MATLAB程序设计电子教案第7章.ppt
第7 章 Simulink仿真环境,MATLAB 7.X程序设计,2,主要内容：,Simulink的工作环境；模型文件的创建和仿真；子系统的封装过程。,MATLAB 7.X程序设计,3,7.1 Simulink的启动与退出,7.1.1 Simulink简介Simulink是用来对动态系统进行建模、仿真和分析的面向框图的仿真软件，是MATLAB的重要组成部分。Simulink提供建立系统模型、选择仿真参数和数值算法、启动仿真程序对该系统进行仿真、设置不同的输出方式来观察仿真结果等功能。,MATLAB 7.X程序设计,4,7.1.2 Simulink的启动和模型编辑窗口,Simulink的启动方法有下列几种：1)在MATLAB的命令窗口输入语句simulink，即可启动Simulink。Simulink启动后会显示Simulink模块库浏览器(Simulink Library Browser)窗口。2）单击MATLAB主窗口工具栏上的Simulink命令按钮。3）在MATLAB主窗口File菜单中选择New菜单项下的Model命令，在出现Simulink模块库浏览器窗口的同时，还会出现一个名字为untitled的模型编辑窗口。,MATLAB 7.X程序设计,5,Simulink的模型编辑窗口由菜单、工具栏、模型框图窗口和状态栏等组成。其中菜单提供了模型建立和仿真的几乎全部功能。工具栏是模型建立和仿真过程中常用功能的命令按钮，模型框图窗口是模型编辑区，状态栏是仿真过程中的状态信息。,MATLAB 7.X程序设计,6,file的常用菜单项功能,菜单项 功能Model properties模型属性Print 打印模型Preferences SIMULINK界面的默认设置选项Close 关闭当前Simulink窗口,MATLAB 7.X程序设计,7,Edit的常用菜单项功能,菜单项 功能Create subsystem创建子系统Mask subsystem封装子系统Look under mask 查看封装子系统的内部结构Update diagram更新模型框图的外观,MATLAB 7.X程序设计,8,View的常用菜单项功能,菜单项 功能Go to parent 显示当前系统的父系统Model browser options模型浏览器设置Block data tips options鼠标位于模块上方时显示模块内部数据Library browser 库浏览器Model explorer 模型浏览器Zoom in/Zoom out 放大/缩小Fit system to view 自动选择最合适的显示比例Normal 以正常比例(100%)显示模型,MATLAB 7.X程序设计,9,Simulation的常用菜单项功能,菜单项 功能Start/Stop启动/停止仿真Configuration Parameters 设置仿真参数Normal 普通Simulink模型Accelerator 产生加速Simulink模型,MATLAB 7.X程序设计,10,Format的常用菜单项功能,菜单项 功能Text alignment 标注文字对齐工具Enable tex commands 使tex 命令有效Filp name 翻转模块名Filp block/Rotate Block翻转/旋转模块Show name 显示模块的名字Show port labels 显示端口标签Foreground color 前景色Background color 背景色Screen color 屏幕颜色Port/signal displays 端口/信号显示Block displays 显示模块,MATLAB 7.X程序设计,11,tools的常用菜单项功能,菜单项 功能Simulink debugger Simulink调试器Fixed_point settings 浮点设置Model advisor 模型咨询Lookup table editor 查表编辑Data class designer 用户定义数据类型设计器Bus editor 线路编辑Signal&scope manager 信号和示波器管理器Real_time workshop 实时工作平台External mode control panel 外部的模式控制平台Control design 控制设计Parameter estination 参数估计Report genetor 报告生成器,MATLAB 7.X程序设计,12,7.1.3 Simulink的文件操作,Simulink的文件操作方式非常灵活，常用的文件操作有新建文件、打开文件和保存文件三种。1 新建文件新建仿真模型文件有以下三种方法：1）在MATLAB的命令窗口选择菜单FileNewModel。2）在Simulink模块库浏览器窗口选择菜单FileNewModel，或者单击工具栏的图标。3）在Simulink模型窗口选择菜单FileNewModel，或者单击工具栏的图标。