MATLAB-7(MATLAB及其在电气工程下的应用)

Simulink仿真环境
模块库浏览器(Simulink Library Brower)
—— 工具栏 新建一个Simulink模型； 打开一个已创建的Simulink模型； 将浏览器设置在桌面的最高层； 关键词查找。 —— 菜单栏
Simulink下常用模块
Simulink提供了诸多子模块组,每个子模块组 中还包含众多的下一级子模块及模块组.
利用输出模块分析 (2) 以文件形式输出仿真结果 利用输出模块库中的To file模块可以将 仿真结果以Mat文件的格式直接保存到 数据文件中。
(3) 直接显示数据输出
输出模块库中提供了一个Display模块， 用于直接显示数据。
仿真结果分析
利用输出模块分析 (4) 表盘和量计显示输出 利用Dials & Gauges模块库。 (5) 数字信号处理、分析输出
常用的Sink库信宿
用来接收信号,显示信号.
Display : 数值显示. Scope: 示波器 Stop: 终止仿真,可接受向量输入,任何分量非零时,终
止整个仿真.常与关系模块配用.
To File: 把数据保存为文件. To Workspace: 把数据写成矩阵. XY Graph: 显示X-Y图形
运行仿真
启动仿真：命令、窗口或按下Ctrl+T组合键。 如果在仿真运行过程中有错误发生，Simulink 会中断仿真并弹出仿真诊断对话框来显示错误信 息。
仿真结果分析
利用输出模块分析或使用函数分析。
利用输出模块分析
利用输出模块显示系统的仿真结果。有以下 几种方法： (1) 观察输出轨迹； (2) 以文件形式输出； (3) 直接显示数据输出； (4) 用表盘和量计显示输出； (5) 进行数字信号处理、分析输出
仿真模块是创建仿真模型的基本单元， 是进行动态系统仿真的基础
创建仿真模型
仿真模块操作
(1) 添加一个仿真模块
鼠标左键法 鼠标右键法
(2) 模块的选定 单个模块的选定 多个模块的选定
创建仿真模型
仿真模块操作
(3) 模块的复制
(4) 模块的删除
(5) 模块的移动 (6) 模块大小的调整 (7) 模块的旋转 菜单或鼠标右键：Format/Rotate
练 习
在Simulink下求解初始状态为0的二阶微分方程:
x" 0.2x' 0.4x 0.2u(t )
u(t) 是单位阶跃函数.
双击相应模块，在打开的参数设置对 话框中，既可查看模块的各项默认参数 设置，也可根据需要修改各项参数设置。
创建仿真模型
仿真信号线
信号线上传输的信号可Байду номын сангаас是标量也可以是 矢量信号。
(1) 模块间信号线的连接 (2) 绘制支路信号线
光标指向分支线的起点，按下鼠标右键（或 按ctrl键，再按鼠标左键），看光标变为十字，拖 动鼠标直至分支线的终点处，释放鼠标按钮。
放信号的信号矩阵[T,U]必须存在于MATLAB工作空间.
Signal Generator:信号发生器,可产生正弦,方波,锯齿
波,随机波.
常用的Source库信源
Sine: 正弦波输出,可设置幅值,相位,频率. Step: 阶跃输出,可设置阶跃时刻,阶跃前后的幅值.
常用的Source库信源
例: 调用MATLAB工作空间中的信号矩阵作为模 型输入.输入为
阶跃
GC (t )

5s 6 s 2 3s 7
y(t)

