第七章Simulink交互式仿真建成環(huán)境本章主要介紹Simulink的模塊庫(kù)、具體建模方法、建模實(shí)例以及子系統(tǒng)及其封裝。本章的主要內(nèi)容有：Simulink的啟動(dòng)和模型庫(kù)模型文件的創(chuàng)建和保存仿真的配置子系統(tǒng)及其封裝在MATLAB指令窗中運(yùn)行Simulink模型7.1Simulink概述及其特點(diǎn)Simulink是MATLAB中的一個(gè)重要組件，它是simulation和link的縮寫，是一個(gè)進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成軟件包。它支持連續(xù)、離散以及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)的仿真；支持具有單任務(wù)、多任務(wù)的離散事件系統(tǒng)。在Simulink軟件環(huán)境下，用戶可以在屏幕上調(diào)用現(xiàn)成的模塊，并將它們適當(dāng)?shù)剡B接起來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)的模型，即所謂的可視化建模。運(yùn)用Simulink創(chuàng)建的模型外表為方塊圖形，且采用分層結(jié)構(gòu)，既適宜自上而下的設(shè)計(jì)流程（概念、功能、系統(tǒng)、子系統(tǒng)直至器件），又適宜自下而上的設(shè)計(jì)，具有方便、靈活的特點(diǎn)。在該環(huán)境中，用戶可以在仿真過(guò)程中改變感興趣的參數(shù)，實(shí)時(shí)地觀察系統(tǒng)行為的變化。Simulink環(huán)境使用戶擺脫了枯燥的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和繁瑣地編程，甚得科研工作者的青睞。7.2Simulink的啟動(dòng)和模型庫(kù)

如果用戶在安裝MATLAB的過(guò)程中選擇了Simulink組件，則在MATLAB安裝完成后，Simulink也安裝完畢。用戶必須注意，Simulink不能獨(dú)立運(yùn)行，只能在MATLAB環(huán)境中運(yùn)行。7.2.1Simulink的啟動(dòng)與退出在MATLAB的命令窗口輸入語(yǔ)句simulink并執(zhí)行：>>simulinkSimulink啟動(dòng)后會(huì)顯示如圖7.1所示的Simulink模塊庫(kù)瀏覽器（SimulinkLibraryBrowser）窗口。窗口的左邊是以樹(shù)狀列表形式列出的各類Simulink模塊庫(kù)名稱。雙擊對(duì)應(yīng)模塊庫(kù)的“+”號(hào)可以展開(kāi)子模塊庫(kù)。窗口右邊有三個(gè)切換窗口，一個(gè)是對(duì)應(yīng)用戶選中左側(cè)模塊庫(kù)中的模塊圖標(biāo)和名稱；一個(gè)是通過(guò)搜索模塊名稱得到的搜索結(jié)果；還有一個(gè)是使用頻率最高的模塊列表。啟動(dòng)Simulink也可以通過(guò)單擊MATLAB主窗口工具欄上的圖標(biāo)按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖7.2所示。關(guān)閉Simulink模塊庫(kù)以及所有模型窗口即可以退Simulink。7.2.1Simulink的啟動(dòng)與退出7.2.2Simulink常用模塊Simulink模塊庫(kù)有16個(gè)子模塊庫(kù)，通常使用比較多的是信號(hào)源子模塊庫(kù)(Sources)、連續(xù)系統(tǒng)子模塊庫(kù)(Continuous)、離散系統(tǒng)子模塊庫(kù)(Discrete)、數(shù)學(xué)運(yùn)算子模塊庫(kù)(MathOperations)、提取信號(hào)子模塊庫(kù)(Sinks)以及用戶自定義子模塊庫(kù)(User-DefinedFunctions)等。每個(gè)子模塊庫(kù)提供了不同功能的模塊。下面分別介紹各個(gè)常用子模塊庫(kù)以及其模塊，包括模塊的圖標(biāo)，名稱，以及功能。其中模塊左側(cè)的">"為信號(hào)流進(jìn)端口，右側(cè)的"?"為信號(hào)流出端口。1、信號(hào)源子模塊庫(kù)(Sources)信號(hào)源子模塊庫(kù)提供的模塊都沒(méi)有輸入端口，而至少有一個(gè)輸出端口。信號(hào)源子模塊庫(kù)中提供了很多標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。各模塊的圖標(biāo)、名稱、功能見(jiàn)表7-1。