,MATLAB 7.X程序设计,13,2 打开文件,打开仿真模型文件有以下四种方法：1）在MATLAB的命令窗口输入不加扩展名的文件名，该文件必须在当前搜索路径中。2）在MATLAB的命令窗口选择菜单FileOpen或者单击工具栏的图标打开文件。3）在Simulink模块库浏览器窗口选择菜单FileOpen或者单击工具栏的图标打开.mdl文件。4）在Simulink模型窗口中选择菜单FileOpen或者单击工具栏的图标打开文件。,MATLAB 7.X程序设计,14,3 保存文件,模型创建完成后，从模型编辑窗口的File菜单项中选择Save或Save As命令，或者单击工具栏的图标，可以将模型以模型文件的格式(扩展名为.mdl)存入磁盘。,MATLAB 7.X程序设计,15,7.1.4 Simulink的退出,为了退出Simulink，只要关闭所有模型编辑窗口和Simulink模块库浏览器窗口即可。,MATLAB 7.X程序设计,16,7.2 Simulink的基本模块,7.2.1 基本模块库Simulink 6.0的基本模块库包括16个子模块库，常用的模块库:常用的模块子库（Commonly Used Blocks）连续模块子库（Continuous）离散模块子库（Discrete）逻辑和位操作模块子库（logic and bit operation）查表函数模块子库（lookup Tables）,MATLAB 7.X程序设计,17,一般数学函数子库（Math）信宿模块子库（Sinks）信源模块子库(Sources)用户定义的函数模块子库(User_defined Functions)端口与子系统(Ports&Subsystems),MATLAB 7.X程序设计,18,7.2.2 常用模块的参数设置,1 信号发生器信号发生器(signal generator)是信源模块子库Sources中的模块，双击信号发生器模块，会出现参数设置对话框。对话框的上半部分为参数说明;下半部分设置参数，Wave form为信号类型，Time(t)为仿真时间或外部时间，Amplitude为信号幅值，Frequency为频率。,MATLAB 7.X程序设计,19,2 三角函数,三角函数(Trigonometric Function)是数学函数子库Math中的一个模块,双击三角函数模块，会出现参数设置对话框。对话框的上半部分为参数说明，下半部为参数设置，其中Function为可供选择的三角函数,Output signal type为自动、实数和复数。,MATLAB 7.X程序设计,20,3 数学函数,数学函数（Math function）是数学函数子库Math中的一个模块,双击Math function模块，会出现参数设置对话框。上半部分为参数说明，下半部分为参数设置,其中Function为可供选择的数学函数,Output signal type为自动、实数和复数。,MATLAB 7.X程序设计,21,4 示波器,示波器(Scope)是常用的模块子库中的模块，用来接收输入信号并实时显示信号波形的曲线。示波器的参数设置对话框有两页，其中General 页可设置坐标轴数目Number of axes，浮点显示floating scope，时间范围Time range，采样增益Sampling；History 页可设置数据点数Limit data points to last，是否保存到工作空间Save data to workspace。,MATLAB 7.X程序设计,22,7.3 模型文件的创建,7.3.1模块的操作 1 模块的选定模块的选定有三种方式：1）选定单个模块选定对象只要在模块上单击鼠标，被选定的对象的四角处会出现小黑块编辑框。2）选定多个模块如果选定多个模块，可以按下Shift键，然后再单击所需选定的模块；或者用鼠标拉出矩形虚线框，将所有待选模块框在其中，则矩形框中所有的模块均被选中。3）选定所有模块如果要选定所有模块，可以选择菜单EditSelect all。,MATLAB 7.X程序设计,23,2 模块的复制,模块的复制有两种方式：1)不同模型窗口(包括模型库窗口)之间的模块复制 选定模块，用鼠标将其拖到另一模型窗口。选定模块，使用菜单和工具栏中的Copy和Paste命令。,2)在同一模型窗口内的复制模块选定模块，按下鼠标右键，拖动模块到合适的地方，释放鼠标。选定模块，按住Ctrl键，再用鼠标拖动对象到合适的地方，释放鼠标。使用菜单和工具栏中的Copy和Paste命令。,MATLAB 7.X程序设计,24,3 模块的移动,模块的移动有两种方式：1)在同一模型窗口移动模块选定需要移动模块，用鼠标将模块拖到合适的地方。,2)在不同模型窗之间移动模块在不同模型窗之间移动模块，在用鼠标移动的同时按下Shift键。当模块移动时，与之相连的连线也随之移动。,MATLAB 7.X程序设计,25,4 模块的删除,要删除模块，应选定删除模块，按Delete键。