实验二Simulink仿真环境

实验二Simulink仿真环境Simulink是面向框图的仿真软件，是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI)，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。Simulink®是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。2.1演示一个Simulink的简单程序【例2.1】创建一个正弦信号的仿真模型。步骤如下：(1)在MATLAB的命令窗口运行simulink命令，或单击工具栏中的图标，就可以打开Simulink模块库浏览器(SimulinkLibraryBrowser)窗口，如图2.1所示。(2)单击工具栏上的图标或选择菜单“File”——“New”——“Model”，新建一个名为“untitled”的空白模型窗口。(3)在上图的右侧子模块窗口中，单击“Source”子模块库前的“+”(或双击Source)，或者直接在左侧模块和工具箱栏单击Simulink下的Source子模块库，便可看到各种输入源模块。(4)用鼠标单击所需要的输入信号源模块“SineWave”(正弦信号)，将其拖放到的空白模型窗口“untitled”，则“SineWave”模块就被添加到untitled窗口；也可以用鼠标选中“SineWave”模块，单击鼠标右键，在快捷菜单中选择“addto'untitled'”命令，就可以将“SineWave”模块添加到untitled窗口，如图2.2所示。图2.1Simulink界面(5)用同样的方法打开接收模块库“Sinks”，选择其中的“Scope”模块(示波器)拖放到“untitled”窗口中。(6)在“untitled”窗口中，用鼠标指向“SineWave”右侧的输出端，当光标变为十字符时，按住鼠标拖向“Scope”模块的输入端，松开鼠标按键，就完成了两个模块间的信号线连接，一个简单模型已经建成。如图2.3所示。(2)开始仿真，单击“untitled”模型窗口中“开始仿真”图标，或者选择菜单“Simulink”——“Start”，则仿真开始。双击“Scope”模块出现示波器显示屏，可以看到黄色的正弦波形。如图2.4所示。(8)保存模型，单击工具栏的图标，将该模型保存为“Ex0201.mdl”文件。图2.3Simulink模型窗口图2.4示波器窗口图2.2Simulink界面2.2Simulink的文件操作和模型窗口2.2.1Simulink的文件操作1.新建文件新建仿真模型文件有几种操作：在MATLAB的命令窗口选择菜单“File”“New”“Model”。在图2.1的Simulink模块库浏览器窗口选择菜单“File”“New”“Model”，或者单击工具栏的图标。在图2.3的Simulink模型窗口选择菜单“File”“New”“Model”，或者单击工具栏的图标。2.打开文件打开仿真模型文件有几种操作：在MATLAB的命令窗口输入不加扩展名的文件名，该文件必须在当前搜索路径中，例如输入“Ex0201”。在MATLAB的命令窗口选择菜单“File”Open…”或者单击工具栏的图标打开文件。在图2.1的Simulink模块库浏览器窗口选择菜单“File”“Open…”或者单击工具栏的图标打开“.mdl”文件。在图2.3的Simulink模型窗口中选择菜单“File”“Open…”或者单击工具栏的图标打开文件。2.2.2Simulink的模型窗口模型窗口由菜单、工具栏、模型浏览器窗口、模型框图窗口以及状态栏组成。1.状态栏2.工具栏模型窗口工具栏如图2.6所示。3.菜单Simulink的模型窗口的常用菜单如表2.1所示。表2.1模型窗口常用菜单表菜单名菜单项功能FileNew——Model新建模型Modelproperties模型属性PreferencesSIMULINK界面的默认设置选项状态栏菜单模型框图模型浏览器图2.5双窗口模型窗口工具栏开始仿真打开库浏览器结束仿真打开调试器展示父系统单双窗口切换图2.6工具栏仿真模型更新模块框图创建并编译生成exe文件Print…打印模型Close关闭当前Simulink窗口ExitMATLAB退出MATLAB系统EditCreatesubsystem创建子系统Masksubsystem…封装子系统Lookundermask查看封装子系统的内部结构Updatediagram更新模型框图的外观ViewGotoparent显示当前系统的父系统Modelbrowseroptions模型浏览器设置Blockdatatipsoptions鼠标位于模块上方时显示模块内部数据Librarybrowser显示库浏览器Fitsystemtoview自动选择最合适的显示比例Normal以正常比例(100%)显示模型SimulationStart／Stop启动／停止仿真Pause／Continue暂停／继续仿真SimulationParameters…设置仿真参数Normal普通Simulink模型Accelerator产生加速Simulink模型FormatTextalignment标注文字对齐工具Filpname翻转模块名Show／Hidename显示／隐藏模块名Filpblock翻转模块RotateBlock旋转模块Librarylinkdisplay显示库链接Show／Hidedropshadow显示／隐藏阴影效果Sampletimecolors设置不同的采样时间序列的颜色Widenonscalarlines粗线表示多信号构成的向量信号线Signaldimensions注明向量信号线的信号数Portdatatypes标明端口数据的类型Storageclass显示存储类型ToolsDataexplorer…数据浏览器Simulinkdebugger…Simulink调试器Dataclassdesigner用户定义数据类型设计器LinearAnalysis线性化分析工具2.3模型的创建2.3.1模块的操作1.