表7-1信號(hào)源子庫(kù)中模塊圖標(biāo)、名稱、功能一覽表圖標(biāo)名稱功能圖標(biāo)名稱功能Band-LimitedWhiteNoise限帶白噪聲ChirpSignal啁啾信號(hào)Clock時(shí)鐘信號(hào)Constant直流信號(hào)CounterFree-Running循環(huán)計(jì)算器CounterLimited有限循環(huán)計(jì)數(shù)器DigitalClock數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)FromWorkspace來(lái)源于工作空間的信號(hào)FromFile來(lái)自于文件的信號(hào)In1創(chuàng)建輸入端口Ground接地信號(hào)Ramp斜坡信號(hào)PulseGenerator脈沖發(fā)生器RepeatingSequence重復(fù)觸發(fā)序列RandomNumber隨機(jī)信號(hào)RepeatingSequenceStaur重復(fù)階梯序列RepertingSequenceInterpol…重復(fù)插值序列SignalGenerator信號(hào)發(fā)生器SignalBuilder信號(hào)生成器Step階躍信號(hào)SineWave正弦信號(hào)UniformRandomNumber均勻隨即信號(hào)表7-1信號(hào)源子庫(kù)中模塊圖標(biāo)、名稱、功能一覽表2、連續(xù)系統(tǒng)子模塊庫(kù)（Continuous）連續(xù)系統(tǒng)子庫(kù)提供了諸多關(guān)于連續(xù)系統(tǒng)運(yùn)算的模塊，包括微分運(yùn)算、積分運(yùn)算等，其圖標(biāo)、名稱和功能見(jiàn)表7-2。圖標(biāo)名稱功能圖標(biāo)名稱功能Derivative一階微分TransportDelay傳輸延時(shí)Integrator定積分或不定積分VariableTimeDelay可變延時(shí)傳輸State-Space狀態(tài)空間模型VariableTransportDelay可變傳輸延時(shí)TransferFcn傳遞函數(shù)Zero-Pole零-極點(diǎn)3、離散系統(tǒng)子模塊庫(kù)（Discrete）離散系統(tǒng)子庫(kù)提供了諸多關(guān)于離散系統(tǒng)運(yùn)算的模塊，包括濾波器、差分運(yùn)算等，其圖標(biāo)、名稱和功能見(jiàn)表7-3所示。圖標(biāo)名稱功能圖標(biāo)名稱功能Difference差值UnitDelay單位延遲DiscreteDerivative離散差分Zero-OrderHold零階保持器DiscreteFilter離散濾波器First-OrderHold一階保持DiscreteFIRFilte離散FIR濾波器Discrete-TimeIntegrator離散時(shí)間積分DiscreteState-Space離散狀態(tài)空間系統(tǒng)Memory存儲(chǔ)單元4、數(shù)學(xué)運(yùn)算子模塊庫(kù)(Math)數(shù)學(xué)運(yùn)算子庫(kù)提供了諸多關(guān)于數(shù)學(xué)運(yùn)算的模塊，其中主要運(yùn)算模塊的圖標(biāo)、名稱和功能見(jiàn)表7-4所示。圖標(biāo)名稱功能圖標(biāo)名稱功能Abs求復(fù)數(shù)模或求絕對(duì)值MathFunction數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)Add加法Minmax求最大/最小ComplextoMagnitude-Angle求復(fù)數(shù)的模和幅角Reshape元素重新排列ComplextoReal-Imag求復(fù)數(shù)的實(shí)部和虛部RoundingFloor圓周取整函數(shù)ReciprocalSqrt求平方根的倒數(shù)Sign符號(hào)函數(shù)TrigonometricFunction三角函數(shù)SumofElement元素求和SliderGain連續(xù)可調(diào)增益Polynomial多項(xiàng)式運(yùn)算VectorConcatenate向量串接DotProduct點(diǎn)乘5、提取信號(hào)子模塊庫(kù)(Sinks)輸出子庫(kù)中提供的模塊用來(lái)輸出系統(tǒng)仿真的結(jié)果。它只有輸入端口，用以接受模型傳遞過(guò)來(lái)的信號(hào)。輸出子模塊庫(kù)中各模塊的圖標(biāo)、名稱和功能見(jiàn)表7-5所示。