MATLAB基礎及應用

第2版主編：于潤偉朱曉慧第7章Simulink仿真本章要點Simulink系統的基本模塊仿真模型的編輯仿真參數的設置7.1認識SimulinkSimulink是MATLAB環境下對動態系統進行建模、仿真和分析的一個軟件包。該系統的兩個主要功能就是Simu（仿真）和Link（連接）。一、Simulink的啟動和退出1．Simulink的啟動在MATLAB操作桌面下，單擊工具欄中的圖標或在命令窗口鍵入命令Simulink，就會彈出一個名為“SimulinkLibraryBrowser”的瀏覽器窗口。2．模型的創建

在創建新模型時，單擊SimulinkLibraryBrowser瀏覽器上方工具欄內的“建立新模型”圖標、或者單擊MATLAB命令窗口File→New→Model選項，會彈出一個名為Untitled（無標題）的空白窗口，所有控制模塊都創建在這個窗口中。

二、Simulink基本模塊

在Simulink的模塊庫瀏覽器窗口左側的Simulink選項上單擊鼠標右鍵，單擊彈出菜單的Openthe‘Simulink’Labray選項，可以打開Simulink模塊庫窗口。

1．信號源模塊（Sources）

雙擊Simulink模塊庫窗口中的Sources模塊，即可打開信號源模塊。

信號源模塊

模塊功能模塊功能In1創建輸入端Ground接地Constant常數Clock當時時間SignalGenerator信號發生器DigitalClock數字時鐘Ramp斜波FromFile從文件讀數據SineWave正弦波FromWorkspace從工作空間讀數據Step階躍信號RandomNumber隨機信號RepeatingSequence重復序列UniformRandomNumber均勻隨機信號PulseGenerator脈沖發生器Band-LimitedWhiteNoise帶限白噪聲ChirpSignal快速正弦掃描2．輸出模塊（Sinks）模塊功能模塊功能Scope示波器ToFile輸出到文件FloatingScope可選示波器ToWorkspace輸出到工作空間XYGraphXY關系圖Terminator通用終端Outl創建輸出端StopSimulation輸出不為0時停止仿真Display實時數值顯示3．連續系統模塊（Continuous）連續系統模塊提供積分、微分等連續系統仿真的常用原件。

連續系統模塊的功能

模塊功能模塊功能Integrator積分Zero-Pole零極點Derivative微分Memory延時輸出State-Space狀態方程TransportDelay傳輸延時TransferFcn傳遞函數VariableTransportDelay可變傳輸延時4．離散系統模塊（Discrete）離散系統模塊提供了濾波器、傳遞函數等離散系統仿真模塊。離散系統模塊的功能

模塊功能模塊功能Zero-OrderHold零階保持器DiscreteFilter離散濾波器UnitDelay單位延時采樣保持DiscreteTransferFcn離散傳遞函數Discrete-TimeIntegrator離散時間積分DiscreteZero-Pole離散零極點DiscreteState-Space離散狀態方程First-OrderHold一階保持器8．數學運算模塊（MathOperations）

數學運算模塊提供了基本數學運算函數、三角函數、復數運算函數以及矩陣運算函數。數學運算模塊的功能

模塊功能模塊功能Sum求和RoundingFunction取整函數Product積或商CombinatorialLogic邏輯真值表DotProduct點積LogicOperator邏輯算子Gain常數增益BitwiseLogicalOperator位邏輯算子SliderGain可變增益RelationalOperator關系算子MatrixGain矩陣增益ComplextoMagnitude-Angle復數的模和輻角MathFunction數學運算函數Magnitude-AngletoComplex模和輻角合成函數Trigonometricfunction三角函數ComplextoReal-Imag復數的實部和虛部MinMax求最大值Real-ImagtoComplex實部和虛部合成復數Abs求絕對值AlgebraicConstraint強迫輸入信號為零Sign符號函數7.2Simulink模塊操作

一、模塊的編輯處理1．模塊的操作（1）添加模塊當要把一個模塊添加到模型中，先在Simulink模塊庫中找到它，然后直接將這個模塊拖入模型窗口中即可。（2）選取模塊當模塊已經位于模型窗口中時，只要用鼠標在模塊上單擊就可以選中該模塊，這時模塊的四角上出現一些黑色的小方塊，這些小方塊就是該模塊的關鍵點，拖動這些黑色小方塊可以改變模塊的大小。2．模塊位置和外形的調整（1）調整模塊位置（2）調整模塊大小（3）調整模塊方向（4）調整模塊顏色和效果3．模塊名的處理（1）改變模塊名（2）隱藏模塊名（3）改變模塊名的位置4．復制和刪除模塊（1）復制模塊（2）刪除模塊二、模塊屬性和參數的設置

