1、1、第3講SIMULINK仿真MATLAB、2、31快速啟動(dòng)32模型創(chuàng)建和模型文件33仿真運(yùn)行34系統(tǒng)建模35子系統(tǒng)創(chuàng)建、封裝和受控執(zhí)行36常用工具箱簡介37仿真設(shè)計(jì)示例371調(diào)幅仿真372平衡正交調(diào)幅和解調(diào)、2、31快速啟動(dòng)SIMULINK是一個(gè)用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成軟件包。它能處理的系統(tǒng)包括：線性和非線性系統(tǒng)；離散、連續(xù)和混合系統(tǒng)；單任務(wù)和多任務(wù)離散事件系統(tǒng)。在SIMULINK提供的圖形用戶界面上，只需拖動(dòng)鼠標(biāo)就可以構(gòu)建復(fù)雜的仿真模型。其外觀以框圖的形式呈現(xiàn)，并采用分層結(jié)構(gòu)。從建模的角度來看，這不僅適用于自頂向下的設(shè)計(jì)過程(概念、功能、系統(tǒng)、子系統(tǒng)和設(shè)備)，也適用于自底向上

2、的逆向設(shè)計(jì)。從分析和研究的角度來看，這種SIMULINK模型不僅可以讓用戶了解具體環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)細(xì)節(jié)，還可以讓用戶清楚地了解各種設(shè)備、子系統(tǒng)和系統(tǒng)之間的信息交換，掌握各部分之間的交互。3，31快速啟動(dòng)(續(xù)1)，在SIMULINK環(huán)境中，用戶將觀察到現(xiàn)實(shí)世界中非線性因素和各種隨機(jī)因素對系統(tǒng)行為的影響。在SIMULINK環(huán)境下，用戶可以在仿真過程中改變感興趣的參數(shù)，實(shí)時(shí)觀察系統(tǒng)行為的變化。在MATLAB版中，有很多工具包可以在SIMULINK環(huán)境下直接操作，涵蓋了通信、控制、信號(hào)處理、數(shù)字信號(hào)處理器、電力系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域，涉及的內(nèi)容非常專業(yè)。本講座從簡單到深入講述了利用SIMULINK對各種數(shù)學(xué)和工程問

3、題進(jìn)行建模、仿真和分析的基本方法，并以“計(jì)算實(shí)例”為主體，輔以適當(dāng)?shù)臍w納表達(dá)。例3_1_1:信號(hào)發(fā)生器和示波器。示例3_1_2:將兩個(gè)正弦信號(hào)相乘。4，32模型創(chuàng)建和模型文件，什么是321 SIMULINK模型？SIMULINK模型具有以下含義：(1)它被可視化地表示為直觀的框圖；在文件上，它是帶mdl擴(kuò)展名的ASCII碼；數(shù)學(xué)上，它是一組微分方程或差分方程；在行為上，它模擬實(shí)際系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。SIMULINK模型通常包含三種“組件”:信號(hào)源：常數(shù)、時(shí)鐘、白噪聲、正弦波、步進(jìn)波、掃描信號(hào)、脈沖發(fā)生器、隨機(jī)數(shù)發(fā)生器和其他信號(hào)源；系統(tǒng)：指所研究系統(tǒng)的SIMULINK框圖；接收器：可以是示波器、圖形

4、記錄器等。對于特定的SIMULINK模型，這三個(gè)組件可能不完全包括在內(nèi)。例如，在研究初始條件對系統(tǒng)的影響時(shí)，沒有必要包括源組件。5，32模型創(chuàng)建和模型文件(續(xù)1)，322 SIMULINK模型創(chuàng)建和模型文件創(chuàng)建；選擇對象；模塊的操作；連接的操作；創(chuàng)建子系統(tǒng)；模擬配置；對模型的評(píng)論；保存模型；仿真和結(jié)果分析。6，32模型創(chuàng)建和模型文件(續(xù)2)，323 SIMULINK模型文件，SIMULINK不僅可以通過圖形界面設(shè)計(jì)模塊，還可以通過直接編寫mdl文件設(shè)計(jì)仿真模型圖。一個(gè)具有輸入和輸出的圖形界面設(shè)計(jì)模塊。、在mdl文件中寫入一個(gè)具有輸入和輸出的增益設(shè)備。(在Word下)，(韓朱莉P161)，增益，

