Simulink动态系统建模与仿真第3章

第3章 Simulink信号操作
图3-4
第3章 Simulink信号操作
7．复合信号
Simulink可以把一组多个信号组合到一个复合信号中， 而且复合信号可以在模块之间进行传递，如果需要的话，用 户可以从复合信号中提取组成信号。信号总线是复合信号的 一种，复合信号没有什么实际的功能，当有多个并行的信号 存在时，使用复合信号可以简化模型的外观，增强模型的可ulink信号操作
只有选择Wide nonscalar lines选项时，用户才可以控制
非标量信号的线宽，除此之外，用户不能改变其他信号线的 线型。在用户刚开始建立模型方块图时，Simulink用细实线 表示模型图中的所有信号，只有当用户更新模型图或者开始 仿真时，不同类型的信号才会用指定的线型表示。
2．确定非Sources模块的输出维数
如果一个模块有输入，那么该模块的输出在经过标量扩
展之后与其输入有相同的维数(所有的输入也必须有相同的维 数)。
第3章 Simulink信号操作
3.1.4 确定信号及参数维数的准则
当创建一个Simulink模型时，用户必须遵守Simulink中 信号和参数维数的确定准则。 1．输入信号维数准则 输入信号维数准则：一个模块的所有非标量输入必须有 相同的维数。 一个模块可以混合有标量输入和非标量输入，但所有的 非标量输入都必须有相同的维数，Simulink会扩展标量输入， 以使其与非标量输入具有相同的维数，这样就遵守了上述规 则。
信 号 术 语
含 义
信号尺寸 测试点 向量 纯虚信号 宽度
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3.1.2 信号的线型
Simulink使用各种不同的线型表示模型窗口中的信号类 型。因此，了解各种线型有助于读者区分模型图中各种不同 类型的信号。信号的类型及对应的线型如表3-2所示。
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表 3-2 不同信号类型的信号线型
信号类型 标量和非标量信号 非标量信号 控制信号 纯虚信号 线 型 说 明 Simulink 用细实线表示模型图中的标量和非标量信号 当选择 Wide nonscalar lines 选项时，Simulink 用粗实 线表示模型图中的非标量信号 Simulink 用细的点画线表示模型图中的控制信号 Simulink 用带箭头的三条细实线表示模型图中的纯虚 信号总线 Simulink 用带箭头的细实线与虚线表示模型图中的非 纯虚信号总线
第3章 Simulink信号操作
Simulink的用户接口和文档通常把一维信号描述为向量
(vectors)，把二维信号描述为矩阵(matrices)，而一元素数组 常常是指标量(scalar)，行向量(row vector)是只有一行的二 维数组，列向量(column vector)是只有一列的二维数组。 本章3.1.3节中的内容“确定输出信号的维数”讨论了对 于可输出非标量信号的模块，如何确定这些模块的输出信号 维数。
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以Sources模块库中的Constant模块为例，这个模块输出
一个等于其Constant value参数值的常值信号，表3-3说明了 Constant value参数的维数和Interpret Vector Parameters as 1-D参数的设置值如何确定了Constant模块输出的维数。
可以将纯虚信号看成是捆绑在一起的一组信号。
第3章 Simulink信号操作
无论用户何时运行或更改系统模型，Simulink都会自动
确定由模型纯虚信号所表示的非纯虚信号，这个过程可用一 个“术语”表示，Simulink将其称为信号传递(Signal Propagation)。当运行模型时，Simulink会使用由信号传递 所确定的相应的非纯虚信号来驱动由纯虚信号所连接的模块。
第3章 Simulink信号操作
图3-3
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6．信号总线
信号总线是用来表示一组信号的纯虚信号，用来模拟捆 绑在一起的电缆信号，没有实际的数学或物理含义， Simulink使用特定的线型来表示信号总线。如果用户在 Format菜单下选择Signal Dimensions命令，则Simulink会显 示总线中信号分量的数目，如图3-4所示。
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例如，以图3-1所示模型为例。模型中用Bus Creator模
块和Bus Selector模块传递纯虚信号，这两个模块均是纯虚 模块，驱动Gain模块G1和G2的信号是分别对应于s2和s1的 纯虚信号。Bus Selector模块对话框可以设置从输入总线(这 里是标签为s3的信号)中传递过来的信号，用户可以选择信 号的排列顺序。当更新或仿真模型时，Simulink会自动确定 模型中的信号。首先选中模型中标识为s3的纯虚信号线，然 后选择Edit菜单下的Signal properties命令，打开信号属性 对话框，将对话框中的Show Propagated Signals选项设置为 on，此时模型中的纯虚信号标签显示了由纯虚信号表示的 非纯虚信号，如图3-2所示。
第3章 Simulink信号操作
8．信号术语汇编
表3-1概述了Simulink用户接口和文档中用来描述信号的 术语。
第3章 Simulink信号操作
表 3-1
术 复信号 数据类型 矩阵 实信号 标量 信号总线 信号传递 语 信号值是复数的信号 用来在 Simulink 内部表示信号值的格式 二维信号数组 信号值是实数 (对应于复数)的信号 含有一个元素的数组，也就是有一个元素的一维或二维数组 由 Mux 模块或 Demux 模块创建的信号 Simulink 用来确定信号和模块属性的过程，这些属性包括数据类 型、信号标签、采样时间、信号维数等 信号所包含的元素个数，二维信号的大小通常表示为 M × N，M 是组成信号的列数， N 是组成信号的行数 只有在仿真期间才可访问的信号 一维信号数组 表示其他信号或信号组的信号 向量信号的大小
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2．模块参数维数准则
