第三章SIMULINK应用基础

第3章SIMULINK应用基础第3章SIMULINK应用基础3.1SIMULINK仿真环境3.2SIMULINK的基本操作3.3SIMULINK系统建模3.4SIMULINK运行仿真3.5SIMULINK模块库3.6SIMULINK系统仿真应用习题第3章SIMULINK应用基础3.1SIMULINK仿真环境SIMULINK是MATLAB的一个分支产品，主要用来实现对工程问题的模型化及动态仿真。SIMULINK体现了模块化设计和系统级仿真的思想，采用模块组合的方法使用户能够快速、准确地创建动态系统的计算机模型，使得建模仿真如同搭积木一样简单。SIMULINK现已成为仿真领域首选的计算机环境。第3章SIMULINK应用基础具体到电力系统仿真而言，原来的MATLAB编程仿真是在文本命令窗口中进行的，编制的程序是一行行的命令和MATLAB函数，不直观也难以与实际电力模型建立形象的联系。在SIMULINK环境中，电力系统元器件的模型都用框图来表达，框图之间的连线表示了信号流动的方向。对用户而言，只要熟悉了SIMULINK仿真平台的使用方法以及模型库的内容，就可以使用鼠标和键盘绘制和组织系统模型，并实现系统的仿真，完全不必从头设计模型函数或死记那些复杂的函数。第3章SIMULINK应用基础3.1.1SIMULINK模块库浏览器SIMULINK仿真环境包括SIMULINK模块库和SIMULINK仿真平台。如图3-1所示，在MATLAB命令窗口中输入“simulink”再回车，或单击工具栏中的SIMULINK图标，可打开SIMULINK模块库浏览器窗口，如图3-2所示。图3-1打开SIMULINK模块库浏览器的方法3.1.1SIMULINK模块库浏览器SIMULINK仿真环境包括SIMULINK模块库和SIMULINK仿真平台。如图3-1所示，在MATLAB命令窗口中输入“simulink”再回车，或单击工具栏中的SIMULINK图标，可打开SIMULINK模块库浏览器窗口，如图3-2所示。第3章SIMULINK应用基础图3-2SIMULINK模块库浏览器窗口第3章SIMULINK应用基础SIMULINK模块库包括标准模块库和专业模块库两大类。 标准模块库是MATLAB中最早开发的模块库，包括了连续系统、非连续系统、离散系统、信号源、显示等各类子模块库。由于SIMULINK在工程仿真领域的广泛应用，因此各领域专家为满足需要又开发了诸如通信系统、数字信号处理、电力系统、模糊控制、神经网络等20多种专业模块库。第3章SIMULINK应用基础3.1.2SIMULINK仿真平台从MATLAB窗口进入SIMULINK仿真平台的方法有以下两种：(1)点击MATLAB菜单栏中的[FileNewModel]，如图3-3所示。(2)点击SIMULINK模块库浏览器窗口工具栏上的按键。第3章SIMULINK应用基础图3-3进入SIMULINK仿真平台方法1第3章SIMULINK应用基础完成上述操作，将出现图3-4所示的SIMULINK仿真平台。仿真平台标题栏上的“untitled”表示一个尚未命名的新模型文件。仿真平台中的菜单栏和工具栏是SIMULINK系统仿真的重要工具。第3章SIMULINK应用基础3.2SIMULINK的基本操作3.2.1模块及信号线的基本操作1.模块的基本操作模块是系统模型中最基本的元素，不同模块代表了不同的功能。各模块的大小、放置方向、标签、属性等都是可以设置调整的。表3-1列出了SIMULINK中模块基本操作方法的简单描述。