《的simulink仿真》PPT课件_OK

2001年9月--12月
《通信电路原理》--无九
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3．3 仿真运行（续2）
3．3．4 综合算例 （M3_ex3_3_1.m）
例3_3_1：求非线性系统 平衡点，并进行稳定性分析。
x1 x2
x12的相x平2面2 轨迹4、 2x1 x2
本例演示：（A）SIMULINK模型和MATLAB指令的配合使用。 （B）sim , simset , trim 指令的应用。 （C）二阶系统相轨迹的精良图形。
假设从实际自然界（力学、电学、生态等）或社会中，抽象出有初始状态为0的
二阶微分程
，
器直接构搭求解该微分方程的模型。
是单位阶x跃函0数.2。x本例0演.4示x 如 何0.用2u积(t分)
u(t)
例3_4_3：直接利用传递函数模块求解方程。
对二阶微分程进行拉氏变换：
s 2 X (s) 0.2sX (s) 0.4 X (s) 0.2U (s)
第三讲 MATLAB的 SIMULINK仿真
3．1 快速入门 3．2 模型的创建和模型文件 3．3 仿真运行 3．4 系统建模 3．5 子系统的创建、封装及受控执行 3．6 常用工具箱简介 3．7 仿真设计实例
3．7．1 幅度调制的仿真 3．7．2 平衡正交调幅与解调
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▪ 把 Slope 和 Intercept 定义为 Edit 控件。 3。产生封装模块描述和帮助文本 ▪ 在 Documentation 选项卡中可以定义模块的封装类型、模块描述和帮助文本。
4。产生模块的图标 ▪ 可以在 Mask Editor 对话框的 Icon 选项卡中定义图标。
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▪ 本讲由浅入深地讲述 SIMULINK 对各种数学、工程问题的建模、仿真和分析的基 本方法，采用“算例”作为主体，配以适量的归纳性表述。
▪ 例3_1_1：信号发生器和示波器。
▪ 例3_1_2：实现两个正弦信号的相乘。
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3．2 模型的创建和模型文件
3．2．1 SIMULINK 模型是什么？ ▪ SIMULINK 模型有以下几层含义：
▪ 多速率离散时间系统：计算机就是这样的系统。它的CPU、串行/并行控制器、 磁盘驱动器、输入 键盘就采用不同的工作速率。再如通信系统也是多速率系统。
▪ 离散-连续混合系统：在现代控制系统中 ，通常被控的对象是连续时间的（物理） 子系统，而控制器是由逻辑控制器或计算机构成的离散子系统。对于这种离散-连 续混合系统，模型参数设置页中的几乎所有 Solver 解算方法都能采用 。
本例综合演示： （A）SIMULINK模型和MATLAB指令的配合使用。 （B）sim , simset , trim 指令的应用。 （C）二阶系统相轨迹的精良图形。
（1）非线性系统由 SIMULINK 模型M3_ex3_4_4 _ mdl 表达。 （2）编写绘制传统状态轨迹（State trajectory）的M文件M3_ ex 3_4 _4.m
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3．3 仿真运行
3．3．1 使用菜单进行仿真 ▪ 设置仿真参数和选择求解器
通过选择菜单 Simulation 下的 Parameters 菜单项，用来设置仿真参数和选择求解器。 其中有三个页面管理这些仿真参数。
• 在 Solver 页面，设置开始和停止时间，选择求解器和指定求解器（solver）的 参数，另外还可以选择一些输出选项。
▪ 引用子系统的理由是：研究分析系统时 ，进行概念抽象（Abstraction of concepts）的需要；为提高工作效率和可靠性，实施模块“重用（Reuse）” 的需 要。
▪ 仿真建模中子系统的作用，类 似于 MATLAB 指令运行中的M函数文件。
▪ 前面介绍了如何利用库标准模块建立被研究系统的仿真模型。下面着重介绍如何 利用“分层”思想建立比较复杂的仿真模型，介绍建立这种分层模型所需的各种子 系统（ Subsystem ）。
• 在视觉上表现为直观的方框图； • 在文件上则是扩展名为 mdl 的ASCII代码； • 在数学上表现为一组微分方程或差分方程； • 在行为上则模拟了实际系统的动态特性 。 ▪ SIMULINK 模型通常包含三种 “组件”： • 信源（ Sources）：可以是常数、时钟、白噪声、正弦波、阶梯波、扫频信号、 脉冲生成器、随机数产生器等信号源；
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3．4．2 离散时间系统和混合系统建模
▪ 用组合逻辑模块产生 的“a逻, b辑和”结果 及“逻辑c或(1”)结果
。
（1）建c立(2输)入输出关系。
（2）建立模型M3_ex3_4_5.mdl
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3．4．2 离散时间系统和混合系统建模（续）
▪ 常用的条件执行子系统有：使能子系统 （ Enabled Subsystem ）；触发子系 统 （ Trigged Subsystem ）；触发使能子系统 （ Trigged and Enabled Subsystem ）。
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使能子系统
例3_5_2：利用使能原理构成一个半波整流器。本例演示使能子系统的创建 及工作机理。 （ M3_ex3_5_2.mdl）
▪ 封装的一个重要用途是帮助用户创建一个对话框来接受参数。这样就无需打开 子系统中各个模块的对话框，然后再逐个输入参数。
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3．5．1 用封装的办法创建模块
1。封装模块功能 例3_5_1：封装线性方程 y=mx+b 的模型。 （ M3_ex3_5_1.mdl）
可以得到：
G(s) X (s)
0.2
U (s) s 2 0.2s 0.4
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3．4．1 连续系统建模（续）
▪ 非线性系统建模举例 例3_4_4：求非线性系统 平衡点，并进行稳定性分析。
x1 x2
x1的2 相x平2面2 轨4迹、 2x1 x2
▪ 用来进行仿真的命令有四个：
