第八章

MATLAB

Simulink

仿真Simulink的基本操作Simulink模塊庫與系統仿真Simulink子系統與模塊封裝Simulink仿真實例合肥工業大學《MATLAB基礎與應用》8.1

Simulink的基本操作8.1.1

Simulink的啟動打開MATLAB，在命令窗口輸入simulink后按回車鍵或用鼠標單擊MATLAB主窗口工具欄上的Simulink快鍵命令按鈕，即可啟動Simulink，如圖8.1所示。圖8.1

Simulink啟動窗口8.1

Simulink的基本操作Simulink啟動后會在桌面彈出Simulink模塊庫瀏覽器（Simulink

LibraryBrowser）窗口，其中左側列出的是模塊庫和工具箱，右側列出的是左側模塊對應的子模塊庫；如圖8.2所示。圖8.2

Simulink模塊庫瀏覽器窗口8.1

Simulink的基本操作8.1.2

Simulink模型窗口的建立在MATLAB主菜單中，選擇File菜單中New菜單項的Simulink

Model命令，便可打開模型編輯窗口，如圖8.3所示。在模型窗口中用戶可通過選擇模塊庫中的仿真模塊來建模和仿真。圖8.3

Simulink模型編輯窗口8.2

Simulink模塊庫與系統仿真8.2.1

Simulink模塊庫Simulink的模塊庫提供了大量模塊。單擊模塊庫瀏覽器中Simulink前面的符號，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。常見的Simulink公共模塊庫如圖8.4所示。圖8.4

Simulink公共模塊庫【例8.1】利用Simulink設計一個簡單模型，將一時間信號輸出到示波器中。解題基本步驟如下：在MATLAB中打開Simulink模塊庫瀏覽器（Simulink

Library

Browser）窗口。選擇菜單File→New→Model，新建一個名為untitled的空白模型窗口。在空白模型窗口右側的子模塊窗口中，單擊Source子模塊庫前的“+”號便可看到各種輸入源模塊。用鼠標單擊所需的輸入信號源模塊Clock（時間信號），將其拖放到的空白模型窗口untitled，則Clock模塊就被添加到untitled窗口；用同樣的方法打開接收模塊庫Sinks，選擇其中的Scope模塊（示波器）并拖放到

untitled窗口中。在untitled窗口中，用鼠標指向Clock右側的輸出端，當光標變為十字符時，按住鼠標拖向Scope模塊的輸入端，松開鼠標按鍵，就完成了兩個模塊間的信號線連接，即建成了一個簡單的模型，如圖8.5所示。開始仿真。單擊untitled模型窗口中的“開始仿真”圖標，或者選擇菜單Simulink→Run，則仿真開始。雙擊Scope模塊出現示波器顯示屏，結果如圖8.6所示。8.2

Simulink模塊庫與系統仿真8.2

Simulink模塊庫與系統仿真圖8.5

Simulink模型窗口圖8.6仿真結果（8）保存模型，單擊工具欄的圖標，將該模型保存為Ex0801.mdl文件。8.2

Simulink模塊庫與系統仿真8.2.2

Simulink環境下的仿真運行1．設置仿真參數在系統仿真過程中，需先對仿真算法、輸出模式等各種仿真參數進行設置，如圖8.9所示。圖8.9仿真參數設置對話框8.2

Simulink模塊庫與系統仿真啟動系統仿真與仿真結果分析設置完仿真參數后，從Simulation中選擇Run菜單項或單擊模型編輯窗口中的快鍵命令按鈕，便可啟動對當前模型的仿真。為了觀察仿真結果的變化軌跡，可以采用三種方法：把輸出結果送給Scope模塊或XY

Graph模塊。把仿真結果送到To

File模塊并作為返回變量，默認文件名的后綴為.mat，然后使用MATLAB命令畫出該變量的變化曲線。把輸出結果送到To

Workspace模塊，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。8.2

Simulink模塊庫與系統仿真【例8.2】用Simulink創建一個正弦信號的仿真模型。本例解題的基本步驟如下：打開Simulink模塊庫瀏覽器（Simulink

Library

Browser）窗口，如圖

8.10所示。新建一個名為untitled的空白模型窗口。圖8.10

Simulink

Library

Browser8.2

Simulink模塊庫與系統仿真用鼠標單擊Source子模塊庫中的輸入信號源模塊Sine

Wave（正弦信號），將其拖放到的空白模型窗口untitled，如圖8.11所示。用同樣的方法打開接收模塊庫Sinks，選擇其中的Scope模塊（示波器）并拖放到untitled窗口中。圖8.11