GC (s) (K p s Ki ) / s
K p 3, Ki 2; 2, 0.1
饱和非线性模块的饱和上界和下界分别设置为2和-2; 死区非线性模块的死区起止值分别设置为-0.1和0.1
常用的Source库信源
t 2 0t T u (t ) (2T t ) 2 T t 2T 0 else
function TU=source1(T0,N0,K) u3(1:(N-(2*N0+2)+1))=0; t=linspace(0,K*T0,K*N0+1); U=[u1,u2,u3]; N=length(t); TU=[t‟,u‟] U1=t(1:(N0+1)).^2; U2=(t((N0+2):(2*N0+1))-2*T0).^2;
创建仿真模型
仿真模块操作
(8) 模块标签的操作
更改模块标签名：双击并修改 改变模块标签位置：菜单或鼠标拖拽 隐藏模块标签：菜单或鼠标右键
Format/Hide name
(9) 增加模块阴影
菜单或鼠标右键 Format/Hide drop shadow
创建仿真模型
仿真模块操作
(10) 模块参数的设置
示波器
显示实时信号
(1)示波器工具栏工具的使用;
(2) 示波器纵坐标范围的手工设置;
(3) 示波器横坐标的设置;
(4) 把示波器数据送入MATLAB工作空间;
(5) 多信号显示区设置;
(6) 设置为游离示波器.
仿真(参数)的配置
Simulink模型本质上是一个计算机程序,它定 义了描写被仿真系统的一组微分或差分方程. 解算器类别: 变步长(Variable-step solver) 定步长(Fixed-step solver) 具体算法:ode45 (四解龙格库塔法) ode23(改进欧拉法) ode113(变阶法,求解非刚性微分方程) ode15s(求解刚性微分方程)
(1) 仿真时间
Start time 和 Stop time
仿真参数设置
Solver选项页 (2) 仿真解法设置
Simulink模型本质上是一个计算机程序， 它定义了描写被仿真系统的一组微分或差分方 程。仿真时要选择一种数值解算方法。
变步长解法 定步长解法
ode45 ode23 ode113 ode15s
在一些信号的后面直接连接数字信号处理模 块，以便获得信号的处理结果。在DSP Blockset中提供了丰富的数字信号处理模块。 Simulink Extra中的Additonal Sinks也提供 了一些输出模块。
仿真结果分析
使用函数分析 使用函数对仿真结果进行分析，灵活方便
仿真实例
例: 非线性控制系统如图所示:
输入模块组Sources (可用来驱动系统,作为输入信号) 输出池模块组Sinks
连续系统模块组Continuous 离散系统模块组Discrete 非线性模块组Discontinuities 数学函数模块组Math Operations 查表模块组Look-up Tables 用户自定义函数模块组User-defined Functions
仿真结果分析
利用输出模块分析 (1) 观察输出轨迹 1) 用Scope模块或XY Graph模块 2) 将输出信号写入返回变量，并利用 MATLAB命令绘图 3) 使用To Workspace模块把输出写入到 Matlab工作空间，然后再通过Matlab的 绘图命令绘制输出轨迹。
仿真结果分析
常用的Source库信源
例: 调用MATLAB工作空间中的信号矩阵作为模 型输入.输入为 (2)构造简单的接收信号用的实验模型: “From Workspace”, ”Scope”并连接 (3)模块的参数设置: “From Workspace”中的data中填写TU (4)在命令窗口运行: TU=source1(1,100,4); (5) 在模型窗口进行仿真.
用来向模型提供信号. 没有输入口,而至少 有一个输出口. Clock : (连续)仿真时钟,输出每个仿真步点的时刻. Constant:恒值输出,数值可设置 From File: 从文件读数据,从MAT文件获取信号矩阵,信
号以行方式存放,第一行是时间,其余每行存放一个信 号序列.
From Workspace:从工作内存读矩阵数据,以列方式存
Simulink下常用模块
信号模块组Signal Routing
信号属性模块组Signal Attributes
Simulink仿真环境
Simulink 模型窗口界面
—— 单窗口与双窗口(模型框、模型浏览器) —— 工具栏 —— 菜单栏
—— 状态栏
创建仿真模型
创建仿真模型就像搭积木一样，打开 创建模型窗口，首先从相应的模块库中选 出所需要的仿真模块，添加到模型窗口中。 然后用信号线把各个模块按照系统要求连 接起来，组成所需要的系统仿真模型。
变步长解法步长 容差
仿真参数设置
Solver选项页 (3) 输出模式设置
细化输出、产生额外输出、只产生指定的输 出。一般取缺省设置。
仿真参数设置
Workspace选项页
仿真数据输入输出设置。
(1) Load from workspace
在模型窗中若使用输入摸块In，需选中Input 复选框，并在文本框中输入指定的变量名，例如 [t u],若输入模块有n个，则u的第1,2,…,n列分别 送往输入模块In1,In2,…,Inn
(2)选择‘File‟ „New‟ „Model‟命令 (3)在Matlab的命令窗口中输入命令simulink 可打开 “Simulink Libarary Browser” 对话框，在该对话框中可查看各种 Simulink模块。创建或打开一个模型窗口。
简单示例
步骤2：创建模型 (1) 添加Simulink模块; (2) 设置模块的属性； (3) 连接模块。 在模型窗口中，生成了仿真模型。
简单示例
示例：用示波器观察正弦波信号
目的：领略Simulink的操作环境； 体验Simulink建模、仿真过程与能力 步骤：(1) 进入Simulink仿真环境；
(2) 创建仿真模型
(3) 仿真与结果分析
简单示例
步骤1：进入Simulink仿真环境
(1)单击Matlab命令窗口中的Simulink按钮
简单示例
步骤3：运行仿真系统 (1) 设置仿真参数; (2) 启动仿真； (3) 修改仿真显示的结果。 双击示波器，生成示波器窗口。运行 仿真可观察仿真结果。
简单示例
练习： 使用Simulink来计算“chirp”信号和正 弦函数信号叠加后的信号波形。
提示: (1) 模块库中的信号源、宿源、数学操 作；
(5) 移动信号线操作
创建仿真模型
仿真信号线
(6) 设置信号线标签操作
在需要输入标签的信号线上双击鼠标，在编 辑框中输入标签，再用鼠标把标签拖到合适的位 置。
创建仿真模型
对模型的注释
(1) 模型注释的创建
在将用作注释区的中心位置，双击鼠标左键， 出现编辑框，输入完所需的文字后，在框外单击 鼠标左键。
外部输入采用的形式可以是输入矩阵， 也可以是结构数组。
仿真参数设置
Workspace选项页 (2) Save to workspace
设置保存到工作空间的变量，其中包括时间、 状态量和输出。用户可以对保存到工作空间中的 变量赋予不同的变量名称。
Time和Output两个复选框默认是被选定的， 一般在模型运行后，在工作空间都会增加两个变 量tout和yout.
创建仿真模型
仿真信号线
(3) 在信号线间插入模块操作
选中需要插入的模块，拖动模块到信号线上 需要插入模块的地方，释放鼠标即可。要求插入 的模块只能由一个输入端和一个输出端。
创建仿真模型
仿真信号线
(4) 分割信号线操作
选中需要分割的信号线，把鼠标移至分割点， 同时按下Shift键和鼠标左键，将鼠标拖动分割点 至所要求的位置，松开鼠标和Shift键即可。
(2) 注释位置的移动
仿真参数设置
菜单Simulation/simulation parameters命 令,完成对各项仿真参数的设置。包括Solver、 workspace I/O、Diagnostics、Advanced、 Real-Time Workshop选项
Solver选项页
设置仿真时间、解算方法、输出选择等。
Simulink仿真系统
在MATLAB中，Simulink是 用来对动态系统进行建模、仿真 和综合分析的交互工具。 可使用Simulink提供的标准 模型库或者自行创建的模型库， 描述、模拟和精化系统行为。
内
容
简单示例 Simulink仿真环境 仿真模型的创建 动态仿真与结果分 析 子系统的创建与封 装 连续系统建模