，包含的模塊有： 基帶 MASK（Multiple Amplitude Shift Keying ，多幅鍵控法）調制、解調及演示三個模塊。 基帶 S-QASK（ Quadrature Amplitude Shift Ke

29、ying ，正交振幅相移鍵控法）調制、解調及演示三個模塊。 基帶 A-QASK 調制、解調及演示三個模塊。 基帶 MFSK（ Multiple Frequency Shift Keying ，多頻移鍵控法）調制模塊，基帶相干 MFSK 調制模塊，基帶非相干 MFSK 調制模塊及演示四個模塊。 基帶 MPSK（ Multiple Phase Shift Keying ，多相移鍵控法）調制、解調及演示三個模塊。49Modulation（調制和解調庫） （續1）返回 數字通帶調制模塊庫，包含的模塊有： 通帶 MASK 調制、解調及演示三個模塊。 通帶 S-QASK 調制、解調及演示三個模塊。 通帶

30、A-QASK 調制、解調及演示三個模塊。 通帶 MFSK 調制模塊，通帶相干 MFSK 調制模塊，通帶非相干 MFSK 調制模塊及演示四個模塊。 。 通帶 MPSK 調制、解調及演示三個模塊。 通帶 DPSK （ Differential Phase Shift Keying ，差分相移鍵控法）調制、解調兩個模塊。 通帶 MSK （ Minimun Phase Shift Keying ，最小相移鍵控法）調制、解調兩個模塊。 通帶 OQPSK （ Offset Quadrature Phase Shift Keying ，偏移正交相移鍵控法）調制、解調兩個模塊。50Modulation（調制和

31、解調庫） （續2）返回 模擬基帶調制模塊庫，包含的模塊有： 基帶 DSB-SC（Double Side Band Shift Control ，雙邊頻帶移位控制）AM （ Amplitude Modulation ，調幅） 、解調及演示三個模塊。 基帶 QAM（ Quadrature Amplitude Modulation ，正交幅度調制） 、解調及演示三個模塊。 基帶 FM（ Frequency Modulation ，調頻 ） 、解調及演示三個模塊。 基帶 PM（ Phase Modulation ，相位調制） 、解調及演示三個模塊。 基帶 SSB-AM（ Single Side Band Amplitude Modulation ，單邊帶調幅） 、解調及演示三個模塊。 具有傳輸載波的基帶AM 、解調及演示三個模塊。51Modulation（調制和解調庫） （續3）返回 模擬通帶調制模塊庫，包含的模塊有： 通帶 DSB-SC AM 、解調及演示三個模塊。 通帶 QAM 、解調及演示三個模塊。 通