5、輸入，輸出，1，1，7，33運(yùn)行模擬，331使用菜單模擬，設(shè)置模擬參數(shù)并選擇求解器，并選擇菜單模擬下的參數(shù)菜單項(xiàng)設(shè)置模擬參數(shù)并選擇求解器。有三個(gè)頁面來管理這些模擬參數(shù)。在“求解器”頁面上，設(shè)置開始和停止時(shí)間，選擇求解器并指定求解器的參數(shù)，還可以選擇一些輸出選項(xiàng)。在工作空間輸入/輸出頁面上，管理MATLAB工作空間的輸入和輸出。在“診斷”頁面上，您可以選擇模擬期間顯示的警告信息的級(jí)別。在求解器選項(xiàng)中，SIMULINK模型的模擬包括一組常微分方程的數(shù)值積分。如果模型是一個(gè)連續(xù)系統(tǒng)，使用ode45方法；如果模型不是連續(xù)系統(tǒng)，使用離散方法。示例3_1_2:將兩個(gè)正弦信號(hào)相乘。(上午。mdl)，8，33

6、次模擬運(yùn)行(續(xù)1)，332次模擬運(yùn)行通過命令行。與模擬直通菜單相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：初始條件(參數(shù)x0)；在模塊中可以忽略；您可以定義任何外部輸入(使用參數(shù)ut)；可以通過m文件啟動(dòng)模擬，并且可以更改模塊中的參數(shù)。模擬有四個(gè)命令：使用set_param命令：開始、停止或繼續(xù)模擬或更新模塊的框圖。Get_param命令檢查模擬的狀態(tài)。使用sim命令：啟動(dòng)模擬命令；使用simset命令：用于生成或編輯模擬參數(shù)和sim命令的完整方法屬性的命令；使用simget命令：您可以獲得選項(xiàng)結(jié)構(gòu)屬性和參數(shù)。9、33次模擬運(yùn)行(續(xù)2)、334次綜合計(jì)算實(shí)例(M3_ex3_3_1.m)和實(shí)例3_3_1:求出非線性系

7、統(tǒng)的相平面軌跡和平衡點(diǎn)，并進(jìn)行穩(wěn)定性分析。這個(gè)例子演示了：(一)合作使用了(一)SIMULINK模型和MATLAB指令。(B)應(yīng)用(B)sim、simset、trim指令。二階系統(tǒng)相軌跡的優(yōu)秀圖形。10，34系統(tǒng)建模341連續(xù)系統(tǒng)建模，線性系統(tǒng)建模示例，示例3_4_1:復(fù)位積分器的功能示例。例3_4_2:積分模塊直接構(gòu)造微分方程求解模型。示例3_4_3:直接使用傳遞函數(shù)模塊求解方程。當(dāng)模擬開始時(shí)，積分器從零開始積分0.5 t。當(dāng)復(fù)位端口信號(hào)t-5=0時(shí)，積分器復(fù)位為零。之后，0.5 (t-5)再次積分。假設(shè)從實(shí)際的自然(力學(xué)、電學(xué)、生態(tài)學(xué)等)出發(fā)。)或社會(huì)，抽象出初始狀態(tài)為0的二階微分方程，它

8、是一個(gè)單位階躍函數(shù)。此示例演示了如何使用積分器直接建立求解微分方程的模型。二階微分方程的拉普拉斯變換可以得到：11，341連續(xù)系統(tǒng)建模(續(xù))，非線性系統(tǒng)建模實(shí)例，實(shí)例3_4_4:求出非線性系統(tǒng)的相平面軌跡和平衡點(diǎn)，并進(jìn)行穩(wěn)定性分析。這個(gè)例子綜合論證了：(一)合作使用(一)SIMULINK模型和MATLAB指令。(B)應(yīng)用(B)sim、simset、trim指令。二階系統(tǒng)相軌跡的優(yōu)秀圖形。(1)非線性系統(tǒng)用SIMULINK模型M3_ex3_4_4 _ mdl表示。(2)編寫m文件M3 3 _ 4 _ 4 . m，12，342繪制傳統(tǒng)的狀態(tài)軌跡，對離散時(shí)間系統(tǒng)和混合系統(tǒng)建模，使用組合邏輯模塊產(chǎn)生的

