第7章 Simulink的应用.ppt

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1、第 7 章 Simulink的应用 第第7 7章章 Simulink的应用的应用 7.1 Simulink工作平台的启动工作平台的启动 7.2 Simulink仿真原理仿真原理7.3 Simulink模块库模块库7.4 仿真模型的建立和模块参数及属性的设置仿真模型的建立和模块参数及属性的设置7.5 其他应用模块集及其他应用模块集及Simulink扩展库扩展库第 7 章 Simulink的应用 7.1 Simulink工作平台工作平台pipipxx启动Simulink，通常有两种方法：（1）在MATLAB命令窗口中直接输入Simulink命令；（2）在MATLAB工具栏上单击Simulink按钮

2、，如图7.1所示。图7.1 启动Simulink 这样就可打开了Simulink的Simulink Library Brower(库模块浏览器)，如图7.2所示。在菜单栏中执行File/New/Model命令，就建立了一个名为untitled的模型窗口，如图7.3所示。在建立了空的模块窗口后，用户可以在此窗口中创建自己需要的Simulink模型。第 7 章 Simulink的应用 图7.2库模块浏览器 图7.3 新建的空白模块窗口 Simulink的四个重要的库：的四个重要的库：Sources（输入信号源）（输入信号源）Sinks（输出，比如（输出，比如Scope示波器）示波器）Math（数学

3、运算，比如减法器）、（数学运算，比如减法器）、Continuous（常用模块，比如积分器）（常用模块，比如积分器）第 7 章 Simulink的应用 7.2Simulink的仿真原理的仿真原理7.2.1 Simulink7.2.1 Simulink仿真模块仿真模块通常，Simulink仿真系统包括输入(Input)、状态(states)和输出(Output)三个部分。输入模块输入模块：即信号源模块，包括常数字信号源和用户自定义信号；状态模块状态模块：即被模拟的系统模块，是系统建模的核心和主要部分；输出模块输出模块：即信号显示模块，它能够以图形方式、文件格式进行显示。注意注意：在设计一个模型时，

4、必须先确定这三个部分的意义，以及它们之间的联系；Simulink的仿真模型并非一定要完全包括这三个部分，它可以缺少其中一个或者两个；Simulink的状态模块可以是连续的、离散的，或者它们二者的结合。第 7 章 Simulink的应用 7.2.2 Simulink7.2.2 Simulink仿真过程仿真过程1初始化阶段初始化阶段 对模型的参数进行估计，得到它们实际计算的值。展开模型的各个层次；按照更新的次序对模型进行排序；确定那些显式化的信号属性，并检查每个模块是否能够接受连接它们输入端的信号；确定所有非显式的信号采样时间模块的采样时间；分配和初始化存储空间，以便存储每个模块的状态和当前值的输

5、出。2模型执行阶段模型仿真是通过数值积分来进行完成的，计算数值积分可以采用以下两步来进行：按照秩序计算每个模块的积分；根据当前输入和状态来决定状态的微分，得到微分矢量，然后把它返回给解法器，以计算下一个采样点的状态矢量。在每一个时间步中，Simulink依次解决下列问题：按照秩序更新模块的输出；按照秩序更新模块的状态；检查模块连续状态的不连续点；计算下一个仿真时间步的时间。第 7 章 Simulink的应用 u Simulink仿真简例仿真简例一个典型的一个典型的Simulink模型由信源、系统和信宿模型由信源、系统和信宿等等3部分组成，如下图所示：部分组成，如下图所示：信源信源系统系统信宿信

6、宿第 7 章 Simulink的应用 例例 构建构建Simulink模型，对一个正弦信号进模型，对一个正弦信号进 行积分处理，然后将原始正弦信号与积分后的信号行积分处理，然后将原始正弦信号与积分后的信号送到示波器同时显示出来。送到示波器同时显示出来。1）打开）打开Simulink 模块浏览器和模型编辑窗，模块浏览器和模型编辑窗，选中选中Sources 模块库模块库中的中的Sine Wave模块、模块、Continuous 模块库模块库中的中的Intergrator 模块、模块、Sink 模块库模块库中的中的Scope模块（示波器）、模块（示波器）、Signal Routing 模块库模块库中的