圖標(biāo)名稱功能圖標(biāo)名稱功能Display實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示FloatingScope懸浮狀態(tài)示波器Out1創(chuàng)建輸出端口Scope示波器StopSimulation輸入非0時(shí)停止仿真Terminator終端ToFile輸出到文件ToWorkspace輸出到工作空間XYGraph顯示X-Y關(guān)系圖6、用戶自定義的函數(shù)子模塊庫(kù)(User-DefinedFunctions)用戶如果自己編寫函數(shù)文件來(lái)實(shí)現(xiàn)某一功能，可以使用用戶自定義的函數(shù)子模塊庫(kù)中的模塊。圖標(biāo)名稱功能圖標(biāo)名稱功能Fcn表達(dá)式形式InterpretedMATLABFunction函數(shù)計(jì)算形式Level-2MATLABS-Functionlevel-2S函數(shù)形式MATLABFunction函數(shù)文件形式S-FunctionS函數(shù)形式S-FunctionBuilder調(diào)用S函數(shù)形式說(shuō)明：用戶如果想了解更多關(guān)于該模塊的信息，可以使用該模塊的幫助信息。用鼠標(biāo)右擊需要查詢的模塊圖標(biāo)，在下拉菜單中選擇幫助選項(xiàng)，MATLAB將會(huì)提供該模塊的幫助信息。7.3模型文件的創(chuàng)建和保存Simulink模塊庫(kù)提供了功能齊全的模塊，用戶可以通過(guò)這些模塊來(lái)創(chuàng)建模型文件，并進(jìn)行仿真和系統(tǒng)分析。【例7-1】創(chuàng)建模型并分析結(jié)果在MATLAB指令窗內(nèi)執(zhí)行Simulink或者單擊MATLAB主窗口工具欄上的圖標(biāo)按鈕，打開(kāi)Simulink模塊庫(kù)瀏覽器窗口，（如圖7.1）。單擊該窗口工具條上的新建圖標(biāo)打開(kāi)一個(gè)未命名(untitled)的空白模型窗，如圖所示。（1）進(jìn)入Simulink環(huán)境鼠標(biāo)單擊圖7.1界面上“Sources”進(jìn)入信號(hào)源子模塊庫(kù)，選擇正弦信號(hào)圖標(biāo)鼠標(biāo)右擊，選擇“Addto…”選項(xiàng)將該框圖添加到模型窗中，如圖。（2）進(jìn)入信號(hào)源子模塊庫(kù)，添加正弦信號(hào)發(fā)生器模塊，查看默認(rèn)參數(shù)或重新設(shè)置參數(shù)或者，按住鼠標(biāo)左鍵不動(dòng)將正弦信號(hào)發(fā)生器框圖直接拖到模型窗中，效果相同。雙擊模型窗中的正弦信號(hào)發(fā)生器模塊，打開(kāi)關(guān)于該模塊參數(shù)設(shè)置的對(duì)話框，如圖7.6所示。（2）進(jìn)入信號(hào)源子模塊庫(kù)，添加正弦信號(hào)發(fā)生器模塊，查看默認(rèn)參數(shù)或重新設(shè)置參數(shù)（3）進(jìn)入輸出子模塊庫(kù)，選擇輸出方式鼠標(biāo)單擊圖7.1界面上的“Sinks”子模塊庫(kù)，選擇示波器（Scope）圖標(biāo)將其添加到模型窗中。雙擊示波器圖標(biāo)，打開(kāi)示波器窗口。示波器窗口有一個(gè)工具條，其上各按鈕從左到右的功能分別為：打印、示波器參數(shù)、同時(shí)放大x、y坐標(biāo)軸、放大x軸、放大y軸、自動(dòng)縮放、保存坐標(biāo)軸設(shè)置、恢復(fù)坐標(biāo)軸設(shè)置、浮動(dòng)示波器、釋放坐標(biāo)軸選項(xiàng)、信號(hào)選擇器。單擊圖標(biāo)打開(kāi)示波器參數(shù)設(shè)置窗口，如圖7.7所示。示波器的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框有兩個(gè)切換選項(xiàng)卡：General選項(xiàng)卡，可設(shè)置4個(gè)參數(shù)，常用的為坐標(biāo)軸數(shù)目（Numberofaxes）；History選項(xiàng)卡可設(shè)置兩個(gè)參數(shù)，常用的是保存到工作空間（Savedatatoworkspace）。（3）進(jìn)入輸出子模塊庫(kù)，選擇輸出方式（4）進(jìn)入數(shù)學(xué)運(yùn)算子模塊庫(kù)，選取疊加函數(shù)模塊。鼠標(biāo)單擊圖7.1界面上的“MathOperations”,選擇“Add”的圖標(biāo)并將其添加到模型窗中。鼠標(biāo)雙擊該模塊，將其設(shè)置成“+-”形式，如圖7.9所示.

