第11章Simulink仿真設(shè)計(jì)11.1Simulink簡介Simulink是MATLAB軟件的擴(kuò)展，它提供了集動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析于一體的圖形用戶環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包，它與MATLAB語言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語言的編程上。Simulink可以支持多采樣頻率系統(tǒng)，即不同的系統(tǒng)能夠以下不同的采樣頻率進(jìn)行組合，可以仿真較大、較復(fù)雜的系統(tǒng)。11.2Simulink編輯環(huán)境1．Simulink的啟動(dòng)啟動(dòng)Simulink。有如下3種方式：單擊“主頁”選項(xiàng)卡中的按鈕命令行窗口中輸入“simulink”在“主頁”選項(xiàng)卡下選擇“新建”→“SimulinkModel”命令圖“SimulinkStartPage”窗口

圖顯示模塊信息2．simulink的退出單擊窗口右上角的按鈕即可退出。3．Simulink模塊庫Simulink模塊庫提供了各種基本模塊，它按應(yīng)用領(lǐng)域以及功能組成若干子庫，大量封裝子系統(tǒng)模塊按照功能分門別類地存儲(chǔ)，以方便查找，每一類即為一個(gè)模塊庫。

圖“SimulinkLibraryBrowser”窗口11.2模塊的創(chuàng)建模塊是Simulink建模的基本元素，了解各個(gè)模塊的作用是熟練掌握Simulink的基礎(chǔ)。下面介紹利用Simulink進(jìn)行系統(tǒng)建模和仿真的基本步驟。（1）繪制系統(tǒng)流圖。首先將所要建模的系統(tǒng)根據(jù)功能劃分成若干子系統(tǒng)，然后用模塊來搭建每個(gè)子系統(tǒng)。（2）啟動(dòng)Simulink模塊庫瀏覽器，新建一個(gè)空白模型窗口。（3）將所需模塊放人空白模型窗口中，按系統(tǒng)流圖的布局連接各模塊，并封裝子系統(tǒng)。（4）設(shè)置各模塊的參數(shù)以及與仿真有關(guān)的各種參數(shù)。（5）保存模型，模型文件的后綴名為.mdl。（6）運(yùn)行并調(diào)試模型。11.2.1創(chuàng)建模塊文件啟動(dòng)Simulink，進(jìn)去“SimulinkStartPage”編輯環(huán)境。圖“SimulinkStartPage”窗口（1）單擊“BlankModel”命令，創(chuàng)建空白模塊文件，后面詳細(xì)介紹模塊的編輯；（2）單擊“BlankLibrary”命令，創(chuàng)建空白模塊庫文件。通過自定義模塊庫，可以集中存放為某個(gè)領(lǐng)域服務(wù)的所有模塊。

圖自建模型庫

圖創(chuàng)建模塊文件（3）單擊“BlankProject”命令，創(chuàng)建空白項(xiàng)目文件，執(zhí)行該命令后，彈出如圖所示的“CreateProject”對(duì)話框，設(shè)置項(xiàng)目文件的路徑與名稱。

圖“CreateProject”對(duì)話框

圖項(xiàng)目文件編輯環(huán)境11.2.2模塊的基本操作打開“SimulinkLibraryBrowser”窗口，在左側(cè)的列表框中選擇特定的庫文件，在右側(cè)顯示對(duì)應(yīng)的模塊。1．模塊的選擇選擇一個(gè)模塊：單擊要選擇的模塊，當(dāng)選擇一個(gè)模塊后，之前選擇的模塊被放棄選擇多個(gè)模塊：按住鼠標(biāo)左鍵不放拖動(dòng)鼠標(biāo)，將要選擇的模塊包括在鼠標(biāo)畫出的方框里；或者按住Shift鍵，然后逐個(gè)選擇。2．模塊的放置模塊的放置包括以下兩種：將選中的模塊拖動(dòng)到模塊文件中在選中的模塊上單擊右鍵，彈出如圖所示的快捷菜單，選擇“Addblocktomodeluntitled”命令。

圖快捷菜單

圖放置模塊3．模塊的位置調(diào)整不同窗口間復(fù)制模塊：直接將模塊從一個(gè)窗口拖動(dòng)到另一個(gè)窗口同一模型窗口內(nèi)復(fù)制模塊：先選中模塊，然后按Ctr1+c組合鍵，再按Ctrl+V組合鍵；還可以在選中模塊后，通過菜單欄“Edit”→“cut”或快捷菜單“copy”來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)模塊：按下鼠標(biāo)左鍵直接拖動(dòng)模塊刪除模塊：先選中模塊，再按Delete鍵或者通過Delete菜單4．模塊的屬性編輯改變模塊大?。合冗x中模塊，然后將移到鼠標(biāo)模塊方框的一角，當(dāng)鼠標(biāo)指針變成兩端有箭頭的線段時(shí)，按下鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)模塊圖標(biāo)，以改變圖標(biāo)大小調(diào)整模塊的方向：先選中模塊，然后通過菜單欄中的“Disgram”→“Rotate&Flip”→“Clockwise”或“Counterclockwise”來改變模塊方向。

給?？p加陰影：先選中模塊，然后通過菜單欄中的“Disgram”→“Format”→“Shadow”來改變給模塊天機(jī)陰影，如圖所示。修改模塊名：雙擊模塊名，然后修改。模塊名的顯示與否：先選中模塊，然后通過菜單欄中的“Disgram”→“Format”→“ShowBlockName”來決定是否顯示模塊名改變模塊名的位置：先選中模塊，然后通過菜單欄中的“Disgram”→“Format”→“FllipBlockName”菜單來改變模塊名的顯示位置