7、中的Mux 模块，模块，一一添加到模型编辑窗。一一添加到模型编辑窗。第 7 章 Simulink的应用 例例（续）（续）2）连接信号线，）连接信号线，如图所示如图所示3）保存模型文件）保存模型文件 为为test.mdl第 7 章 Simulink的应用 例例（续）续）4）单击工具栏中的）单击工具栏中的 图标，开始仿真。图标，开始仿真。5）结束仿真后，双击）结束仿真后，双击 Scope模块，可以模块，可以 看到仿真结果如图：看到仿真结果如图：第 7 章 Simulink的应用 u 模型文件的操作 Simulink建立的模型文件的后缀名为建立的模型文件的后缀名为.mdl，实际是结构化了的实际是结构

8、化了的ASCII文件，描述了模型的关文件，描述了模型的关键字和参数。键字和参数。同同M文件一样，可以进行新建、打开、保存文件一样，可以进行新建、打开、保存、打印等操作。、打印等操作。第 7 章 Simulink的应用 u 模块的操作 1）模块的选定模块的选定 技巧：按住技巧：按住Shift键，可同时选中多个模块。键，可同时选中多个模块。2）模块大小的调整）模块大小的调整 3）模块方向的调整）模块方向的调整 执行菜单执行菜单“Format/Rotate block”，模块将，模块将顺顺 时针旋转时针旋转90。执行菜单执行菜单“Format/Flip block”，模块将旋，模块将旋转转 180。

9、第 7 章 Simulink的应用 u 模块的操作（续）4）模块的移动模块的移动 技巧：移动模块的同时按住技巧：移动模块的同时按住Ctrl键或者按住键或者按住 鼠标右键移动，可实现模块的内部复制。鼠标右键移动，可实现模块的内部复制。5）模块的删除）模块的删除 6）模块名的操作）模块名的操作执行执行“Format/Show name”命令显示模块名命令显示模块名执行执行“Format/Hide name”命令隐藏模块名命令隐藏模块名 执行执行“Format/Flip name”命令旋转模块名命令旋转模块名第 7 章 Simulink的应用 u 模块的操作（续）7）模块参数的设置模块参数的设置 双

10、击所选定的模块，双击所选定的模块，将弹出将弹出“参数设置参数设置”对话框（如图所示）对话框（如图所示）对话框内容根据模块对话框内容根据模块 不同而不同。不同而不同。第 7 章 Simulink的应用 u 信号线的操作 1）信号线的连接信号线的连接 技巧：按住技巧：按住Ctrl 键连续单击要连接的两个模键连续单击要连接的两个模 块，块，Simulink将自动连接所选定的模将自动连接所选定的模 块。可同时选中多个模块。块。可同时选中多个模块。2）信号线的分支和折曲）信号线的分支和折曲 3）信号线的标签）信号线的标签 双击要进行标注的信号线，将会出现一个编双击要进行标注的信号线，将会出现一个编 辑框

11、，键入标注内容即可。辑框，键入标注内容即可。第 7 章 Simulink的应用 u 模型的注释u 一个可读性良好的程序，需要有易读的注一个可读性良好的程序，需要有易读的注释释 行，建立行，建立Simulink模型也一样。模型也一样。u 在编辑窗任意位置双击鼠标，将会弹出一在编辑窗任意位置双击鼠标，将会弹出一个个 编辑框，可以在其中写入注释内容。编辑框，可以在其中写入注释内容。第 7 章 Simulink的应用 7.3.1 7.3.1 连续模块库连续模块库(Continuous)(Continuous)在连续模块(Continuous)库中包括了常见的连续模块，这些模块如图所示。7.3 Simu

