MATLAB程序設計電子教案 第7章 (2)課件

第7章Simulink仿真環(huán)境1MATLAB7.X程序設計主要內容：①Simulink的工作環(huán)境；②模型文件的創(chuàng)建和仿真；③子系統(tǒng)的封裝過程。

2MATLAB7.X程序設計

7.1Simulink的啟動與退出7.1.1Simulink簡介Simulink是用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的面向框圖的仿真軟件，是MATLAB的重要組成部分。Simulink提供建立系統(tǒng)模型、選擇仿真參數(shù)和數(shù)值算法、啟動仿真程序對該系統(tǒng)進行仿真、設置不同的輸出方式來觀察仿真結果等功能。3MATLAB7.X程序設計Simulink的模型編輯窗口由菜單、工具欄、模型框圖窗口和狀態(tài)欄等組成。其中菜單提供了模型建立和仿真的幾乎全部功能。工具欄是模型建立和仿真過程中常用功能的命令按鈕，模型框圖窗口是模型編輯區(qū)，狀態(tài)欄是仿真過程中的狀態(tài)信息。

5MATLAB7.X程序設計file的常用菜單項功能菜單項功能Modelproperties

模型屬性

Print…

打印模型Preferences

SIMULINK界面的默認設置選項Close

關閉當前Simulink窗口6MATLAB7.X程序設計Edit的常用菜單項功能菜單項功能 Createsubsystem

創(chuàng)建子系統(tǒng)

Masksubsystem…

封裝子系統(tǒng)Lookundermask查看封裝子系統(tǒng)的內部結構 Updatediagram

更新模型框圖的外觀7MATLAB7.X程序設計Simulation的常用菜單項功能菜單項

功能

Start/Stop

啟動/停止仿真

ConfigurationParameters…

設置仿真參數(shù)Normal

普通Simulink模型

Accelerator

產生加速Simulink模型9MATLAB7.X程序設計

Format的常用菜單項功能菜單項

功能

Textalignment

標注文字對齊工具

Enabletexcommands使tex命令有效Filpname

翻轉模塊名

Filpblock/RotateBlock

翻轉/旋轉模塊Showname

顯示模塊的名字

Showportlabels

顯示端口標簽Foregroundcolor

前景色

Backgroundcolor

背景色Screencolor

屏幕顏色

Port/signaldisplays端口/信號顯示Blockdisplays

顯示模塊

10MATLAB7.X程序設計tools的常用菜單項功能菜單項 功能Simulinkdebugger…

Simulink調試器Fixed_pointsettings

浮點設置Modeladvisor

模型咨詢 Lookuptableeditor

查表編輯Dataclassdesigner

用戶定義數(shù)據(jù)類型設計器Buseditor

線路編輯Signal&scopemanager

信號和示波器管理器Real_timeworkshop

實時工作平臺Externalmodecontrolpanel外部的模式控制平臺Controldesign

控制設計Parameterestination

參數(shù)估計

Reportgenetor

報告生成器11MATLAB7.X程序設計2打開文件打開仿真模型文件有以下四種方法：1）在MATLAB的命令窗口輸入不加擴展名的文件名，該文件必須在當前搜索路徑中。2）在MATLAB的命令窗口選擇菜單FileOpen…或者單擊工具欄的圖標打開文件。3）在Simulink模塊庫瀏覽器窗口選擇菜單FileOpen…或者單擊工具欄的圖標打開.mdl文件。4）在Simulink模型窗口中選擇菜單FileOpen…或者單擊工具欄的圖標打開文件。13MATLAB7.X程序設計3保存文件模型創(chuàng)建完成后，從模型編輯窗口的File菜單項中選擇Save或SaveAs命令，或者單擊工具欄的圖標，可以將模型以模型文件的格式(擴展名為.mdl)存入磁盤。14MATLAB7.X程序設計7.1.4Simulink的退出為了退出Simulink，只要關閉所有模型編輯窗口和Simulink模塊庫瀏覽器窗口即可。

15MATLAB7.X程序設計一般數(shù)學函數(shù)子庫（Math）信宿模塊子庫（Sinks）信源模塊子庫(Sources)用戶定義的函數(shù)模塊子庫(User_definedFunctions)端口與子系統(tǒng)(Ports&Subsystems)17MATLAB7.X程序設計7.2.2常用模塊的參數(shù)設置1信號發(fā)生器信號發(fā)生器(signalgenerator)是信源模塊子庫Sources中的模塊，雙擊信號發(fā)生器模塊，會出現(xiàn)參數(shù)設置對話框。對話框的上半部分為參數(shù)說明;下半部分設置參數(shù)，Waveform為信號類型，Time(t)為仿真時間或外部時間，Amplitude為信號幅值，F(xiàn)requency為頻率。

