理论课 第1讲-1.9 matlab工具箱_simulink
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• 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。
2016年7月15日
8
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。
(5)开始仿真
2016年7月15日
25
1.9.3 仿真运行
1.9.3．1 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。 • 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。 例1.9.1.2：实现两个正弦信号的相乘。
2016年7月15日 26
1.9.3 仿真运行（续1）
1.9.3．2 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 。
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。 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1.9.1.1：信号发生器和示波器。
1 In
1 Gain
1 Out
用 mdl 文件编写有输入和输出的增益器。 （在 Word下 ）
2016年7月15日
21
1.9.2 模型的创建和模型文件（续2）
1.9.2．4 常用的Source库信源 例：如何调用MATLAB工作空间中的信号矩阵 作为模型输入。本例所需的输入为
t2 u (t ) (2T t ) 2 0
Simulink具有强大的功能与友好的用户界面，具 有广泛的应用领域。如：
2016年7月15日
Simulink的应用领域示意图
7
1.9.1 快速入门
SIMULINK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。
• 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。
(1) 新建模型：利用模型窗口中的图标
选中Matlab指令窗口的菜单 （2）打开模型：利用模型窗口中的图标 选用某模型窗口中的菜单 在指令窗口中由open指令实现open模型名
（3）存盘：Simlink是以ASCII码形式存储的.mdl文件
（4）打印：先点击模型窗口中的图标，打开一个打印对 话框，但它比Windows多一个选项框
从命令窗口运行仿真的函数有4个，即sim、 simset、simget和set_param。 1. sim函数 sim函数的作用是运行一个由Simulink建立的 模型，其调用格式为： [t, x, y日]=sim(modname,timespan,options,data) 27 2016年 7月15
2016年7月15日
12
返回
2016年7月15日
13
（1）选定模块：单个模块 矩形里的所有模块及其信号线
2016年7月15日
14
（2）模块的复制 （3）模块的移动 （4）模块的删除 （5）改变模块的大小
（a）原尺寸 （ b）拖动边框 （c）新尺寸
2016年7月15日
15
（6）模块的旋转 （a）缺省状态 （b）旋转1800
2016年7月15日 3
Simulink部分软件工具包
DSP Blockset Fixed-Point Blockset Power System Blockset Dials & Gauges Blockset Communication Blockset CDMA Reference Blockset Nonlinear Control Design Blockset Motorola DSP Developer’s Kit TI DSP Developer’s Kit
1.9 MATLAB的SIMULINK仿真
1.9.1 1.9.2 1.9.3 1.9.4 1.9.5 1.9.6 Simulink入门 模型的创建和模型文件 仿真运行 系统建模 子系统的创建及封装 常用工具箱简介
2016年7月15日
1
Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿 真和分析的软件包，是MATLAB的重要组成部分。 Simulink可以用来建模、分析和仿真各种动态系统 (包括连续系统、离散系统和混合系统)，它提供了 一种图形化的交互环境，只需用鼠标拖动的方法 便能迅速地建立起系统框图模型，甚至不需要编 写一行代码。 Simulink提供建立系统模型、选择仿真参数和 数值算法、启动仿真程序对该系统进行仿真、设 置不同的输出方式来观察仿真结果等功能。
10
2016年7月15日
1.9.2 模型的创建和模型文件（续1） 1.9.2．2 SIMULINK 模型的创建 创建模型文件 模型块的操作 连线的操作 对模型的注释； 仿真的配置 保存模型； 仿真和结果分析。 1.9.2．3 SIMULINK 模型文件
2016年7月15日 11
2016年7月15日
数字信号处理工具包 定点运算控制系统仿真工具包 电力电动系统工具包 交互图形和控制面板设计工具 包 通信系统工具包 CDMA通信系统设计和分析工 具包 非线性控制设计工具包 Motorola DSP开发工具包 TI DSP开发工具箱
4
4.提供了仿真库的扩充和定制机制 Simulink的开发式结构允许用户扩展仿真环境的 功能：采用MATLAB、FORTRAN和C代码生成自 定义的模块库，并拥有自己的图标和界面。 5.与MATLAB工具箱的集成 Simulink可以直接利用MATLAB的诸多资源与功 能，用户可以直接在Simulink下完成诸如数据分析、 过程自动化、优化参数等工作。工具箱提供的高 级设计和分析能力可以融入仿真过程。
2016年7月15日
2