Simulink界面8.2

Simulink模塊庫與系統仿真在untitled窗口中，將兩個模塊連接起來，建成一個簡單的模型，如圖8.12所示。開始仿真。單擊untitled模型窗口中的“開始仿真”圖標，則仿真開始。雙擊Scope模塊出現示波器顯示屏，可以看到正弦波形，如圖8.13所示。圖8.13仿真結果圖8.12

Simulink模型窗口（7）保存模型。單擊工具欄上的圖標，將該模型保存為Ex0802.mdl文件。8.3

Simulink子系統與模塊封裝8.3.1

Simulink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。通過Subsystem模塊建立子系統操作步驟如下：先打開Simulink模塊庫瀏覽器，新建一個空白模型編輯窗口。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，如圖8.14所示。雙擊Subsystem模塊，Simulink會在當前窗口或一個新的模型窗口中打開子系統，如圖8.15所示。用戶可將要組合的模塊添加到該窗口中，這樣就建好了一個子系統。子系統窗口中的Inport模塊表示來自于子系統外的輸入，Export模塊表示外部輸出。8.3

Simulink子系統與模塊封裝在圖8.15的基礎上，再添加一個In1模塊、一個Add模塊，并用線連接起，如圖8.16(a)所示。原來的子系統也變成了新的子系統，這個子系統表示對兩個外部輸入求和，并將結果通過Export模塊輸出到子系統外的模塊，如圖8.16(b)所示。圖8.14

Simulink模型窗口圖8.15子系統模型窗口圖8.16(a)新的子系統模型窗口圖8.16(b)新的子系統模型窗口8.3

Simulink子系統與模塊封裝【例8.3】用Simulink創建一個子系統，求n個自然數之和?；静襟E如下：打開Simulink模塊庫瀏覽器，新建一個名為untitled的空白模型窗口。添加模塊。將Sources子模塊庫中的Constant模塊、Ports

&

Subsystems模塊庫

中的For

Iterator

Subsystem模塊、Sinks模塊庫中的Display模塊依次添加到模型編輯窗口中并連接，如圖8.17所示。打開子系統模塊。雙擊圖8.17中r

For

Iterator

Subsystem模塊，打開默認子系統模塊，如圖8.18所示。圖8.17

Simulink模型窗口圖8.18默認子系統模塊8.3

Simulink子系統與模塊封裝設置模塊屬性。在圖8.18的模型窗口中雙擊ForIterator模塊，將ForIterator模塊參數對話框中的Statewhenstarting參數設置為reset，將Iteration

limitsource參數設置為external，并選擇Show

iteration

variable復選框，如圖8.19所示。在子系統中添加模塊。將Commonly

Used

Blocks子模塊庫中的Data

TypeConversion模塊、Math

Operations模塊庫中的Add模塊、Discrete模塊庫中的UnitDelay模塊依次添加到模型編輯窗口中并連接，如圖8.20所示。圖8.19模塊參數設置對話框圖8.20子系統模塊8.3

Simulink子系統與模塊封裝返回主系統，雙擊常數模塊Constant，打開參數對話框，將參數Constant

Value的值設為100，如圖8.21所示。開始運行。單擊untitled模型窗口中的“開始仿真”圖標，結果如圖8.22所示。由運行結果可知前100個自然數之和為5050，這與理論計算結果是一致的。圖8.21常數模塊參數設置對話框圖8.22運行結果8.3

Simulink子系統與模塊封裝通過已有的模塊建立子系統操作步驟為：先選擇要建立子系統的模塊，不包括輸入端口和輸出端口。選擇模型編輯窗口Diagram菜單中的Create

Subsystem

from

Selection命令，或者按快捷鍵Ctrl+G，就建好了子系統，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?！纠?.4】為圖8.22所示子系統模塊建立一個新的子系統?；静襟E如下：在圖8.22中的編輯模型窗口中，單擊鼠標左鍵并拖動，全選所有模塊，如圖8.23所示。單擊模型編輯窗口Diagram菜單中的Create

Subsystem

from

Selection命令，

Simulink會將所選模塊用Subsystem模塊代替，如圖8.24所示。8.3

Simulink子系統與模塊封裝圖8.23選擇子系統中全部模塊圖8.24新的子系統模塊8.3

Simulink子系統與模塊封裝8.3.2

子系統的條件執行條件執行子系統也是一個子系統，但在模型中是否執行條件子系統則取決于其他條件信號。常見的有以下幾種類型的條件執行子系統。1．使能子系統使能子系統（Enabled