• 使用 set_param 命令：开始、停止或者继续仿真或者更新模块的方框图。 get_param 命令来检查一个仿真的状态。
• 使用 sim 命令：启动仿真命令； • 使用 simset 命令：用来向 sim 命令产生或者编辑仿真参数和积分法属性的命令；
• 使用 simget 命令：可以得到选项结构体属性和参数。
• 在 Solver options 中， SIMULINK 模型的仿真涉及到一组常微分方程（ODEs） 的数值积分。如果模型是连续系统，使用ode45方法；如果模型不是连续系统， 使用discrete方法。
• 在 Workspace I/O 页面，管理对 MATLAB 工作空间的输入和输出。
• 在 Diagnostics 页面，可以选择在仿真期间显示的警告信息的层次。
▪ 可以使该模型及其所有子系统按采样速率着色：连续时间部分用黑色；离散时间 部分用红色；离散、连续混合的子系统被着黄色。
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3．5 子系统的创建、封装及受控执行
▪ 利用 SIMULINK 的封装（Mask）功能 ，可以定做一个模块或一个子系统的对话 框和图标 。
• 系统（ System）：即指被研究系统的 SIMULINK 方框图；
• 信宿（ Sink）：可以是示波器、图形记录仪等。
▪ 对于具体的 SIMULINK 模型而，不一定完全地包含这三大组件。例如：研究初 始条件对系统影响就不必包含信源组件。
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3．2 模型的创建和模型文件（续1）
例3_1_2：实现两个正弦信号的相乘。（ AM .mdl ）
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3．3 仿真运行（续1）
3．3．2 通过命令行运行仿真 ▪ 通过命令行运行仿真与通过菜单运行仿真相比 ，有如下的 一些优点：
• 可以不理睬模块中的初始条件（参数 x0 ）； • 可以定义任何外部输入（用参数 ut ）； • 可以由一个M 文件来启动一个仿真，并且允许模块中的参数发生改变 。
3．2．2 SIMULINK 模型的创建 ▪ 创建模型文件； ▪ 选择对象； ▪ 模块的操作； ▪ 连线的操作； ▪ 对模型的注释； ▪ 创建子系统； ▪ 仿真的配置 ； ▪ 保存模型； ▪ 仿真和结果分析。
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3．2 模型的创建和模型文件（续2）
3．2．3 SIMULINK 模型文件
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3．1 快速入门（续1）
▪ 在 SIMULINK 环境中，用户将观察到现实世界中非线性因素和各种随机因素对系 统行为的影响。
▪ 在 SIMULINK 环境中，用户可以在仿真进程中改变感兴趣的参数，实时地观察系 统行为的变化。
▪ 在MATLAB 5.3 版中，可直接在 SIMULINK 环境中运作的工具包很多，已覆盖 通信、控制、信号处理、DSP、电力系统等诸多领域，所涉内容专业性极强。
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3．4 系统建模 3．4．1 连续系统建模
▪ 线性系统建模举例
例3_4_1：复位积分器的功用示例。
在仿真启动时，积分器从零开始对 0.5 t 进行积分。当复位口信号 t-5=0 瞬间，积 分器被重置为零。此后，再对0.5 （ t-5 ）进行积分。
例3_4_2：积分模块直接构造微分方程求解模型。
▪ 用户向封装对话框输入 Slope和 Intercept 的值。封装将这些封装参数映射给底 层模块。
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3．5．1 用封装的办法创建模块（续）
2。产生封装提示对话框 ▪ 要产生这个系统的封装，先选取子系统模块，然后从 Edit 菜单中选取 Mask Subsystem 命令。 ▪ 封装提示对话框开始时大都显示 Mask Editor 对话框的Initialization 选项卡。
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3．1 快速入门
▪ SIMULINK是一个进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。它可以 处理的系统包括：线性、非线性系统；离散、连续及混合系统；单任务、多任 务离散事件系统。
▪ 在 SIMULINK 提供的图形用户界面GUI上，只要进行鼠标的简单拖拉操作就可 构造出复杂的仿真模型。它外表以方块图形式呈现，且采用分层结构。
▪ 在 SIMULINK 中产生线性方程 y=mx+b 的模型，并生成 mx+b 子系统。
▪ 子系统mx+b 包含了一个Gain模块，命名为Slope，其增益常数ercept，其常数值参数指定为b。这些参数代表一条直 线的斜率和截距。
▪ 封装该子系统产生一个用户对话框和图标。对话框包含对斜率和截距的提示。
▪ SIMULINK 除了可以通过图形界面设计模块外 ，也可以通过直接编写 mdl 文 件来设计仿真模型图。
▪ 一个有输入和输出的图形界面设计模块。
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In
Gain
Out
▪ 用 mdl 文件编写有输入和输出的增益器。 （在 Word下 ） （韩利竹P161）
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（1）打开SIMULINK的新建模型窗口。
• 从建模角度讲，这既适于自上而下（Top-down）的设计流程（概念、功能、 系统、子系统、直至器件），又适于自下而上（Bottum-up） 逆程设计。
• 从分析研究角度讲，这种 SIMULINK 模型不仅能让用户知道具体环节的动 态细节，而且能让用户清晰地了解各器件、各子系统、各系统间的信息交换， 掌握各部分之间的交互影响。
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3．5．2 条件执行子系统
▪ 在 SIMULINK 模块库中，有两个特殊模块：Enable 模块和Trigger 模块。如果把 这种模块放到某个子系统中，则该子系统是否起作用将取决于外界的某个条件 （状态或事件 ）是否满足，这样就构成了所谓的条件执行子系统（Conditionally Executed Subsystem） 。