MATLAB课件 第10讲

（5）设置系统仿真参数。单击模型编辑窗口”Simulink“菜 单中的”Confinguration Parameters”命令，打开仿真参 数 设置对话框，即可设置。 （6）仿真操作。双击示波器图标，打开示波器窗口。在模 型编辑器窗口中选择“Simulink”菜单中的”Start“命令， 就可 在示波器窗口中看到仿真结果的变换曲线。单击示波器窗口 工具栏上的”Autoscale“按钮 ，可以自动调整坐标来使 波形刚好完整显示，这时的波形如图所示。
第十章 Simulink 仿真环境
目 录
10.1初识Simulink 10.2仿真模型的建立 10.3系统的仿真与分析 10.4子系统与封装 10.5S函数的设计与应用
本章学习目标 熟悉Simulink的操作环境 掌握绘制系统模型的方法。 掌握子系统模块的建立与封装技术。 了解S函数的功能与设计方法。
10.3系统的仿真与分析
10.3.1设置仿真参数 其方法是：打开系统仿真模型，从模型编辑窗口的 “Simulation”菜单中选择“Configuration Parameters”命 令。 打开一个仿真参数对话框，在其中可以设置仿真参数。 Slover类：用于设置仿真起始和停止时间，选择微分方程求 解算法并为其规定参数，以及选择某些输出选项。 Data Import/Export类：用于管理工作空间数据的导入和导 出。 Optimization类：用于设置仿真优化模式。 Diagnostics类：用于设置在仿真过程中出现各类错误时发出 警告的等级。
2.Data Import/Export类设置 DataImport/Export类包含的选项如图所示。
（1）从工作空间中载入数据（Load from workspace） 在仿真过程中，如果模型中有输入端口，可从工作空间直接 把数据载入到输入端口，即选中”Input“复选框，然后在后 面 的编辑框内输入数据的变量名。 变量名的输入有以下几种形式： ①矩阵形式。 ②包含时间数据的结构形式 ③综合形式。 （2）保存到工作空间（Save to workspace） 同载入数据的形式一样，保存数据也有矩阵、结构和包含时 间数据的结构形式。 ①矩阵形式。
2.模块间连线的调整 调整模块间连线位置可采用鼠标托放操作来实现。先将鼠标 指针移动到需要移动的线段的位置，按住鼠标左键，移动鼠 标到目标位置，释放鼠标左键。 3.连线的分支 操作方法是，在先连好一条线后，把鼠标指针移到分支点的 位置，先按下Ctrl键，然后按住鼠标拖曳到目标模块的输入 端，释放鼠标和Ctrl键。 4.标准连线 操作方法是，双击要做标记的连线，将出现一个小文本编辑 框，在其中输入标注文本，这样就建立了一个信号标记。
信号输出（Sink）。信号可以在示波器（Scope)、图形 （ＸＹGraph）记录仪上显示，可以存储到文件（To File）、 导出到工作空间（To Workspace）。 2.仿真步骤 利用Simulink进行系统仿真的步骤如下。 （1）建立系统仿真模型，包括添加模块、设置模块参数、 进行模块连接等操作。 （2）设置仿真参数。 （3）启动仿真并分析仿真结果。 3.仿真实例 下面通过一个简单实例，说明利用Simulink建立仿真模型并 进行系统仿真的方法。
例10.1利用Simulink仿真曲线y(t)=sint+sin(9t). (1)在MATLAB主菜单中，选择“File”菜单中“New”菜单项 的 “Model”命令，打开一个名为untitled的模型编辑窗口。或 启动Simulink模块库浏览器后再单击其工具栏中的New model 命令按钮，也会弹出模型编辑窗口。 （2）将所需模块添加到模型中。 （3）用连线将各个模块连接起来组成系统仿真模型，如图 所示。 （4）设置模块参数并连接各个模块组成仿真模型。先双击 各个正弦源，打开“Source Block Parameters”对话框， 如 图所示。 模型建立好后，从模型编辑窗口的“File”菜单中选择 “Save” 或“Save as “命令将模型以模型文件的格式存盘。
5.模块名的处理 要隐藏模块名，首先选定模块，然后选择”Format“菜单中 的 ”Hide Name“命令，模块名就会被隐藏，同时菜单项 ”Hide Name“变成”Show Name“。选择”Show Name“命 令就会使模块隐藏的名字显示出来。 要修改模块名，用鼠标左键单击模块名的区域，这时会在此 处出现编辑状态的光标，在这种状态下能够对模块名随意修 改。 10.2.3模块的连接 当设置好了各个模块后，还需要把它们按照一定的顺序连接 起来才能组成一个完整的系统模型。 1.连接两个模块 方法是先移动鼠标指针到输出端，当鼠标指针变成十字形光 标时按住鼠标左键，移动鼠标指针到另一个模块的输入端， 当十字光标出现重影时，释放鼠标左键就完成了两个模块的 连接。
在采用变步长算法时，首先应该指定允许的误差限，在采用 变步长算法时还要设置最大步长，在默认值的情况下，系统 所给定的最大步长为 最大步长=（终止时间-起始时间）/50 在采用固定步长算法时，要先设置固定步长。还多了一个模 型类型（Tasking mode for periodic sample times)的 选项，该选项包括：多任务(MultiTasking)、单任务 (Single Tasking )和默认值(Auto)。 变步长和固定步长分别对应许多不同的具体算法，如图所示。
10.2仿真模型的建立
10.2.1Simulink的基本模块 模块是构成系统仿真模型的基本单元。用适当的方式把各种 模块连接在一起就能够建立动态系统的仿真模型，所以构建 系统仿真模型主要涉及Simulink模源自文库的操作。 Simulink的模块库提供了大量模块，大体分为两类：基本模 块库和专业模块库。 在模块库浏览器左侧的Simulink选项上单击鼠标右键，在弹 出的快捷菜单中选择”Open Simulink Library“命令，将 打 开Simulink基本模块库窗口，如图所示。双击其中的子模块 库图标，打开子模块库图标，打开子模块库，找到仿真所需 的模块。