9、“邏輯與”結(jié)果和“邏輯或”結(jié)果。(1)建立投入與產(chǎn)出的關(guān)系。(2)建立模型M3_ex3_4_5.mdl，13，342離散時(shí)間系統(tǒng)和混合系統(tǒng)的建模(續(xù))，多速率離散時(shí)間系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)就是這樣一個(gè)系統(tǒng)。它的中央處理器、串行/并行控制器、磁盤驅(qū)動(dòng)器和輸入鍵盤使用不同的工作速度。另一個(gè)例子是通信系統(tǒng)也是多速率系統(tǒng)。離散-連續(xù)混合系統(tǒng)：在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，被控對象通常是連續(xù)時(shí)間(物理)子系統(tǒng)，而控制器是由邏輯控制器或計(jì)算機(jī)組成的離散子系統(tǒng)。對于這種離散-連續(xù)混合系統(tǒng)，幾乎可以采用模型參數(shù)設(shè)置頁面中的所有求解器求解方法。模型及其所有子系統(tǒng)可以根據(jù)采樣率進(jìn)行著色：連續(xù)時(shí)間部分為黑色；離散時(shí)間部分是紅色的；離散和

10、連續(xù)的混合子系統(tǒng)用黃色表示。14，35個(gè)子系統(tǒng)在控制下創(chuàng)建、打包和執(zhí)行。使用SIMULINK的屏蔽功能，可以定制模塊或子系統(tǒng)的對話框和圖標(biāo)。引用子系統(tǒng)的原因是：在研究分析系統(tǒng)時(shí)需要抽象概念；為了提高工作效率和可靠性，有必要實(shí)現(xiàn)“重用”模塊。仿真建模子系統(tǒng)的功能類似于MATLAB指令運(yùn)行中的m函數(shù)文件。在前一章中，介紹了如何利用庫標(biāo)準(zhǔn)模塊建立所研究系統(tǒng)的仿真模型。下面重點(diǎn)介紹如何用“分層”的思想建立一個(gè)復(fù)雜的仿真模型，并介紹建立這個(gè)分層模型所需的各種子系統(tǒng)。封裝的一個(gè)重要目的是幫助用戶創(chuàng)建一個(gè)對話框來接受參數(shù)。這樣，就不需要打開子系統(tǒng)中每個(gè)模塊的對話框，然后逐個(gè)輸入?yún)?shù)。15，351通過封裝創(chuàng)建

11、模塊，1。封裝模塊函數(shù)，例3_5_1:封裝線性方程y=mx b(M3 _ ex3 _ 5 _ 1 . MDL)的模型，子系統(tǒng)MX b包含一個(gè)增益模塊，其增益常數(shù)為m；一個(gè)名為截距的常量模塊，其常量值參數(shù)被指定為B.這些參數(shù)代表直線的斜率和截距。打包子系統(tǒng)以生成用戶對話框和圖標(biāo)。該對話框包含坡度和截距提示。用戶在封裝對話框中輸入斜率和截距值。封裝將這些封裝參數(shù)映射到底層模塊。在SIMULINK中生成線性方程y=mx b的模型，并生成mx b子系統(tǒng)。16，351通過封裝創(chuàng)建模塊(續(xù))，2。生成包提示對話框。要生成該系統(tǒng)的包，首先選擇子系統(tǒng)模塊，然后從編輯菜單中選擇屏蔽子系統(tǒng)命令。在軟件包提示對話框

12、的開始，主要顯示掩碼編輯器對話框的初始化選項(xiàng)卡。將“坡度”和“截距”定義為編輯控制。3 .生成包模塊描述和幫助文本，并在文檔選項(xiàng)卡中定義包類型、模塊描述和模塊幫助文本。4 .生成模塊的圖標(biāo)，可在遮罩編輯器對話框的圖標(biāo)選項(xiàng)卡中定義。17，352條件執(zhí)行子系統(tǒng)，在SIMULINK模塊庫中，有兩個(gè)特殊模塊：使能模塊和觸發(fā)模塊。如果將這個(gè)模塊放入一個(gè)子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)是否工作將取決于某個(gè)外部條件(狀態(tài)或事件)是否得到滿足，從而構(gòu)成所謂的有條件執(zhí)行子系統(tǒng)。常用的條件執(zhí)行子系統(tǒng)有：使能子系統(tǒng)；觸發(fā)子系統(tǒng)；觸發(fā)和啟用子系統(tǒng)(觸發(fā)和啟用子系統(tǒng))。18，使能子系統(tǒng)，示例3_5_2:使用使能原理形成半波整流器。此示