如果用戶選擇將圖標(biāo)(Iconshape)設(shè)置為圓形，其外觀和功能等同于模塊（5）搭建模型，完成仿真。在未命名的模型窗中，用鼠標(biāo)畫線，將各個(gè)模塊連接成一個(gè)完整的模型，具體連線操作為：先將光標(biāo)指向一個(gè)模塊的輸出端，待光標(biāo)變?yōu)槭址?，按下鼠?biāo)左鍵并拖動(dòng)，直到另一模塊的輸入端。如果需要將連接線分支，則需將光標(biāo)指向信號(hào)線的分支點(diǎn)上，按鼠標(biāo)右鍵，待光標(biāo)變?yōu)槭址?，拖?dòng)鼠標(biāo)直到另一模塊的輸入端即可。連接線的箭頭指向?yàn)樾盘?hào)流動(dòng)方向。模型見(jiàn)圖7.10。搭建好模型后，鼠標(biāo)單擊模型窗工具條中的圖標(biāo)啟動(dòng)Simulink系統(tǒng)進(jìn)行仿真。鼠標(biāo)雙擊示波器，可以看到運(yùn)行后的結(jié)果，如圖7.11所示.其中運(yùn)用示波器工具條中的按鈕使得圖形充滿整個(gè)坐標(biāo)系，如信號(hào)x。（5）搭建模型，完成仿真。(5)仿真結(jié)果的分析本例選擇三個(gè)單蹤示波器，分別顯示正弦信號(hào)、余弦信號(hào)和運(yùn)算后的信號(hào)，為了更好地比對(duì)信號(hào)運(yùn)算后的變化，用戶可以將三個(gè)信號(hào)送給基本工作空間(WorkSpace),變量名稱分別為x1,x2，x，并以數(shù)值形式保存。具體設(shè)置為：勾選“Savedatatoworkspace”,變量名改為x1，“Format”下拉菜單選擇“Array”，然后點(diǎn)擊“OK”或者“Apply”完成設(shè)置。如圖7.12所示，為正弦信號(hào)x1的設(shè)置，信號(hào)x2、x的設(shè)置方法同上。啟動(dòng)仿真后，示波器立刻得到仿真的結(jié)果，該結(jié)果根據(jù)設(shè)置同時(shí)送給MATLAB基本工作空間。工作空間有四個(gè)變量tout、x1、x2和x，.其中，tout為時(shí)間變量默認(rèn)名，x1,x2,x均為為51×2數(shù)組，其中各數(shù)組的第一列數(shù)值即為變量tout，第二列為各自輸出信號(hào)的振幅。在MATLAB編輯器中編寫文件名為exm7_1的M文件：plot(x1(:,1),x1(:,2),'r:','LineWidth',3)holdonplot(x2(:,1),x2(:,2),'k-.','LineWidth',3)plot(x(:,1),x(:,2),'b','LineWidth',3)holdofflegend('輸入正弦信號(hào)','輸入余弦信號(hào)','輸出信號(hào)',3)xlabel('時(shí)間'),ylabel('振幅')在指令窗中執(zhí)行文件exm7_1.m，結(jié)果如圖所示（5）搭建模型，完成仿真。由圖可知，兩個(gè)信號(hào)運(yùn)算后產(chǎn)生的信號(hào)振蕩頻率與原信號(hào)相同，但振幅和初相位都發(fā)生了變化。創(chuàng)建完善的模型可以存盤。保存模型的方法和保存M文件的方法類似，模型文件的擴(kuò)展名為.mdl。點(diǎn)擊模型文件編輯器的保存圖標(biāo)將該模型文件命名為exm1.若要打開(kāi)該文件，可以通過(guò)以下3種方法：在MATLAB指令窗中輸入模型文件名，注意：不要帶擴(kuò)展名，但該文件一定要在當(dāng)前目錄或MATLAB的搜索路徑上，否則必須注明路徑目錄。2.點(diǎn)擊模塊庫(kù)瀏覽器或某一模型窗中的菜單File→Open,選中該模型文件打開(kāi)。3.點(diǎn)擊模塊庫(kù)瀏覽器或某一模型窗中的圖標(biāo)打開(kāi)該模型文件7.3模型文件的創(chuàng)建和保存7.4仿真的配置Simulink模型實(shí)際上是一個(gè)計(jì)算機(jī)程序，它定義了描寫被仿真系統(tǒng)的一組微分方程或差分方程。當(dāng)對(duì)模型窗中的模型進(jìn)行仿真時(shí)，Simulink系統(tǒng)就開(kāi)始了用一種數(shù)值解算方法求解方程。用戶在對(duì)模型進(jìn)行仿真時(shí)，如果不做特別設(shè)置（如例7-1），Simulink總以默認(rèn)的參數(shù)進(jìn)行數(shù)值解算。