（1）Descripyion:对该模板中的用法进行说明。 （2）Priority：规定该模块在模块中相对于其他模块执行的 优先顺序。 （3)用户为模块添加的文本格式的标记。 “Block Annotation”选项卡中指定在该模块的图标下显示 模 块的哪个参数。 “Callbacks”选项卡中指定当对该模块实施某种操作时需要 执 行的MATLAB命令或程序。
Hardware Implementation类：用于设置实现仿真的硬件。 Model Referencing类：用于设置参考模型。 Simulation Target类：用于设置仿真模型目标。 HDLColor类：用于设置通过自动代码生成技术将设计算法 生成HDL代码的方法，包括设置第三方综合工具、仿真工具 以及实现的FPGA型号等。 1.Solver类设置 在对话框左边的树型结构中单击“Solevr”类，在右边的窗 口 中会列出所有Solver选项，如图所示 （1）设置仿真起始和停止时间（Simulink time） （2）仿真算法的选择（Solver option ) 在“Type”编辑框中设定算法类别：固定步长和变步长算法， 在”Solver“编辑器中选择集体算法。
以连续系统模块库（Continuous）为例，在Simulink基本 模块库窗口，双击Continuous模块库的图标即可打开该模 块库窗口，如下图所示。
10.2.2模块操作 1.添加与删除模块 要把一个模块添加到模块中，首先要在Simulink模块库中找 到该模块，然后将这个模块拖曳到模型窗口即可。 删除模块的方法是：选定模块，按Delete键或选 择”Edit“菜 单中的”Cut“或”Clear“命令；或者在模块上单击鼠标右键， 在弹出的快捷菜单中选择”Cut”或“Clear”命令。“Cut”命 令将 删除的模块送到剪切板，“Clear”命令将彻底删除模块。 2.选取模块 要在模型编辑窗口中选择单个模块，只要用鼠标在模块上单 击即可，这时模块的角上出现黑色的小方块，托动这些小方 块可以改变模块的大小。
10.3.2仿真结果分析 为了观察仿真结果的变化轨迹可以采用3种方法。 （1）把输出结果送给Scope模块或者XYGraph模块。 Scope模块显示系统输出量对于仿真时间的变化曲线， XYGraph模块显示送到该模块上的两个信号中的一个对另一 个的变化关系。
（2）把仿真结果送到输出端口并作为返回变量，然后使用 MATLAB命令画出该变量的变化曲线。 （3）把输出结果送到To Workspace模块，从而将结果直 接存入工作空间，然后用MATLAB命令画出该变量的变化曲 线。
（5）设置系统仿真参数。单击模型编辑窗口”Simulink“菜 单中的”Confinguration Parameters”命令，打开仿真参 数 设置对话框，即可设置。 （6）仿真操作。双击示波器图标，打开示波器窗口。在模 型编辑器窗口中选择“Simulink”菜单中的”Start“命令， 就可 在示波器窗口中看到仿真结果的变换曲线。单击示波器窗口 工具栏上的”Autoscale“按钮 ，可以自动调整坐标来使 波形刚好完整显示，这时的波形如图所示。
10.1初识Simulink——一个简单的仿真实例
在MATLAB的命令窗口输入simulink，或单击MATLAB主窗 口工具栏上的“Simulink”命令按钮 即可启动Simulink。 Simulink启动后会显示如图所示的Simulink模块库浏览器 （Simulink Library Browser）窗口。 1.模型元素 一个典型的Simulink模块包括以下3种元素。 信号源（Source）。信号源可以式常量（Constant）、时 间（Clock）、正弦波（Sine Wave)、锯齿（Step）波等。 被模拟的系统模块。例如，Math Operations（数学运算） 模块、Continuous（连续）系统模块、Discrete（离散） 系统模块等。
10.4模块的参数和属性设置 1.模块的参数设置 Simulink中几乎所有模块的参数都允许用户进行设置，只要 双击要设置的模块就会弹出模块参数对话框。该对话框分为 两部分，上面以部分是模块功能说明，下面一部分用来进行 模块参数设置。 2.模块属性设置 选定要设置属性的模块，然后在模型编辑窗口的”Edit“菜单 中选择：Block Properties”命令。将打开模块属性对话框。 该对话框包括General、BlockAnnotation和Callbacks3 个可以相互切换的选项卡。 其中General选项卡中可以设置3个基本属性。
②包含时间数据的结构形式。 （3）保存选项（Save options） 在保存选项栏中的”Format“下拉列表中有矩阵、结构和包 含 时间的结构3种选择。 在保存选项栏中的输出选项（Out putoptions）下拉表中 有3种选择：Refine output、Produce additional output 和Produce specified output only。 ①Refine output（细化输出）：细化输出的目的是使输出 的数据曲线更加平滑。 ②Produce additional output(产生附加输出）：由用户 指定产生输出的附加时刻。 ③Produce specified output only（仅在指定的时刻产生 输出）仅仅提供在指定的时间点上的输出值。
3.复制模块 在同一模型编辑窗口中复制模块的方法 在不同的模型编辑窗口之间复制模块的方法 复制操作还可以选择模型窗口“Edit”菜单中的额“Copy”和 “Paste“命令或单击工具栏上的”Copy“和”Paste“命令按 钮来 完成。 4.模型外形的调整 改变单个模块的大小 改变整个模型中所有模块的大小 调整模块的方向 改变模块的颜色 给模块加阴影