1.交互式、图形化的建模环境 Simulink提供了丰富的模块库以帮助用户快速地建立 动态系统模型。建模时只需使用鼠标拖放不同模块库 中的系统模型并将它们连接起来。它外表以方块图形 式呈现，且采用分层结构。 2.交互式的仿真环境 Simulink框图提供了交互式很强的仿真环境，既可以 通过下拉菜单执行，也可以通过命令行进行仿真。 3.专用模块库(Blocksets) MathWorks公司开发了一系列的专用功能块程序包， 通过这些可迅速地对系统实现建模、仿真和分析。
2016年7月15日
ຫໍສະໝຸດ Baidu
5
Simulink具有以下特点： • 基于矩阵的数值计算； •高级编程语言； •图形与可视化； •工具箱提供面向具体应用领域的功能； •丰富的数据I/O工具； •提供与其它高级语言的接口； •支持多平台(PC/Macintosh/UNIX); •开放与可扩展的体系结构。
2016年7月15日 6
例1.9.1.2：实现两个正弦信号的相乘。
2016年7月15日 9
1.9.2 模型的创建和模型文件
1.9.2．1 SIMULINK 模型是什么？ SIMULINK 模型有以下几层含义： • 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； • 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。
3. simget函数
simget函数用来获得模型的参数设置值。如果参数值 是用一个变量名定义的，simget返回的也是该变量的值 而不是变量名。如果该变量在工作空间中不存在(即变 量未被赋值)，则Simulink给出一个出错信息。该函数 有如下3种用法： (1) struct=simget(modname)：返回指定模型model的参 数设置的options结构。 (2) value=simget(modname,property)：返回指定模型 model的参数property的值。 (3) value=simget(options,property)：获取options结构 中的参数property的值。如果在该结构中未指定该参数， 则返回一个空阵。 用户只需输入能够唯一识别它的那个参数名称的前 29 2016年7月15日 几个字符即可，对参数名称中字母的大小写不作区别。
2016年7月15日 23
（2）构造简单的接收用的信号模型
2016年7月15日
24
（3）模块参数的设置
双击模块source0825＿1，弹出“From Workspace” 设置对话框，在Data栏中填写TU
（4）在MATLAB工作空间产生信号矩阵
TU＝source0825_1(1,100,4)
。
0t T T t 2T else
2016年7月15日
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（1）编写一个产生信号矩阵的M文件 [sourec 0825_1.m] function TU=source0825_1(T0,N0,K) t=linspace(0,K*T0,K*N0+1); N=length(t); u1=t(1:(N0+1)).^2; u2=(t((N0+2):(2*N0+1))-2*T0).^2; u3(1:(N-(2*N0+2)+1))=0; u=[u1,u2,u3]; TU=[t',u'];
2. simset函数 simset 函数用来为sim函数建立或编辑仿真参数或 规定算法，并把设置结果保存在一个结构变量中。它 有如下4种用法： (1) options=simset(property,value,…)：把property代表 的参数赋值为value，结果保存在结构options中。 (2) options=simset(old_opstruct,property,value,…)： 把已有的结构old_opstruct(由simset产生)中的参数 property重新赋值为value，结果保存在新结构options 中。 (3) options=simset(old_opstruct,new_opstruct)：用结 构new_opstruct的值替代已经存在的结构old_opstruct 的值。 (4) simset ：显示所有的参数名和它们可能的值。 28 2016年7月15日
18
（2）仿真数据的输入输出设置(Workspace I/O)
2016年7月15日
19
（3）仿真中异常情况的诊断(Diagnostics)
返回
2016年7月15日
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1.9.2 模型的创建和模型文件（续2）
1.9.2．3 SIMULINK 模型文件 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。
返回 （c）旋转900
（7）模块名的操作 也可修改模块名的字体：用Format:Font
2016年7月15日
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连线的操作
返回
产生连线 水平或垂直连线 斜连线 连线的删除 信号线的分支和折曲 分支的产生 信号线的折曲 折点的移动
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（1）解参数的设置(Solver)
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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。
(5)开始仿真
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1.9.3 仿真运行
1.9.3．1 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。 • 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。 例1.9.1.2：实现两个正弦信号的相乘。
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1.9.3 仿真运行（续1）