如果用戶不采用系統(tǒng)默認(rèn)的仿真設(shè)置，就必須對(duì)各種仿真參數(shù)進(jìn)行配置(Configuration)，其中包括：仿真步長(zhǎng)的選擇、仿真起始時(shí)刻和終止時(shí)刻的設(shè)定、數(shù)值積分算法的選擇以及各種仿真容差的選擇等。在模型窗的主菜單Simulink下拉子菜單中單擊仿真參數(shù)配置選項(xiàng)(ConfigurationParameters)，彈出仿真參數(shù)配置對(duì)話窗。圖7.14Simulink仿真參數(shù)配置窗口在該窗口中有若干個(gè)選項(xiàng)，對(duì)于一般用戶而言，比較常用的選項(xiàng)為仿真時(shí)間(Simulinktime)和解算器選項(xiàng)(Solveroptions)。下面就這兩個(gè)選項(xiàng)來(lái)闡述參數(shù)值的內(nèi)涵。7.4仿真的配置7.4.1仿真時(shí)間選項(xiàng)參數(shù)配置窗口中的時(shí)間選項(xiàng)提供了起始時(shí)刻(Starttime)和終止時(shí)刻(Stoptime)的參數(shù)設(shè)置，默認(rèn)時(shí)分別為0和10.表示仿真時(shí)長(zhǎng)為10秒，如果解算器設(shè)置的計(jì)算步長(zhǎng)為0.01，則計(jì)算機(jī)需要執(zhí)行1000步結(jié)束。如果將計(jì)算步長(zhǎng)設(shè)置得長(zhǎng)一些，比如0.1，則相應(yīng)的，計(jì)算機(jī)執(zhí)行次數(shù)就減少，即100步即可完成。因此，這里的時(shí)間概念和計(jì)算機(jī)真實(shí)地執(zhí)行時(shí)間是有差別的。相同的時(shí)間設(shè)置，如果計(jì)算步長(zhǎng)設(shè)置得越長(zhǎng)，實(shí)際的執(zhí)行時(shí)間就越短。7.4.2解算器選項(xiàng)

在解算器選項(xiàng)解算類型(Tyep)中，有變步長(zhǎng)(Variable-step)和定步長(zhǎng)(Fixed-step)兩種。對(duì)于變步長(zhǎng)選項(xiàng)，在算法(Solver)選項(xiàng)中列出了多種變步長(zhǎng)解算方法，對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)，默認(rèn)的算法ode45即為最佳算法，建議其對(duì)應(yīng)的最大步長(zhǎng)(Maxstepsize)、最小步長(zhǎng)(Minstepsize)和初始步長(zhǎng)(Initialstepsize)使用默認(rèn)(auto)值，如圖（1）。（1）變步長(zhǎng)選項(xiàng)（2）定步長(zhǎng)選項(xiàng)

對(duì)于離散系統(tǒng)，Simulink一般默認(rèn)選擇定步長(zhǎng)算法，如圖（2），其中默認(rèn)算法ode4即為最佳算法。如果用戶希望選擇其他的算法，或者使用需要的步長(zhǎng)，則通過(guò)鼠標(biāo)在算法的下拉菜單中選擇，在Fixed-stepsize中填入數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊"OK"或者"Apply"即可完成解算參數(shù)的設(shè)置。7.4.2解算器選項(xiàng)選擇狀態(tài)變量：令則原方程演變?yōu)榉蔷€性狀態(tài)方程組：初始條件為：【例7-2】求解范德波(VandePol)微分方程在初始條件下在范圍內(nèi)的數(shù)值解，并繪制解的曲線和相軌跡。（參數(shù)）。分析：信號(hào)為模型的輸出。第一個(gè)方程可以看做是將變量作為積分器的輸入信號(hào)，則積分器的輸出信號(hào)為.第二個(gè)方程可以將看做是另外一個(gè)積分器的輸出信號(hào)，該積分器的輸入信號(hào)為