Subsystem）模塊可作為單個單元執行，用戶可以按在子系統內放置Enable模塊的方式來創建使能子系統，并設置使能子系統內Enable端口模塊中的States

when

enabling參數來配置子系統內的模塊狀態，但它只有在驅動子系統使能端口的輸入信號大于零時才會執行。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。8.3

Simulink子系統與模塊封裝【例8.5】建立一個用使能子系統控制正弦信號為半波整流信號的模型?；静襟E如下：打開Simulink模塊庫瀏覽器，新建一個名為untitled的空白模型窗口。添加模塊。模型以Sine

wave（正弦信號）為輸入信號源，以

Enabled

Subsystem（使能子系統）為控制模塊，以Scope（示波器）為接收模塊，依次添加模塊并連接模塊，將Sine

wave模塊的輸出作為

Enabled

Subsystem的控制信號，模型如圖8.25所示。設置模塊參數。打開Enable模塊對話框，如圖8.26所示，States

when

enabling參數包括兩個選項：held選項表示使狀態保持為最近的值，reset選項表示使狀態返回到初始條件。Enable模塊對話框的另一個選項是Show

output

port復選框，選擇這個選項表示允許用戶輸出使能控制信號。8.3

Simulink子系統與模塊封裝圖8.25

使能子系統模型

圖8.26

Enable模塊參數設置打開使能子系統中每個Export輸出端口模塊的對話框，如圖8.27所示。8.3

Simulink子系統與模塊封裝（4）開始仿真。由于EnabledSubsystem的控制為正弦信號，大于零時執行輸出，小于零時就停止，因此示波器顯示為半波整流信號，示波器的顯示如圖8.28所示。圖8.27

Out1模塊參數設置圖8.28示波器顯示的半波整流信號8.3

Simulink子系統與模塊封裝觸發子系統觸發子系統（Triggered

Subsystem）是指當觸發事件發生時開始執行子系統。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?！纠?.6】建立一個用觸發子系統控制正弦信號輸出階梯波形的模型?；静襟E如下：打開Simulink模塊庫瀏覽器，新建一個名為untitled的空白模型窗口。添加模塊。模型以Sine

wave（正弦信號）為輸入信號源，以

Triggered

Subsystem（觸發子系統）為控制模塊，以Scope（示波器）為接收模塊，選擇Sources模塊庫中的Pulse

Generator模塊為控制信號。連接模塊，將Pulse

Generator模塊的輸出作為Triggered

Subsystem的控制信號，模型如圖8.29所示。8.3

Simulink子系統與模塊封裝（3）設置模塊參數。打開Trigger模塊的參數對話框，如圖8.30所示，其中Trigger

type參數包括上升沿、下降沿、雙邊沿、函數調用觸發。當觸發事件發生時，觸發子系

統不能重新設置它們的狀態，任何離散模塊的狀態在兩次觸發事件之間會

一直持續下去。圖8.29觸發子系統模型圖8.30

Trigger模塊參數設置8.3

Simulink子系統與模塊封裝（4）開始仿真。由于Triggered

Subsystem的控制為Pulse

Generator模塊的輸出，示波器輸出如圖8.31所示。圖8.31示波器顯示的觸發信號8.3

Simulink子系統與模塊封裝3．觸發使能子系統所謂使能加觸發子系統（Enabled

and

Triggered

Subsystem），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，即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，但只有當使能控制信號為正值時，觸發使能子系統才執行一次。8.3

Simulink子系統與模塊封裝8.3.3

Simulink子系統的封裝所謂子系統的封裝（Masking），是指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，把子系統中各模塊要設置的參數設為變量進行封裝，使變量可在封裝系統的參數設置對話框中統一進行設置，從而不必打開每個模塊進行參數設置，進而使子系統的使用更加便捷且不易出錯。封裝子系統的步驟：創建子系統。選擇要封裝的子系統并雙擊打開，給需要進行賦值的參數指定一個變量名。返回子系統，單擊菜單欄中的Diagram選項或單擊鼠標右鍵，選擇

Mask→Create

Mask，即可打開封裝對話框。在封裝對話框中設置封裝子系統的相關參數，主要有Icon

&

Ports、

Parameters、I