1.9.3．2 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 。
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。 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1.9.1.1：信号发生器和示波器。
1 In
1 Gain
1 Out
用 mdl 文件编写有输入和输出的增益器。 （在 Word下 ）
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1.9.2 模型的创建和模型文件（续2）
1.9.2．4 常用的Source库信源 例：如何调用MATLAB工作空间中的信号矩阵 作为模型输入。本例所需的输入为
t2 u (t ) (2T t ) 2 0
Simulink具有强大的功能与友好的用户界面，具 有广泛的应用领域。如：
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Simulink的应用领域示意图
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1.9.1 快速入门
SIMULINK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。
• 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。
(1) 新建模型：利用模型窗口中的图标
选中Matlab指令窗口的菜单 （2）打开模型：利用模型窗口中的图标 选用某模型窗口中的菜单 在指令窗口中由open指令实现open模型名
（3）存盘：Simlink是以ASCII码形式存储的.mdl文件
（4）打印：先点击模型窗口中的图标，打开一个打印对 话框，但它比Windows多一个选项框
从命令窗口运行仿真的函数有4个，即sim、 simset、simget和set_param。 1. sim函数 sim函数的作用是运行一个由Simulink建立的 模型，其调用格式为： [t, x, y日]=sim(modname,timespan,options,data) 27 2016年 7月15
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返回
2016年7月15日
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（1）选定模块：单个模块 矩形里的所有模块及其信号线
2016年7月15日
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（2）模块的复制 （3）模块的移动 （4）模块的删除 （5）改变模块的大小
（a）原尺寸 （ b）拖动边框 （c）新尺寸
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（6）模块的旋转 （a）缺省状态 （b）旋转1800
2016年7月15日 3
Simulink部分软件工具包
DSP Blockset Fixed-Point Blockset Power System Blockset Dials & Gauges Blockset Communication Blockset CDMA Reference Blockset Nonlinear Control Design Blockset Motorola DSP Developer’s Kit TI DSP Developer’s Kit
1.9 MATLAB的SIMULINK仿真
1.9.1 1.9.2 1.9.3 1.9.4 1.9.5 1.9.6 Simulink入门 模型的创建和模型文件 仿真运行 系统建模 子系统的创建及封装 常用工具箱简介
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Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿 真和分析的软件包，是MATLAB的重要组成部分。 Simulink可以用来建模、分析和仿真各种动态系统 (包括连续系统、离散系统和混合系统)，它提供了 一种图形化的交互环境，只需用鼠标拖动的方法 便能迅速地建立起系统框图模型，甚至不需要编 写一行代码。 Simulink提供建立系统模型、选择仿真参数和 数值算法、启动仿真程序对该系统进行仿真、设 置不同的输出方式来观察仿真结果等功能。
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2016年7月15日
1.9.2 模型的创建和模型文件（续1） 1.9.2．2 SIMULINK 模型的创建 创建模型文件 模型块的操作 连线的操作 对模型的注释； 仿真的配置 保存模型； 仿真和结果分析。 1.9.2．3 SIMULINK 模型文件
2016年7月15日 11
2016年7月15日
数字信号处理工具包 定点运算控制系统仿真工具包 电力电动系统工具包 交互图形和控制面板设计工具 包 通信系统工具包 CDMA通信系统设计和分析工 具包 非线性控制设计工具包 Motorola DSP开发工具包 TI DSP开发工具箱
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4.提供了仿真库的扩充和定制机制 Simulink的开发式结构允许用户扩展仿真环境的 功能：采用MATLAB、FORTRAN和C代码生成自 定义的模块库，并拥有自己的图标和界面。 5.与MATLAB工具箱的集成 Simulink可以直接利用MATLAB的诸多资源与功 能，用户可以直接在Simulink下完成诸如数据分析、 过程自动化、优化参数等工作。工具箱提供的高 级设计和分析能力可以融入仿真过程。