选定待删除模块后，用菜单和工具栏的Edit Cut。,5 模块的缩放选定需要改变大小的模块，出现小黑块编辑框后，用鼠标拖动编辑框，可以实现放大或缩小。使用菜单view中的Zoom in/Zoom out。,MATLAB 7.X程序设计,26,6 模块的翻转,选定模块，选择菜单FormatFlip Block可以将模块旋转180度。选定模块，选择菜单FormatRotateBlock可以将模块旋转90度。,7 编辑和修改模块名单击模块下面或旁边的模块名，出现虚线编辑框就可对模块名进行编辑、修改。选定模块，选择菜单FormatFont，打开字体对话框设置字体。,MATLAB 7.X程序设计,27,7.3.2 信号线的操作,信号线的操作是创建模型文件时连接模块的操作，常用的信号线的操作如下：,1 模块间连线先将光标指向一个模块的输出端，待光标变为十字符后，按下鼠标左键并拖动，直到另一模块的输入端。,MATLAB 7.X程序设计,28,2 信号线的分支和折线,1)分支的产生 将光标指向信号线的分支点上，按鼠标右键，光标变为十字符，拖动鼠标直到分支线的终点，释放鼠标；或者按住Ctrl键，同时按下鼠标左键拖动鼠标分支线的终点。,2)信号线的折线 选中已存在的信号线，将光标指向折点处，按住Shift键，同时按下鼠标左键，当光标变成小圆圈时，用鼠标拖动小圆圈将折点拉至合适处，释放鼠标。,MATLAB 7.X程序设计,29,3 填加注释,双击信号线后出现矩形文本输入框，可以添加文本注释(label)。,MATLAB 7.X程序设计,30,7.3.3 创建模型文件,创建模型文件时只需用鼠标右键单击Simulink模块库浏览器(Simulink Library Browser)窗口中相应的模块，选择其下拉菜单的第一项,填加到已创建的模型文件中，通过信号线连接各模块即可。,MATLAB 7.X程序设计,31,例7-1 创建方波信号模型。,步骤 鼠标右键单击Simulink模块库浏览器中的模块信号发生器（Signal Generator）,出现下拉菜单,选择其第一项,填加到创建的模型中。步骤 按照步骤1的方法继续填加示波器模块。步骤 通过信号线连接两个模块，建立信号发生器模型。,MATLAB 7.X程序设计,32,步骤4 模块的参数设置 双击Signal Generator模块，会出现如图所示的参数设置对话框。上半部分为参数说明，仔细阅读可以帮助用户设置参数。Wave form为波形形式，包括 Sine，Square，sawtooth 和random；Amplitude为正弦幅值。Frequency为正弦频率。,MATLAB 7.X程序设计,33,步骤 5 模块的属性设置 每个模块的属性对话框的内容都相同。属性名及其含义如下：1)说明Description 对模块在模型中用法的注释。2)优先级Priority 规定该模块在模型中相对于其它模块执行的优先顺序。3)标记Tag 用户为模块添加的文本格式标记。,MATLAB 7.X程序设计,34,4)调用函数Open function 当用户双击该模块时调用的MATLAB函数。5)属性格式字符串Attributes format string 指定在该模块的图标下显示模块的哪个参数和格式。,步骤6 选择filesave as以first.mdl保存上述模型。,步骤7 选择simulationstart或工具栏的仿真按钮，仿真first.mdl模型，双击示波器按钮，将显示波形结果。,MATLAB 7.X程序设计,35,7.4 子系统,7.4.1子系统建立的方法 Simulink允许建立类似于MATLAB的函数文件功能的子系统。建立子系统有两种方法：1 对已存在的模型的某些部分或全部使用菜单命令EditCreate Subsystem，封装为子系统。2 使用Ports&Subsystems模块库中的Subsystem模块直接创建子系统。,MATLAB 7.X程序设计,36,7.4.2 子系统的封装,把已存在的Simulink模型中的某个部分封装为子系统是建立子系统的重要方法，步骤如下：1)用矩形框选择要封装的部分，包括模块和信号线。2)在模块窗口菜单选项中选择菜单EditCreate subsystem，出现封装后的子系统。子系统有一个默认的输入端口和输出端口，默认名为In1和Out1。若查看子系统的内容或对子系统进行再编辑，可以双击子系统模块，则会显示子系统内容的新窗口。在窗口内，除原始的模块外，Simulink自动添加了输入和输出模块，分别代表子系统的输入端口和输出端口。,MATLAB 7.X程序设计,37,3)选择EditEdit Mask设置封装参数，主要有Icon，Parameters，Initialization和Documentation四个选项卡。Icon 选项卡用于设定封装模块的名字和外观。Parameters 选项卡用于输入变量名称和相应的提示。Initialization 选项卡用于初始化封装子系统。