.利用Simulink提供的模塊搭建一個(gè)名為exm2.mdl的模型，如圖所示。為了分析需要，用戶可以將仿真結(jié)果送到MATLAB基本工作空間(Workspace)：在Sinks子模塊庫(kù)中選擇ToWorkspace子模塊。本例調(diào)用兩個(gè)這樣的模塊，并分別對(duì)模塊的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，將仿真產(chǎn)生的結(jié)果保存變量名為y1和y2，保存格式為數(shù)值數(shù)組。在Sinks模塊庫(kù)中選擇XYGraph模塊，該模塊有兩個(gè)輸入端口，并以第一個(gè)輸入端口為X軸坐標(biāo)，第二個(gè)端口輸入為Y軸坐標(biāo)。在仿真配置選項(xiàng)里，將圖7.17中的Stoptime設(shè)置為15；解算器選項(xiàng)中選擇變步長(zhǎng)的ode23算法。啟動(dòng)仿真，仿真結(jié)束后在MATLAB工作空間產(chǎn)生了變量tout,y1,y2在MATLAB指令窗中輸入指令并執(zhí)行：>>plot(tout,y1,'r-.',tout,y2,'LineWidth',3)>>legend('x(t)','dx(t)/dt',2)>>gridon結(jié)果如圖所示。XYGraph模塊顯示方程的相軌跡，如圖所示【說(shuō)明】在Simulink模型中，運(yùn)用鼠標(biāo)就可以對(duì)模塊進(jìn)行選定、復(fù)制、移動(dòng)、刪除和縮放。在模塊上單擊鼠標(biāo)，即可選定該模塊，此時(shí)模塊的四角處會(huì)出現(xiàn)小黑塊編輯框。選中模塊后，右擊鼠標(biāo)可以引出對(duì)該模塊的操作菜單，其中包括模塊對(duì)應(yīng)的字體以及模塊的翻轉(zhuǎn)等操作，如圖所示。在模塊編輯窗的任意位置雙擊鼠標(biāo)，在光標(biāo)位置會(huì)出現(xiàn)矩形文本輸入框，可以添加文本注釋(label)。利用鼠標(biāo)可以將注釋框拖到模型窗的任何位置。對(duì)于數(shù)學(xué)函數(shù)(MathFunction)模塊,必須將函數(shù)設(shè)置為平方(square)計(jì)算，如圖所示。另外，兩個(gè)積分模塊里的初始值(Initialcondition)也要依據(jù)題目條件來(lái)設(shè)置置。將加法(Add)模塊設(shè)置成正確的"+—"或者"-+"的形式。將乘法(Product)模塊設(shè)置為三個(gè)輸入端口。【說(shuō)明】創(chuàng)建Simulink模型，如圖7.22所示圖7.22飽和非線性系統(tǒng)的Simulink模型【例7-3】某飽和非線性系統(tǒng)如圖7.21所示，求該系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。x(t)+3-0.51y(t)圖7.1界面上User-DefinedFunctions模塊庫(kù)中選擇MATLABFcn模塊，并將該模塊的MATLABfunction欄目中輸入sat。傳遞函數(shù)(TransferFun)模塊位于圖7.1界面上的“Continuous”模塊庫(kù)內(nèi)，將該模塊添加到模型窗中，雙擊該模塊，進(jìn)入傳遞函數(shù)(TransferFun)模塊的參數(shù)設(shè)置界面。輸入設(shè)計(jì)中的參數(shù)值，如圖。編寫函數(shù)名為sat的函數(shù)文件：functionyo=sat(yi)%SATFunctionforexm4.mdl%yi來(lái)自于增益模塊的輸入宗量%yo送給傳遞函數(shù)模塊的輸出宗量ifyi>=1yo=sqrt(yi);elseifyi<=-0.5yo=yi.^2;elseyo=yi;endend啟動(dòng)仿真，示波器顯示仿真結(jié)果如圖所示?！纠?-3】某飽和非線性系統(tǒng)如圖7.21所示，求該系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。7.5子系統(tǒng)及其封裝

對(duì)于簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，涉及的元件較少，功能簡(jiǎn)單，可以用Simulink系統(tǒng)建模仿真，但對(duì)于大型復(fù)雜系統(tǒng)，由于涉及的模塊比較多，直接由基本模塊構(gòu)成的Simulink模型會(huì)非常龐大和復(fù)雜，模型中的信號(hào)流向也不容易辨認(rèn)，給模型的檢測(cè)和調(diào)試都帶來(lái)了麻煩。因此，針對(duì)龐大的模型，用戶可以將各個(gè)獨(dú)立功能部分封裝成子系統(tǒng)(Subsystem)模塊，這樣整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和層次變得清晰明了，而且由于各獨(dú)立功能子模塊進(jìn)行了封裝，可移植性也大大加強(qiáng)。