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1.交互式、图形化的建模环境 Simulink提供了丰富的模块库以帮助用户快速地建立 动态系统模型。建模时只需使用鼠标拖放不同模块库 中的系统模型并将它们连接起来。它外表以方块图形 式呈现，且采用分层结构。 2.交互式的仿真环境 Simulink框图提供了交互式很强的仿真环境，既可以 通过下拉菜单执行，也可以通过命令行进行仿真。 3.专用模块库(Blocksets) MathWorks公司开发了一系列的专用功能块程序包， 通过这些可迅速地对系统实现建模、仿真和分析。
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Simulink具有以下特点： • 基于矩阵的数值计算； •高级编程语言； •图形与可视化； •工具箱提供面向具体应用领域的功能； •丰富的数据I/O工具； •提供与其它高级语言的接口； •支持多平台(PC/Macintosh/UNIX); •开放与可扩展的体系结构。
2016年7月15日 6
例1.9.1.2：实现两个正弦信号的相乘。
2016年7月15日 9
1.9.2 模型的创建和模型文件
1.9.2．1 SIMULINK 模型是什么？ SIMULINK 模型有以下几层含义： • 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； • 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。
3. simget函数
simget函数用来获得模型的参数设置值。如果参数值 是用一个变量名定义的，simget返回的也是该变量的值 而不是变量名。如果该变量在工作空间中不存在(即变 量未被赋值)，则Simulink给出一个出错信息。该函数 有如下3种用法： (1) struct=simget(modname)：返回指定模型model的参 数设置的options结构。 (2) value=simget(modname,property)：返回指定模型 model的参数property的值。 (3) value=simget(options,property)：获取options结构 中的参数property的值。如果在该结构中未指定该参数， 则返回一个空阵。 用户只需输入能够唯一识别它的那个参数名称的前 29 2016年7月15日 几个字符即可，对参数名称中字母的大小写不作区别。
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（2）构造简单的接收用的信号模型
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（3）模块参数的设置
双击模块source0825＿1，弹出“From Workspace” 设置对话框，在Data栏中填写TU
（4）在MATLAB工作空间产生信号矩阵
TU＝source0825_1(1,100,4)
。
0t T T t 2T else
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（1）编写一个产生信号矩阵的M文件 [sourec 0825_1.m] function TU=source0825_1(T0,N0,K) t=linspace(0,K*T0,K*N0+1); N=length(t); u1=t(1:(N0+1)).^2; u2=(t((N0+2):(2*N0+1))-2*T0).^2; u3(1:(N-(2*N0+2)+1))=0; u=[u1,u2,u3]; TU=[t',u'];
2. simset函数 simset 函数用来为sim函数建立或编辑仿真参数或 规定算法，并把设置结果保存在一个结构变量中。它 有如下4种用法： (1) options=simset(property,value,…)：把property代表 的参数赋值为value，结果保存在结构options中。 (2) options=simset(old_opstruct,property,value,…)： 把已有的结构old_opstruct(由simset产生)中的参数 property重新赋值为value，结果保存在新结构options 中。 (3) options=simset(old_opstruct,new_opstruct)：用结 构new_opstruct的值替代已经存在的结构old_opstruct 的值。 (4) simset ：显示所有的参数名和它们可能的值。 28 2016年7月15日
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（2）仿真数据的输入输出设置(Workspace I/O)
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（3）仿真中异常情况的诊断(Diagnostics)
返回
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1.9.2 模型的创建和模型文件（续2）
1.9.2．3 SIMULINK 模型文件 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。
返回 （c）旋转900
（7）模块名的操作 也可修改模块名的字体：用Format:Font
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连线的操作
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产生连线 水平或垂直连线 斜连线 连线的删除 信号线的分支和折曲 分支的产生 信号线的折曲 折点的移动
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（1）解参数的设置(Solver)
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