Documentation 选项卡用于编写与该封装模块对应的Help和说明文字，分别有Mask type、Mask Description和Mask help栏。,MATLAB 7.X程序设计,38,设置参数设置对话框中的Apply按钮用于将修改的设置应用于封装模块；Unmask按钮用于将封装撤销，则双击该模块就不会出现定制的对话框。,MATLAB 7.X程序设计,39,例7-2 创建求多项式 的积分和导数的子系统。,MATLAB 7.X程序设计,40,步骤1,MATLAB 7.X程序设计,41,步骤2 选择求多项式的积分和导数的模块，用矩形框选择要封装的部分，选择部分出现小黑块编辑框。,步骤3 在模块窗口菜单选项中选择菜单EditCreate subsystem，出现封装后的子系统。子系统有一个默认的输入端口和输出端口，默认名为In1和Out1。,MATLAB 7.X程序设计,42,MATLAB 7.X程序设计,43,若查看子系统的内容或对子系统进行再编辑，可以双击子系统模块，则会显示子系统内容的新窗口。在窗口内，除原始的模块外，Simulink自动添加了输入和输出模块，分别代表子系统的输入端口和输出端口。,MATLAB 7.X程序设计,44,MATLAB 7.X程序设计,45,7.4.3 条件执行子系统,条件执行子系统是指在一定条件下才执行某项操作的子系统。常见的条件执行子系统有如下三种：1 使能子系统 使能子系统(Enabled Subsystem)是用来模拟具有多个操作模式的系统。一个普通的子系统可以通过添加一个使能模块使之成为一个使能子系统。,MATLAB 7.X程序设计,46,2 触发子系统 触发子系统(Triggered Subsystem)是指每当接收到触发信号时，子系统执行。,3使能触发子系统 使能触发子系统(Enabled and Triggered Subsystem)就是触发子系统和使能子系统的组合，含有触发信号和使能信号两个控制信号输入端，触发事件发生后，Simulink检查使能信号是否大于0，大于0就开始执行。,MATLAB 7.X程序设计,47,7.5 命令窗口创建Simulink模型,7.5.1 Simulink模型文件操作命令在命令窗口中常用的Simulink模型文件操作有三种：创建新模型、打开模型和保存模型。1 创建新模型new_system命令用来在MATLAB的工作空间创建一个空白的Simulink模型,调用格式为：new_system(newmodel,option)其中newmodel为模型名；option选项可以是library和model两种，也可以省略，默认为model。,MATLAB 7.X程序设计,48,2 打开模型,open_system命令用来打开逻辑模型，在Simulink模型窗口显示该模型,调用格式为：open_system(model)其中 model为模型名。例如在命令窗口输入语句open_system(L7_2)，打开已建立的L7_2模型文件。,MATLAB 7.X程序设计,49,3 保存模型,save_system命令用来保存模型为模型文件，扩展名为mdl,调用格式为：save_system(model,文件名)其中model为模型名可省略，如果不给出模型名，则自动保存当前的模型；文件名指保存的文件名，是字符串，也可省略，如果不省略则保存为新文件。,MATLAB 7.X程序设计,50,7.5.2 Simulink模型文件编辑命令,Simulink模型文件编辑过程只需添加/删除模块和信号线即可。1 添加模块使用add_block命令在打开的模型窗口中添加新模块,调用格式为：add_block(源模块名，目标模块名,属性名1,属性值1，属性名2,属性值2,)其中源模块名为一个已知的库模块名，或在其它模型窗口中定义的模块名，Simulink自带的模块为内在模块。例如正弦信号模块为built-in/Sine Wave，目标模块名为在模型窗口中使用的模块名。,MATLAB 7.X程序设计,51,2 添加信号线,模块需要用信号线连接起来，添加信号线使用add_line命令,add_line命令的调用格式为：add_line(模块名,起始模块名/输出端口号,终止模块名/输入端口号)add_line(模块名,m)其中模块名为在模型窗口中的模块名；m为有两列元素的矩阵，每列给出一个转折点坐标。,MATLAB 7.X程序设计,52,3 删除模块,使用delete_block命令在打开的模型窗口中删除指定的模块,调用格式为：delete_block(源模块名)其中源模块名为一个已知的库模块名，或在其它模型窗口中定义的模块名。,4 删除信号线删除信号线使用delete_line命令,调用格式为：delete_line(模型名,终止模块名/输入端口号,起始模块名/输出端口号)其中模型名为在模型窗口中的模型名。,MATLAB 7.X程序设计,53,重点内容：,（1）基本模块库的常用模块名称、功能和参数设置；（2）创建模型文件并仿真的方法。,