7.5.1子系統(tǒng)的創(chuàng)建正如計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的子函數(shù)，Simulink模型中也存在子系統(tǒng)。創(chuàng)建子系統(tǒng)的方法有兩種：(1)在已經(jīng)建立好的模型中創(chuàng)建子系統(tǒng)如果要在已有的Simulink模型中創(chuàng)建子系統(tǒng)，必須先打開(kāi)該模型，并選擇需要組合成子系統(tǒng)的所有模塊，單擊鼠標(biāo)右鍵產(chǎn)生模塊操作子菜單，選擇“CreatSubsystem”,則被選中的模塊就會(huì)被一個(gè)名為“Subsystem”的模塊取代。輸入輸出端口名分別默認(rèn)為“In1”和“Out1”。用戶可以根據(jù)自己的需要修改子系統(tǒng)名稱和輸入輸出端口名稱。【例7-4】（續(xù)例7-3）創(chuàng)建子系統(tǒng)示例。將上例Simulink模型“MATLABFcn”模塊替換為“CommonlyUsedBlocks”模塊庫(kù)中的“saturation”模塊。在“exm4.mdl”窗口中，用鼠標(biāo)拖出虛線框，框住需要加入子系統(tǒng)的模塊。然后右擊鼠標(biāo)，在打開(kāi)的菜單選項(xiàng)里選擇“CreatSubsystem”，如圖（a）所示。（b）中的模塊名默認(rèn)為“Subsystem“.用戶可以修改模塊名稱。（a）鼠標(biāo)選擇模塊并導(dǎo)出指令(b)產(chǎn)生子系統(tǒng)后的模型窗用戶雙擊子系統(tǒng)，可以進(jìn)入子系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行查看或編輯，如圖7.26所示。子系統(tǒng)內(nèi)部的模塊"In1"和"Out1"為系統(tǒng)根據(jù)子系統(tǒng)和外部系統(tǒng)的信息流向自動(dòng)添加圖7.26子系統(tǒng)模型窗【例7-4】（續(xù)例7-3）創(chuàng)建子系統(tǒng)示例。(2)在仿真模型中使用Subsystem模塊建立空白子系統(tǒng)選擇Parts&Subsystems子模塊庫(kù)中的Subsystem模塊，雙擊該模塊，可以編輯子系統(tǒng)的模型。在空白的子系統(tǒng)中，只有一個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口。用戶還可以在該模塊中添加輸入和輸出端口。以上創(chuàng)建子系統(tǒng)的兩種方法實(shí)際上是一個(gè)相反的過(guò)程：方法一是先建立好子系統(tǒng)模型，然后創(chuàng)建子系統(tǒng)；方法二則是先創(chuàng)建一個(gè)空白子系統(tǒng)，然后搭建子系統(tǒng)模型。7.5.2封裝子系統(tǒng)創(chuàng)建子系統(tǒng)后，原來(lái)紛亂復(fù)雜的模型窗得到了簡(jiǎn)化，信息的流向也變得簡(jiǎn)潔，但在設(shè)置子系統(tǒng)中各個(gè)模塊的參數(shù)時(shí)必須打開(kāi)子系統(tǒng)，因而給子系統(tǒng)的應(yīng)用帶來(lái)了不便。為了解決這個(gè)問(wèn)題，Simulink為用戶提供了封裝技術(shù)。利用該技術(shù)，用戶不需要進(jìn)入子系統(tǒng)內(nèi)部，只要利用子系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置對(duì)話窗，就可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部模塊的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，從而隱藏了子系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。用戶可以象使用Simulink內(nèi)部模塊一樣來(lái)使用封裝后的子系統(tǒng)。