第3章SIMULINK应用基础表3-1SIMULINK中模块的基本操作方法操作内容操作目的操作方法选取模块从模块库浏览器中选取需要的模块放入SIMULINK仿真平台窗口中方法1：在目标模块上按下鼠标左键，拖动目标模块进入SIMULINK仿真平台窗口中，松开左键；方法2：在目标模块上单击鼠标右键，弹出快捷菜单，选择“AddtoUntitled”选项选中多个模块可对多个模块同时进行共同的操作，如移动、复制等方法1：按住“Shift”键，同时用鼠标单击所有目标模块；方法2：使用“范围框”，即按住鼠标左键，拖曳鼠标，使范围框包围所有目标模块删除模块删除窗口中不需要的模块方法1：选中模块，按下“Delete”键；方法2：选中模块，同时按下“Ctrl”和“X”键，删除模块并保存到剪贴板中调整模块大小改善模型的外观，调整整个模型的布置选中模块，模块四角将出现小方块；单击一个角上的小方块并按住鼠标左键，拖曳鼠标到合理大小位置移动模块将模块移动到合适位置，调整整个模型的布置单击模块，拖曳模块到合适的位置，松开鼠标按键旋转模块适应实际系统的方向，调整整个模型的布置方法1：选中模块，选择菜单命令[FormatRotateBlock],模块顺时针旋转90°；选择菜单命令[FormatFlipBlock]，模块顺时针旋转180°；方法2：右键单击目标模块，在弹出的快捷菜单中进行与方法1同样的菜单项选择复制内部模块内部复制已经设置好的模块，而不用重新到模块库浏览器中选取方法1：先按住“Ctrl”键，再单击模块，拖曳模块到合适的位置，松开鼠标按键；方法2：选中模块，使用[EditCopy]及[EditPaste]命令第3章SIMULINK应用基础操作内容操作目的操作方法改变标签内容按照用户自己意愿命名模块，增强模型的可读性在标签的任何位置上双击鼠标，进入模块标签的编辑状态，输入新的标签，在标签编辑框外的窗口中任何地方单击鼠标退出改变标签位置按照用户自己意愿布置标签位置，改善模型的外观方法1：选中模块，选择菜单命令[FormatFlipname]，翻转标签和模块的位置，选择菜单命令[FormatHidename]，隐藏标签；方法2：右键单击目标模块，在弹出的快捷菜单中进行与方法1同样的菜单项选择续表第3章SIMULINK应用基础2.信号线的基本操作信号线是系统模型中另一类最基本的元素，熟悉和正确使用信号线是创建模型的基础。SIMULINK中的信号线并不是简单的连线，它具有一定流向属性且不可逆向，表示实际模型中信号的流向。表3-2列出了SIMULINK中信号线基本操作方法的简单描述。第3章SIMULINK应用基础表3-2SIMULINK中信号线的基本操作方法操作内容操作目的操作方法在模块间连线在两个模块之间建立信号联系在上级模块的输出端按住鼠标左键，拖动至下级模块的输入端，松开鼠标键移动线段调整线段的位置，改善模型的外观选中目标线段，按住鼠标左键，拖曳到目标位置，松开鼠标左键移动节点可改变折线的走向，改善模型的外观选中目标节点，按住鼠标左键，拖曳到目标位置，松开鼠标左键画分支信号线从一个节点引出多条信号线，应用于不同目的方法1：先按住“Ctrl”键，再选中信号引出点，按住鼠标左键，拖曳到下级目标模块的信号输入端，松开鼠标左键；方法2：先选中信号引出线，然后在信号引出点按住鼠标右键，拖曳到下级目标模块的信号输入端，松开鼠标右键删除信号线删除窗口中不需要的线段或断开模块间连线方法1：选中目标信号线，然后按“Delete”键；方法2：选中目标信号线，使用[EditCut]命令信号线标签设定信号线的标签，增强模型的可读性双击要标注的信号线，进入标签的编辑区，输入信号线标签内容，在标签编辑框外的窗口中单击鼠标退出第3章SIMULINK应用基础3.2.2系统模型的基本操作除了熟悉模块和信号线的基本操作方法，用户还需熟悉SIMULINK系统模型本身的基本操作，包括模型文件的创建、打开、保存以及模型的注释等。表3-3列出了SIMULINK中系统模型基本操作方法的简单描述。