1．模塊參數的設置

Simulink中幾乎所有模塊的參數（Parameters）都允許用戶進行設置，雙擊要設置的模塊就可以打開模塊參數設置對話框，不同模塊參數設置對話框的項目會不同。2．模塊屬性的設置

與參數設置對話框不同，所有模塊的屬性（Properties）設置對話框都是一樣的。選定要設置屬性的模塊，然后單擊Edit→BlockProperties…選項；或單擊右鍵在彈出的菜單中選擇BlockProperties…選項。該對話框有三個標簽：General（通用）、BlockAnnotation（模塊注解）和Callbacks（回調函數）。

三、模塊間的連線

1．連接兩個模塊從一個模塊的輸出端連到另一個模塊的輸入端是Simulink仿真最基本的操作。方法是先移動鼠標指向模塊的輸出端，鼠標的箭頭會變成十字形光標，這時按住鼠標左鍵，拖動鼠標到另一個模塊的輸入端，當十字形光標出現“重影”時，釋放鼠標即完成了連接。2．模塊間連線的調整用鼠標單擊連線，可以選中該連線。這時會看到線上的一些黑色小方塊，這些是連線的關鍵點。用鼠標按住關鍵點，拖動即可以改變連線的方向。

3．連線的分支仿真時經常會碰到需要把信號輸送到不同的接收端的情況，這時就需要分支結構的連線。可以先連好一條線，然后把鼠標移到支線的起點位置，先按下〈Ctrl〉鍵，然后按住鼠標，將連線拖到目標模塊，松開鼠標和〈Ctrl〉鍵即可。4．標注連線雙擊需要標注的連線，可以看到一個文本框，在里面輸入標注文字單擊回車鍵確定即可。用鼠標拖動文本框還可以改變標識的位置。另外，在Format→Port/SignalDisplays菜單下還有與連線標注有關的命令：1）SampleTimeColor：將采樣時間不同的模塊和連線用不同的顏色顯示。2）PortDataTypes：在連線上顯示傳輸數據的類型，如double、int32等。5．刪除連線如果想要刪除某條連線，可單擊要刪除的連線，此時連線上出現標記點，表示該連線已經被選中，然后單擊模型窗口工具欄中的【剪切】按鈕或者直接單擊鍵盤上的〈Delete〉鍵，即可刪除該連線。7.3仿真模型的參數設置

選擇模型窗口Simulation→ConfigurationParameters…選項，將出現仿真參數配置窗口。仿真參數配置窗口主要分為7個選項卡：Solver（解題器）、DataImport/Export（數據輸入/輸出），Optimization（優化）、Diagnostics（診斷）、HardwareImplementation（硬件工具）、ModelReferencing（模型引用）和Real-TimeWorkshop（實時工作空間），其中Solver、DataImport/Export和Diagnostics三項經常用到。

一、Solver選項卡

（1）Simulinktime設置仿真起始時間和停止時間。（2）Solveroptions仿真解題器的操作。根據類型（Type）的變化分為：Variable-step（變步長算法）和Fixed-step（固定步長算法）。二、DataImport/Export選項卡

DataImport/Export選項卡主要用來設置Simulink與MATLAB工作空間交換數據的有關選項。（1）Loadfromworkspace從工作空間中載入數據。1）Input：先選中Input核選框，在后面的編輯框內輸入數據的變量名。2）Initialstate：表示模塊的初始狀態。對模塊進行初始化時，先選中Initialstate核選框，（2）Savetoworkspace將輸出保存到工作空間。在Savetoworkspace區域中，可以選擇的輸出選項有：Time（時間），States（狀態），Output（輸出端口）和Finalstate（最終狀態）。（3）Saveoptions保存操作。1）Format：可以選擇數組、結構和包含時間的結構三種形式。2）Limitdatapointstolast：用來限定保存到工作空間中的數據量。3）Decimation：從幾個數據中抽取一個數據輸出。4）Outputoptions：輸出操作設置，變步長算法獨有。有三種輸出方式：Refineoutput（細化輸出）、Produce