(1)選中需要封裝的子系統(tǒng)，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇“MaskSubsystem”選項(xiàng)，打開(kāi)如圖所示的封裝編輯器(MaskEditor)。封裝子系統(tǒng)的步驟(2)設(shè)置封裝編輯器中的各項(xiàng)選項(xiàng)，單擊“OK”“Apply”即可。封裝編輯器完成創(chuàng)建自定義的子系統(tǒng)圖標(biāo)和參數(shù)選項(xiàng)；完成初始化封裝后的子系統(tǒng)參數(shù)以及為子系統(tǒng)創(chuàng)建在線使用說(shuō)明。7.5.2封裝子系統(tǒng)2.封裝編輯器(MaskEditor)封裝編輯器對(duì)話窗有四個(gè)選項(xiàng)，分別為圖標(biāo)(Icon&Ports)、參數(shù)(Paramaters)、初始化(Initialization)和文檔(Documentation)。下面將以對(duì)模型窗exm4的封裝為例，逐項(xiàng)介紹它們的功能以及用法。(1)圖標(biāo)(Icon&Ports)選項(xiàng)及其設(shè)置封裝編輯器對(duì)話窗中的圖標(biāo)(Icon)選項(xiàng)如圖所示，它主要設(shè)置子系統(tǒng)封裝的圖標(biāo)，還包括創(chuàng)建描述文本、數(shù)學(xué)模型等。在“Drawingcommands”文本窗口中，用戶可以使用子系統(tǒng)圖標(biāo)命令來(lái)個(gè)性化子系統(tǒng)圖標(biāo)。指令名稱功能描述port_label()在封裝模塊的輸入\輸出端口旁繪制圖標(biāo)disp()在封裝模塊中央顯示文字和變量plot()在封裝模塊表面繪制折現(xiàn)image()在封裝模塊表面顯示圖片sprintf()在封裝模塊表面顯示可變的text文本dpoly()在封裝模塊表面顯示傳遞函數(shù)顯示，默認(rèn)為's'text()在封裝模塊表面指定位置處顯示text文本droots()在封裝模塊表面顯示零極點(diǎn)patch()在封裝模塊表面顯示數(shù)據(jù)點(diǎn)塊color()改變封裝模塊表面色彩fprintf()打印封裝模塊表面顯示的text文本在“Examplesofdrawingcommands”的下拉菜單中給出了Drawingcommands的用法以及語(yǔ)法舉例，其中Command選項(xiàng)列出了創(chuàng)建封裝子系統(tǒng)圖標(biāo)的各種繪制指令，Syntax選項(xiàng)則給出了對(duì)應(yīng)指令的語(yǔ)法示例，在對(duì)應(yīng)的右邊則出現(xiàn)該指令產(chǎn)生的圖標(biāo)。(2)參數(shù)(Parameters)選項(xiàng)及其設(shè)置參數(shù)(Parameters)選項(xiàng)用來(lái)封裝子系統(tǒng)模型中的變量名稱以及相應(yīng)的提示，如圖所示。在參數(shù)(Parameters)選項(xiàng)中，左邊的四個(gè)圖標(biāo):Add、Delete、Moveup、Movedown分別表示添加變量、刪除以及添加的變量、將選中的變量向上移動(dòng)一格和將選中的變量向下移動(dòng)一格。在子選項(xiàng)Dialogparameters中列出了五個(gè)選項(xiàng)卡提示（Prompt）用以輸入封裝子系統(tǒng)中設(shè)置變量的含義、變量（Variable）為輸入變量名；類型（Type）用于設(shè)置變量的類型?！癊dit“提供了兩個(gè)選項(xiàng)卡：復(fù)選框（Checkbox）和彈出式菜單（Popup）、解算（Evaluate）和可調(diào)節(jié)（Tunable）。已選擇參數(shù)選項(xiàng)(Optionsforselectedparameter)用于對(duì)選中的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其中包括針對(duì)Popup選項(xiàng)的輸入下拉菜單變量值和針對(duì)Checkbox選項(xiàng)的輸入回調(diào)函數(shù)。(2)參數(shù)(Parameters)選項(xiàng)及其設(shè)置(3)初始化(Initialization)選項(xiàng)及其設(shè)置初始化(Initialization)選項(xiàng)如圖7.30所示。初始化指令(Initializatio