对象的选定选定单个对象选定对象只要在对象上单击鼠标，被选定的对象的四角处会出现小黑块编辑框。选定多个对象如果选定多个对象，可以按下Shift键，然后再单击所需选定的模块；或者用鼠标拉出矩形虚线框，将所有待选模块框在其中，则矩形框中所有的对象均被选中，如图2.2所示。选定所有对象如果要选定所有对象，可以选择菜单“Edit”“Selectall”。2.模块的复制(1)不同模型窗口(包括模型库窗口)之间的模块复制选定模块，用鼠标将其拖到另一模型窗口。选定模块，使用菜单的“Copy”和“Paste”命令。选定模块，使用工具栏的“Copy”和“Paste”按钮。(2)在同一模型窗口内的复制模块(如图2.8所示)选定模块，按下鼠标右键，拖动模块到合适的地方，释放鼠标。选定模块，按住Ctrl键，再用鼠标拖动对象到合适的地方，释放鼠标。使用菜单和工具栏中的“Copy”和“Paste”按钮。图2.2选定多个对象图2.8在同一模型窗口复制对象3.模块的移动在同一模型窗口移动模块选定需要移动模块，用鼠标将模块拖到合适的地方。在不同模型窗之间移动模块在不同模型窗之间移动模块，在用鼠标移动的同时按下Shift键。当模块移动时，与之相连的连线也随之移动。4.模块的删除要删除模块，应选定待删除模块，按Delete键；或者用菜单“Edit”“Clear”或“Cut”；或者用工具栏的“Cut”按钮。5.改变模块大小选定需要改变大小的模块，出现小黑块编辑框后，用鼠标拖动编辑框，可以实现放大或缩小。6.模块的翻转模块翻转180度选定模块，选择菜单“Format”“FlipBlock”可以将模块旋转180度，如同2.9中间为翻转180度示波器模块。模块翻转90度选定模块，选择菜单“Format”“RotateBlock”可以将模块旋转90度，如图2.9右边示波器所示。如果一次翻转不能达到要求，可以多次翻转来实现。2.模块名的编辑图2.9翻转模块修改模块名单击模块下面或旁边的模块名，出现虚线编辑框就可对模块名进行修改。模块名字体设置选定模块，选择菜单“Format”“Font”，打开字体对话框设置字体。模块名的显示和隐藏选定模块，选择菜单“Format”“Hide/Showname”，可以隐藏或显示模块名。模块名的翻转选定模块，选择菜单“Format”“Flipname”，可以翻转模块名。2.3.2信号线的操作1.模块间连线先将光标指向一个模块的输出端，待光标变为十字符后，按下鼠标键并拖动，直到另一模块的输入端。2.信号线的分支和折曲(1)分支的产生将光标指向信号线的分支点上，按鼠标右键，光标变为十字符，拖动鼠标直到分支线的终点，释放鼠标；或者按住Ctrl键，同时按下鼠标左键拖动鼠标到分支线的终点，如图2.10所示。(2)信号线的折线选中已存在的信号线，将光标指向折点处，按住Shift键，同时按下鼠标左键，当光标变成小圆圈时，用鼠标拖动小圆圈将折点拉至合适处，释放鼠标，如图2.11所示。图2.10信号线的分支3.信号线文本注释(label)添加文本注释双击需要添加文本注释的信号线，则出现一个空的文字填写框，在其中输入文本。修改文本注释单击需要修改的文本注释，出现虚线编辑框即可修改文本。移动文本注释单击标识，出现编辑框后，就可以移动编辑框。复制文本注释单击需要复制的文本注释，按下Ctrl键同时移动文本注释，或者用菜单和工具栏的复制操作。4.在信号线中插入模块如果模块只有一个输入端口和一个输出端口，则该模块可以直接被插入到一条信号线中。2.3.3给模型添加文本注释(1)添加模型的文本注释在需要当作注释区的中心位置，双击鼠标左键，就会出现编辑框，在编辑框中就可以输入文字注释。(2)注释的移动在注释文字处单击鼠标左键，当出现文本编辑框后，用鼠标就可以拖动该文本编辑框。图2.11信号线的折线2.4Simulink的基本模块2.4.1基本模块Simulink的基本模块包括9个子模块库。1.输入信号源模块库(Sources)输入信号源模块是用来向模型提供输入信号。常用的输入信号源模块源如表2.2所示。表2.2常用的输入信号源模块表名称模块形状功能说明Constant恒值常数，可设置数值Step阶跃信号Ramp线性增加或减小的信号SineWave正弦波输出SignalGenerator信号发生器，可以产生正弦、方波、锯齿波和随机波信号FromFile从文件获取数据FromWorkspace从当前工作空间定义的矩阵读数据Clock仿真时钟，输出每个仿真步点的时间In输入模块2.接收模块库(Sinks)接收模块是用来接收模块信号的，常用的接收模块如表2.3所示。表2.3常用的接收模块表名称模块形状功能说明Scope示波器