12、link模块库 在库模块浏览器中单击Simulink前面的“+”号，就能够看到Simulink的模块库，如图7.2所示。第 7 章 Simulink的应用 DuCxyBuAxx4.传递函数模块传递函数模块(Transfer Fcn)功能：功能：用执行一个线性传递函数。5.零极点传递函数模块零极点传递函数模块(Zero-Pole)功能：功能：用于建立一个预先指定的零点、极点，并用延迟算子s表示的连续。6存储器模块存储器模块(Memory)功能：功能：保持输出前一步的输入值。7传输延迟模块传输延迟模块(Transport Delay)功能：功能：用于将输入端的信号延迟指定的时间后再传输给输出信号。

13、8可变传输延迟模块可变传输延迟模块(Variable Transport Delay)功能：功能：用于将输入端的信号进行可变时间的延迟。1.积分模块积分模块(Integrator)：功能：功能：对输入变量进行积分。说明：模块的输入可以是标量，也可以是矢量；输入信号的维数必须与输入信号保持一致。2.微分模块微分模块(Derivative)功能：功能：通过计算差分u/t近似计算输入变量的微分。3.线性状态空间模块线性状态空间模块(State-Space)功能：功能：用于实现以下数学方程描述的系统：第 7 章 Simulink的应用 7.3.2 7.3.2 离散模块库离散模块库(Discrete)(

14、Discrete)离散模块库(Discrete)主要用于建立离散采样的系统模型，包括的主要模块，如图所示。1零阶保持器模块零阶保持器模块(Zero-Order-Hold)功能：功能：在一个步长内将输出的值保持在同一个值上。第 7 章 Simulink的应用 2单位延迟模块单位延迟模块(Unit Delay)功能：功能：将输入信号作单位延迟，并且保持一个采样周期相当于时间算子z-1。3离散时间积分模块离散时间积分模块(Discrete Time Integrator)功能：功能：在构造完全离散的系统时，代替连续积分的功能。使用的积分方法有：向前欧拉法、向后欧拉法、梯形法。4离散状态空间模块离散状

15、态空间模块(Discrete State Space)功能：功能：用于实现如下数学方程描述的系统：)()()()()()1(nTDunTCxnTynTBunTAxTnx5离散滤波器模块离散滤波器模块(Discrete Filter)功能：功能：用于实现无限脉冲响应(IIR)和有限脉冲响应(FIR)的数字滤波器。6离散传递函数模块离散传递函数模块(Discrete Transfer Fcn)功能：功能：用于执行一个离散传递函数。7离散零极点传递函数模块离散零极点传递函数模块(Discrete Zero-Pole)功能：功能：用于建立一个预先指定的零点、极点，并用延迟算子z-1表示的离散系统。8一

16、阶保持器模块一阶保持器模块(First Order Hold)功能：功能：在一定时间间隔内保持一阶采样。第 7 章 Simulink的应用 7.3.3 7.3.3 函数与表格模块库函数与表格模块库(Function&Table)(Function&Table)函数与表格模块库(Function&Table)主要实现各种一维、二维或者更高维函数的查表，另外用户还可以根据自己需要创建更复杂的函数。该模块库包括多个主要模块、如图7.7所示。第 7 章 Simulink的应用 1.一维查表模块一维查表模块(Look-Up Table)一维查表模块(Look-Up Table)实现对单路输入信号的查表和线性插值。2二维查表模块二维查表模块(Look-Up Table 2-D)功能：功能：根据给定的二维平面网格上的高度值，把输入的两个变量经过查表、插值，计算出模块的输出值，并返回这个值。说明：对二维输入信号进行分段线性变换。3自定义函数模块自定义函数模块(Fcn)功能：功能：用于将输入信号进行指定的函数运算，最后计算出模块的输出值。说明：输入的数学表达式应符合C语言编程规范；与MATLAB中的表达