第七章Simulink基础

第七章Simulink基础Chapter7:IntroductiontoSimulink一．Simulink初步(PrimerofSimulink)MATLABSimulink是一个动态仿真系统，用于对动态系统进行仿真和分析，预先模拟实际系统的特性和响应，根据设计和使用要求，对系统进行修改和优化。Simulink提供了图形化用户界面，只须点击鼠标就可以轻易的完成模型的创建、调试和仿真工作，用户不须专门掌握一种程序设计语言。Simulink可将系统分为从高级到低级的几个层次，每层又可以细分为几个部分，每层系统构建完成后，将各层连接起来构成一个完整系统。模型创建完成后，可以启动系统的仿真功能分析系统的动态特性，其内置的分析工具包括各种仿真算法、系统线性化、寻求平衡点等。仿真结果可以以图形方式在示波器窗口显示，也可将输出结果以变量形式保存起来，并输入到MATLAB中以完成进一步的分析。Simulink可以仿真线性和非线性系统，并能创建连续时间、离散时间或二者混合的系统。支持多采样频率系统。SimulinkVersion5.1(R13SP1)22-Aug-2003Modelanalysisandconstructionfunctions.Simulationsim-SimulateaSimulinkmodel.sldebug-DebugaSimulinkmodel.simset-DefineoptionstoSIMOptionsstructure.simget-GetSIMOptionsstructureLinearizationandtrimming.linmod-Extractlinearmodelfromcontinuous-timesystem.linmod2-Extractlinearmodel,advancedmethod.dlinmod-Extractlinearmodelfromdiscrete-timesystem.trim-Findsteady-stateoperatingpoint.ModelConstruction.close_system-Closeopenmodelorblock.new_system-Createnewemptymodelwindow.open_system-Openexistingmodelorblock.load_system-Loadexistingmodelwithoutmakingmodelvisible.save_system-Saveanopenmodel.add_block-Addnewblock.add_line-Addnewline.delete_block-Removeblock.delete_line-Removeline.find_system-Searchamodel.hilite_system-Hiliteobjectswithinamodel.replace_block-Replaceexistingblockswithanewblock.set_param-Setparametervaluesformodelorblock.get_param-Getsimulationparametervaluesfrommodel.add_param-Addauser-definedstringparametertoamodel.delete_param-Deleteauser-definedparameterfromamodel.bdclose-CloseaSimulinkwindow.bdroot-Rootlevelmodelname.gcb-Getthenameofthecurrentblock.gcbh-Getthehandleofthecurrentblock.gcs-Getthenameofthecurrentsystem.getfullname-getthefullpathnameofablockslupdate-Updateolder1.xmodelsto3.x.addterms-Addterminatorstounconnectedports.boolean-Convertnumericarraytoboolean.slhelp-Simulinkuser'sguideorblockhelp.Masking.hasmask-Checkformask.hasmaskdlg-Checkformaskdialog.hasmaskicon-Checkformaskicon.iconedit-Designblockiconsusingginputfunction.maskpopups-Returnandchangemaskedblock'spopupmenuitems.movemask-Restructuremaskedbuilt-inblocksasmaskedsubsystems.Library.libinfo-Getlibraryinformationforasystem.Diagnostics.sllastdiagnostic-Lastdiagnosticarray.sllasterror-Lasterrorarray.sllastwarning-Lastwarningarray.sldiagnostics-Getblockcountandcompilestatsforamodel.Hardcopyandprinting.frameedit-Editprintframesforannotatedmodelprintouts.print-PrintgraphorSimulinksystem;orsavegraphtoM-file.printopt-Printerdefaults.orient-Setpaperorientation.Simulink的三大步骤(procedureofSimulink)：模型创建与定义、(Modelcreatinganddefinition)模型的分析、(Modelanalyzing)模型的修正。