13、例演示了啟用子系統(tǒng)的創(chuàng)建和工作機(jī)制。(M3_ex3_5_2.mdl) (1)打開SIMULINK的新模型窗口。(2)從SIMULINK庫中提取正弦波、子系統(tǒng)和范圍三個(gè)模塊到新窗口。然后，文件被保存并命名為M3_ex3_5_2(這個(gè)保存操作只是為了方便以后調(diào)用，沒有必要)。(3)雙擊子系統(tǒng)，打開其結(jié)構(gòu)模型窗口。(4)將輸入端口模塊、輸出端口模塊和啟用模塊從SIMULINK庫中復(fù)制到子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型窗口中；將輸入模塊的輸出直接發(fā)送到輸出模塊的輸入；啟用模塊不需要進(jìn)行任何連接，在本例中采用其默認(rèn)設(shè)置；實(shí)現(xiàn)了本課題所需啟用子系統(tǒng)。(5)在M3_ex3_5_2窗口中完成模塊之間的連接。(6)雙擊示波器模

14、塊打開顯示窗口。然后在M3_ex3_5_2窗口選擇菜單項(xiàng)模擬：Start，查看半波整流后的波形。19，觸發(fā)子系統(tǒng)，示例3_5_3:使用觸發(fā)子系統(tǒng)獲得零階保持的采樣信號(hào)。這個(gè)例子演示了觸發(fā)子系統(tǒng)的工作原理；在MATLAB命令窗口運(yùn)行SIMULINK模型。(M3_ex3_5_3.mdl) (1)構(gòu)建仿真模型(m3 _ ex3 _ 5 _ 3 _ MDL)如圖(2)所示運(yùn)行SIMULINK模型(m3 _ ex3 _ 5 _ 3.m) t，x，y=sim (m3 _ ex3 _ 5 Clf，保持繪圖(t，y (:1)，b)樓梯(t，y (:2)，r)樓梯(t，y (:3)，c:)系統(tǒng)的行為類似于觸發(fā)子

15、系統(tǒng)的行為，但只有當(dāng)使能信號(hào)為“正”時(shí)，觸發(fā)事件才會(huì)生效。21，36常見工具箱簡介，包含16種功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序工具箱。我們常用的工具箱有SIMULINK、comm、DSP等。，22，37仿真設(shè)計(jì)實(shí)例，371仿真調(diào)幅(amdsb_tc.mdl)，調(diào)幅可分為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅(SAM)、抑制載波雙邊帶(DSB-SC)、單邊帶(SSBAM)、殘留邊帶(VSBAM)和平衡正交調(diào)幅(QAM)。假設(shè)調(diào)制信號(hào)為m(t)，其振幅為1V，載波信號(hào)為，角頻率為。各種調(diào)幅方法的調(diào)制波的表達(dá)式如下：標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅：其中，調(diào)制度的范圍在。抑制載波雙邊帶調(diào)幅：單邊帶調(diào)幅：是調(diào)制信號(hào)的希爾伯特變換。23，37仿真設(shè)計(jì)示例(續(xù)1)，幅度調(diào)制解調(diào)器可分為兩種基本模式：包絡(luò)檢測和同步解調(diào)。包絡(luò)檢測適用于標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制和殘留邊帶幅度調(diào)制，而同步解調(diào)適用于各種幅度調(diào)制方法。包絡(luò)檢波器的結(jié)構(gòu)非常簡單，包括一個(gè)(或兩個(gè))檢波器二極管和一個(gè)低通濾波器。同步解調(diào)器的核心部分由乘法器和低通濾波器組成。因?yàn)橥浇庹{(diào)要求在接收端必須產(chǎn)生與輸入載波信號(hào)同步的本地載波信號(hào)，所以同步解調(diào)器還必須有載波恢復(fù)設(shè)備，并且電路非常復(fù)雜。24、37仿真設(shè)計(jì)實(shí)例(續(xù)2)、372平衡正交幅度調(diào)制解調(diào)(qam.mdl)，平衡正交幅度調(diào)制解調(diào)的仿真采用模塊仿真的方式。整個(gè)系統(tǒng)