模块参数维数准则：通常，模块的参数必须与所对应的 输入具有相同的维数。这个规则包括下面两种情况： (1) 模块可以有对应于非标量输入的标量参数。在这种 情况下，Simulink会扩展标量参数，以使其与对应的输入具 有相同的维数，这样就遵守了这个规则。 (2) 如果输入是向量，对应的参数可以是N × 1或 1 × N矩阵，在这种情况下，Simulink会将N个矩阵元素应 用到输入向量的对应元素。这个特例允许用MATLAB行向 量或列向量指定应用到向量输入中的参数，这样的向量实际 上分别是1 × N矩阵或N × 1矩阵。
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表 3-3 确定 Constant 模块输出的维数
常 值 Interpret Vector Parameters as 1 -D 参数 off on off on off on off on 输 出 一维数组 一维数组 1 ×N 矩阵 N 元素向量 N ×1 矩阵 N 元素向量 M ×N 矩阵 M ×N 矩阵 标量 标量 1 × N 矩阵 1 × N 矩阵 N × 1 矩阵 N × 1 矩阵 M ×N 矩阵 M ×N 矩阵
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图3-1
第3章 Simulink信号操作
图3-2
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5．控制信号
控制信号(Control Signal)也是Simulink中的一种信号， 当仿真执行某一模块时，另一模块利用控制信号对这个模块 进行初始化，例如，函数调用或动作子系统模块。当用户更 新系统方块图的仿真条件或者开始仿真时，Simulink会使用 点画线重新绘制用来表示方块图控制信号的线，如图3-3所 示。
第3章 Simulink信号操作
第3章 Simulink信号操作
3.1 信号基础
3.2 信号及示波器管理器 3.3 显示信号 3.4 多维数组信号的连接 3.5 信号组操作
3.6 复合信号
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3.1 信 号 基 础
3.1.1 信号属性及分类 信号是模型仿真时出现在Simulink模块输出端的数值流。
输入端口(即Inport端口)装载到模型中；
在模型中建立一个Constant模块，并将其值设置为复数； 建立对应于复信号实部和虚部的实值信号，然后利用
Real-Imag to Complex转换模块将这两部分组合成复信号。
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4．纯虚信号
纯虚信号(virtual signal)是用图示方式表示另一个信号的信号。 事实上，纯虚信号纯粹就是一组信号示意图，它没有任何数学或
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2．信号数据类型
数据类型是指用来在Simulink内部表示信号值的格式。 缺省时，Simulink信号的数据类型是double(双精度)。用户 也可以创建其他数据类型的信号。Simulink支持与MATLAB 相同的数据类型。
第3章 Simulink信号操作 3．复信号 缺省时，Simulink的信号值是实数，但Simulink模型也 可以创建和管理复信号。信号值为复数的信号称为复信号。 用户可以用下面的方法把复信号引入到Simulink模型中： 从MATLAB工作区将复值信号数据通过模型最顶层的
第3章 Simulink信号操作
物理意义，当对模型进行仿真时，Simulink会忽略这些信号。
Simulink中的纯虚模块如Bus Creator模块或Subsystem模块可 以产生纯虚信号。同纯虚模块一样，纯虚信号也允许用户以图示
方式简化模型。例如，利用Bus Creator模块，用户可以将大量的
非纯虚信号(也就是由非纯虚模块产生的信号)简化为单个的纯虚 信号，从而使整个用户模型更简洁，更便于理解。在这里，用户
第3章 Simulink信号操作
1．信号维数
Simulink模块可以输出一维或二维信号。一维(1-D)信号 是由一维数组输出流组成的，这个数组流在每个仿真时间步 上以一个数组(向量)的频率进行输出；二维(2-D)信号是由一 个二维数组流组成的，这个二维数组流在每个模块采样时间 内以一个二维数组(矩阵)的频率产生。
理解模型图中连接模块之间沿着示意线传输的信号是非常有
用的，但需注意的是，Simulink模型中用来连接模块的线只 具有逻辑意义，而没有任何物理含义。因此，把Simulink中
的信号类比成电子信号也是不完全正确的。例如，电子信号
在电缆中传输时是需要时间的，相比之下，Simulink模块的 输出是同时出现在它所连接模块的输入端的。
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多维信号则是由多维数组流(二维或二维以上)组成的，
在每个模块采样时间上以某一个数组的频率进行输出。 MATLAB最多支持32维数组，Simulink中的每个模块在可以 接收或输出的信号维数上是不同的，有些模块可以接收或输 出任意维信号，而有的模块只接收或输出向量或标量信号。 Simulink 6.6中增加了支持多维信号的模块数目，多达75个 模块都支持多维信号。为了确定模块是否支持多维信号，可 以参看模块帮助中的特性说明，若说明中的 Multidimensionalized属性标识为Yes，则表示该模块支持多 维数组。
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3.1.3 确定输出信号的维数
1．确定Sources模块的输出维数 Sources库中的模块是没有输入的模块，如Constant模块 和Sine Wave模块等。如果用户在模块的参数对话框内没有 选择Interpret Vector Parameters as 1-D参数项，那么一个 Sources模块输出的维数与其输出值参数的维数是相同的； 如果选择了模块参数对话框内的Interpret Vector Parameters as 1-D参数项，那么在输出参数值的维数不是 N × 1或1 × N的情况下，模块输出的维数才等于输出值 参数的维数，若输出参数值的维数是N × 1或1 × N，则 模块输出一个宽度为N的向量信号。