(Modelmodifying)Simulink的运行：(RunningofSimulink)模型构建和定义模型的分析显示修正１．命令窗口下点击Simulink图标（或键入Simulink命令）→SimulinkLibraryBrowser→simulink模块２.打开模型创建窗口：(openthewindowofmodecreating)３.在工具栏中选择“建立新模型”的图标，弹出名为Untitled的空白窗口。二．Simulink的基本模块(basicmodule)simulink浏览器窗口左侧的simulink项上单击鼠标右键，弹出菜单“Openthe‘Simulink’Labrary’”选项，将打开simulink模块库窗口。1．信号源模块：source,模块及功能见（表8—1）2．输出模块：Sinks,模块及功能见（表8—2）3.连续系统模块：Continuous,模块及功能见（表8—3）4.离散系统模块：Discrete,模块及功能见（表8—4）5.数学运算模块：Math,模块及功能见（表8—5）6．函数和表模块：Function&Tables,模块及功能见（表8—6）7.非线性系统模块：Nonlinear,模块及功能见（表8—7）8.信号与系统模块：Signal&Systems,模块及功能见（表8—8）三.Simulink建模(Simulincmodulecreating)1．模块的创建与操作(CreatingandoperationofSimulink)(1)创建模块：(modulecreating)（１）在浏览器列表中点击需要的模块，按住鼠标左键并拖曳至模型窗口即可。（２）双击模块可在弹出的对话框中修改相应的模块参数（３）在模块下方名称处双击可改变模块名称。（2）模块操作(moduleoperation)（a）模块的选择(moduleselection)（b）移动模块(modulemoving)（c）模块的缩放(moduleescaling)（d）复制模块：(modulecopy)四种方法：＊在选定模块处，按下鼠标右键并拖动至适当位置；＊选定模块，在工具栏中（或Edit菜单中）选中Copy与Paste按钮；＊在选定的模块处点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择Copy与Paste选项；＊按住”Ctrl”键，按下鼠标左键，将选定的模块拖至适当的位置。（e）模块的旋转与翻转：(Rotatingandturnoverofmodule)旋转：(rotate)将鼠标指向要翻转的模块并按下鼠标右键，选择弹出菜单中的Format栏中的Rotate项，模块顺时针旋转９０o。翻转：将鼠标指向要翻转的模块并按下鼠标右键，选择弹出菜单中的Format栏中的FlipBlock项，模块顺时针旋转180o。（f）模块的连接（h）连接分支线（i）改变连线的形状（j）连线的标识：在连线的上或下方（或窗口内任何位置）双击鼠标左键，可出现一个文本框用于输入说明文字。（3）．简单模型(Simplemode)信号发生器发生幅值为１，频率为0.2HZ的正弦波信号，信号分别按１倍和５倍送入两个示波器。2．模型的修饰(Modemodifying)1.模块加阴影：Format菜单中的Showdropshadow菜单项用于给模块加阴影。2.调整颜色：Format菜单中的Foregroundcolor菜单项用于调整模块的前景颜色。Backgroundcolor菜单项用于选择模块的背景颜色。Screencolor菜单项用于调整屏幕颜色。3.变换模块名的显示位置：Format菜单中的Flipname可将模块名换到对称的位置，Hidename可将模块名隐藏起来。4.模块修饰的一个简单示例三．仿真计算与分析方法(simulinkcalculationandthemethodofanalyzing)1．连续系统建模(Modulecreatingofcontinuoussystem)（1）．用积分模块创建微分方程求解的模型(creatingthesolvemodeofdifferentialequationwithintegralmodules):有二阶微分方程x’’+0.2x’+0.4x=0.2u(t),u(t)是单位阶跃函数，演示如何用积分器直接创建求解该微分方程的模型。(a)改写微分方程为(reformingdifferentialequation)：x’’=0.2u(t)-0.2x’-0.4x(b)利用Simulink库中的标准模块建模(CreatingmodewithmodulesinthelibraryofSimulink)：基本思路是x’’经积分后得x’，再积分得x，再将x’和x经代数运算得到x’’。结果送入示波器，也可同时存储在工作空间变量simy中。(2)．用传递函数模块求解(Solvingbytransferfunctionmodule)：以二阶微分方程x’’+0.2x’+0.4x=0.2u(t)为例,初始状态为0，u(t)是单位阶跃函数。对方程两边进行Laplace变换，得到：s2X(s)+0.2sX(s)+0.4X(s)=0.2U(s)整理后得传递函数：(Transferfunction)G(s)=X(s)/U(s)=0.2/(s2+0.2s+0.4)利用上式采用传递函数模块可建立求解微分方程的模型。2.Simulink结果的分析(Analyzingoftheresults)：执行simulink后检查输出结果并做进一步的分析与判断。(1)输出信号的观察(outputsignalobservation)(a)将信号输出到显示模块(Exportsignaltodisplaymodule)*Scope(示波器)：将信号显示在示波器的独立窗口中，通过双击模块即可打开示波器模块。*XYGraph显示器模块：在MATLAB图形窗口绘制二维图形，*Displ