第3章SIMULINK应用基础表3-3SIMULINK中系统模型的基本操作方法操作内容操作目的操作方法创建模型创建一个新的模型方法1：运行MATLAB菜单命令[FileNewModel]；方法2：点击SIMULINK模块库浏览器窗口工具栏按键打开模型打开一个已有的模型方法1：运行MATLAB菜单命令[FileOpen]；方法2：点击SIMULINK模块库浏览器窗口工具栏按键保存模型保存仿真平台中模型方法1：运行模块库浏览器窗口菜单命令[FileSave]；方法2：点击SIMULINK模块库浏览器窗口工具栏按键注释模型使模型更易读懂在模型窗口中的任何想要加注释的位置上双击鼠标，进入注释文字编辑框，输入注释内容，在窗口中任何其它位置单击鼠标退出第3章SIMULINK应用基础如图3-6所示，在模型中加入注释文字，使模型更具可读性。图3-6添加注释文字示例(a)未加注释文字；(b)加入注释文字第3章SIMULINK应用基础3.2.3子系统的建立与封装1.子系统的建立一般而言，电力系统仿真模型都比较复杂，规模很大，包含了数量可观的各种模块。如果这些模块都直接显示在SIMULINK仿真平台窗口中，将显得拥挤、杂乱，不利于用户建模和分析。可以把实现同一种功能或几种功能的多个模块组合成一个子系统，从而简化模型，其效果如同其它高级语言中的子程序和函数功能。在SIMULINK中创建子系统一般有两种方法。第3章SIMULINK应用基础1)通过“子系统”模块的方法该方法要求在用户的模型里添加一个称为Subsystem的子系统模块，然后再往该模块里加入组成子系统的各种模块。这种方法适合于采用自上而下设计方式的用户，具体实现步骤如下：(1)新建一个空白模型。(2)打开“端口和子系统”(Ports&Subsystems)模块库，选取其中的“子系统”(Subsystem)模块并把它复制到新建的仿真平台窗口中。第3章SIMULINK应用基础(3)双击“子系统”模块，弹出一个子系统编辑窗口。系统自动在该窗口中添加一个输入和输出端子，名为In1和Out1，这是子系统与外部联系的端口。(4)将组成子系统的所有模块都添加到子系统编辑窗口中，合理排列。(5)按要求用信号线连接各模块。(6)修改外接端子标签并重新定义子系统标签，使子系统更具可读性。第3章SIMULINK应用基础2)通过组合已存在模块的方法该方法要求在用户的模型中已有组成子系统所需的所有模块，并且已做好正确的连接。这种方法适合于采用自下而上设计方式的用户，具体实现步骤如下：(1)打开已经存在的模型。(2)选中要组合到子系统中的所有对象，包括各模块及其连线。(3)选择菜单[EditCreateSubsystem]命令，模型自动转换成子系统。(4)修改外接端子标签并重新定义子系统标签，使子系统更具可读性。第3章SIMULINK应用基础将图3-6所示的模型用第二种方法创建子系统，创建过程如图3-7～图3-12所示。图3-7选中组合子系统的所有对象(用拖曳鼠标划定范围框的方法)第3章SIMULINK应用基础图3-8转换为子系统(选择菜单[EditCreateSubsystem])第3章SIMULINK应用基础图3-9子系统内部结构图(在子系统图标上双击鼠标键进入)第3章SIMULINK应用基础图3-10修改外接端子标签(在原标签上单击鼠标键进入标签编辑框)第3章SIMULINK应用基础图3-11修改子系统标签图(在原标签上单击鼠标键进入标签编辑框)第3章SIMULINK应用基础图3-12子系统转换结果第3章SIMULINK应用基础可见，子系统的创建过程比较简单，但非常有用。值得注意的是，仿真系统的信号源和输出显示模块一般不放进子系统内部。2.子系统的封装所谓封装(Mask)，就是将SIMULINK的子系统“包装”成一个模块，并隐藏全部的内部结构。访问该模块时只出现了一个参数设置对话框，模块中所有需要设置的参数都可通过该对话框来统一设置。第3章SIMULINK应用基础创建一个子系统封装模块的主要步骤为：(1)创建一个子系统。(2)选中目标子系统，选择仿真平台窗口菜单中的[EditMaskSubsystem]选项，将弹出Mask编辑器窗口，窗口中包含四个标签页，如图3-13所示。第3章SIMULINK应用基础图3-13封装编辑器窗口第3章S