添加前添加后圖給模塊添加陰影

圖創(chuàng)建系統(tǒng)圖

11.2.3模塊參數(shù)設(shè)置1．參數(shù)設(shè)置雙擊模塊或現(xiàn)則菜單欄中的“Disgram”→“BlockParameters”命令或選擇右鍵快捷快捷命令“BlockParameters”，彈出“BlockParametersDerivative(參數(shù)設(shè)置)”對(duì)話框，如圖所示，設(shè)置增益模塊的參數(shù)值。2．屬性設(shè)置選擇菜單欄中的“Disgram”→“Properties”命令或選擇右鍵命令“Properties”，彈出屬性設(shè)置對(duì)話框，如圖所示，其中包括如下3項(xiàng)內(nèi)容。（1）“General”選項(xiàng)卡。Description：用于注釋該模塊在模型中的用法。Priority：定義該模塊在模型中執(zhí)行的優(yōu)先順序，其中優(yōu)先級(jí)的數(shù)值必須是整數(shù)，且數(shù)值越小(可以是負(fù)整數(shù))，優(yōu)先級(jí)越高，一般由系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置。Tag：為模塊添加文本格式的標(biāo)記。

圖模塊參數(shù)設(shè)置對(duì)話框

圖模塊屬性設(shè)置對(duì)話框（2）“BlockAnnotation”選項(xiàng)卡。指定在圖標(biāo)下顯示模塊的參數(shù)、取值及格式。（3）“callbacks”選項(xiàng)卡。用于定義該模塊發(fā)生某種指定行為時(shí)所要執(zhí)行的回調(diào)函數(shù)。

表標(biāo)注信號(hào)

表注釋模型11.2.4子系統(tǒng)及其封裝若模型的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，則需要將功能相關(guān)的模塊組合在一起形成幾個(gè)小系統(tǒng)，即子系統(tǒng)，然后在這些子系統(tǒng)之間建立連接關(guān)系，從而完成整個(gè)模塊的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了模型圖表的層次化。將使整個(gè)模型變得非常簡潔，使用起來非常方便。模塊圖子系統(tǒng)頂層圖子系統(tǒng)圖子系統(tǒng)圖子系統(tǒng)圖子系統(tǒng)圖

圖二級(jí)層次系統(tǒng)圖的基本結(jié)構(gòu)圖模塊的層次化設(shè)計(jì)既可以采用自上而下的設(shè)計(jì)方法，也可以采用自下而上的設(shè)計(jì)方法。1．子系統(tǒng)的創(chuàng)建方法例：通過子系統(tǒng)模塊來創(chuàng)建子系統(tǒng)

圖Simulink模塊庫對(duì)話框

圖放置子系統(tǒng)模塊

圖打開子系統(tǒng)圖例：組合已存在的模塊集圖打開“ModelBrowser（模塊瀏覽器）”面板

圖顯示子系統(tǒng)圖層次結(jié)構(gòu)

圖Subsystem圖例：封裝子系統(tǒng)

圖“MaskEditor”對(duì)話框圖“BlockParameters;Subsystem”對(duì)話框11.3仿真分析11.3.1仿真參數(shù)設(shè)置下面介紹不同面板中參數(shù)的含義。（1）solver面板。Simulink支持兩類解法器：固定步長和變步長解法器。Type下拉列表用于設(shè)置解法器類型，Solver下拉列表用于選擇相應(yīng)類型的具體解法器。

圖設(shè)置仿真參數(shù)的對(duì)話框

圖Solver面板（2）DataImport/Export面板。Loadfromworkspace：設(shè)置從MATLAB工作空間向模型導(dǎo)人數(shù)據(jù)。SavetoWOrkspace：設(shè)置向MATLAB工作空間輸出仿真時(shí)問、系統(tǒng)狀態(tài)、輸出和最終狀態(tài)。Saveoptions：設(shè)置向MATLAB工作空間輸出數(shù)據(jù)。

圖DataImport／Export面板11.3.2仿真的運(yùn)行和分析仿真結(jié)果的可視化是Simulink建模的一個(gè)特點(diǎn)，而且Simulink還可以分析仿真結(jié)果。仿真運(yùn)行方法包括以下三種。選擇菜單欄中的“Simulation”→“Run”命令單擊工具欄中的“Run”按鈕通過命令窗口運(yùn)行仿真從M文件中運(yùn)行仿真

圖仿真診斷對(duì)話框

圖顯示詳細(xì)的錯(cuò)誤信息11.4操作實(shí)例——數(shù)字低通濾波器離散時(shí)間系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字低通濾波器F(z)離散時(shí)間系統(tǒng)建模仿真的完整過程。1．設(shè)計(jì)模型文件2．離散時(shí)間仿真模型中采樣周期的設(shè)定

圖創(chuàng)建模型圖圖“BlockParameters;SineWave”對(duì)話框

圖“BlockParameters;SineWave1”對(duì)話框

圖“BlockParameters;RandomSource”對(duì)話框3．仿真分析圖“BlockParameters;ColoredNoise”對(duì)話框

圖頻譜分析圖11.5課后習(xí)題1．Simulunk的主要功能是什么，進(jìn)行Simulunk分析的步驟是什么。2．如何建立仿真模型？3．分別創(chuàng)建名為“myproject”、“mymodel”、“mymod