18MATLAB7.X程序設計2三角函數(shù)三角函數(shù)(TrigonometricFunction)是數(shù)學函數(shù)子庫Math中的一個模塊,雙擊三角函數(shù)模塊，會出現(xiàn)參數(shù)設置對話框。對話框的上半部分為參數(shù)說明，下半部為參數(shù)設置，其中Function為可供選擇的三角函數(shù),Outputsignaltype為自動、實數(shù)和復數(shù)。19MATLAB7.X程序設計4示波器示波器(Scope)是常用的模塊子庫中的模塊，用來接收輸入信號并實時顯示信號波形的曲線。示波器的參數(shù)設置對話框有兩頁，其中General頁可設置坐標軸數(shù)目Numberofaxes，浮點顯示floatingscope，時間范圍Timerange，采樣增益Sampling；History頁可設置數(shù)據(jù)點數(shù)Limitdatapointstolast，是否保存到工作空間Savedatatoworkspace。21MATLAB7.X程序設計7.3模型文件的創(chuàng)建7.3.1模塊的操作1模塊的選定模塊的選定有三種方式：1）選定單個模塊選定對象只要在模塊上單擊鼠標，被選定的對象的四角處會出現(xiàn)小黑塊編輯框。2）選定多個模塊如果選定多個模塊，可以按下Shift鍵，然后再單擊所需選定的模塊；或者用鼠標拉出矩形虛線框，將所有待選模塊框在其中，則矩形框中所有的模塊均被選中。3）選定所有模塊如果要選定所有模塊，可以選擇菜單EditSelectall。

22MATLAB7.X程序設計2模塊的復制模塊的復制有兩種方式：1)不同模型窗口(包括模型庫窗口)之間的模塊復制

選定模塊，用鼠標將其拖到另一模型窗口。選定模塊，使用菜單和工具欄中的Copy和Paste命令。2)在同一模型窗口內的復制模塊選定模塊，按下鼠標右鍵，拖動模塊到合適的地方，釋放鼠標。選定模塊，按住Ctrl鍵，再用鼠標拖動對象到合適的地方，釋放鼠標。使用菜單和工具欄中的Copy和Paste命令。

23MATLAB7.X程序設計4模塊的刪除要刪除模塊，應選定刪除模塊，按Delete鍵。選定待刪除模塊后，用菜單和工具欄的EditCut。5模塊的縮放選定需要改變大小的模塊，出現(xiàn)小黑塊編輯框后，用鼠標拖動編輯框，可以實現(xiàn)放大或縮小。使用菜單view中的Zoomin/Zoomout。25MATLAB7.X程序設計6模塊的翻轉選定模塊，選擇菜單FormatFlipBlock可以將模塊旋轉180度。選定模塊，選擇菜單FormatRotateBlock可以將模塊旋轉90度。7編輯和修改模塊名單擊模塊下面或旁邊的模塊名，出現(xiàn)虛線編輯框就可對模塊名進行編輯、修改。選定模塊，選擇菜單FormatFont，打開字體對話框設置字體。26MATLAB7.X程序設計7.3.2信號線的操作信號線的操作是創(chuàng)建模型文件時連接模塊的操作，常用的信號線的操作如下：1模塊間連線先將光標指向一個模塊的輸出端，待光標變?yōu)槭址?，按下鼠標左鍵并拖動，直到另一模塊的輸入端。27MATLAB7.X程序設計3填加注釋雙擊信號線后出現(xiàn)矩形文本輸入框，可以添加文本注釋(label)。29MATLAB7.X程序設計7.3.3創(chuàng)建模型文件創(chuàng)建模型文件時只需用鼠標右鍵單擊Simulink模塊庫瀏覽器(SimulinkLibraryBrowser)窗口中相應的模塊，選擇其下拉菜單的第一項,填加到已創(chuàng)建的模型文件中，通過信號線連接各模塊即可。

30MATLAB7.X程序設計例7-1創(chuàng)建方波信號模型。步驟１

鼠標右鍵單擊Simulink模塊庫瀏覽器中的模塊信號發(fā)生器（SignalGenerator）,出現(xiàn)下拉菜單,選擇其第一項,填加到創(chuàng)建的模型中。步驟２

按照步驟1的方法繼續(xù)填加示波器模塊。步驟３

通過信號線連接兩個模塊，建立信號發(fā)生器模型。31MATLAB7.X程序設計步驟4

模塊的參數(shù)設置雙擊SignalGenerator模塊，會出現(xiàn)如圖所示的參數(shù)設置對話框。上半部分為參數(shù)說明，仔細閱讀可以幫助用戶設置參數(shù)。Waveform為波形形式，包括Sine，Square，sawtooth和random；Amplitude為正弦幅值。Frequency為正弦頻率。32MATLAB7.X程序設計步驟5

模塊的屬性設置每個模塊的屬性對話框的內容都相同。屬性名及其含義如下：1)說明Description對模塊在模型中用法的注釋。2)優(yōu)先級Priority規(guī)定該模塊在模型中相對于其它模塊執(zhí)行的優(yōu)先順序。3)標記Tag用戶為模塊添加的文本格式標記。33MATLAB7.X程序設計4)調用函數(shù)Openfunction當用戶雙擊該模塊時調用的MATLAB函數(shù)。5)屬性格式字符串Attributesformatstring指定在該模塊的圖標下顯示模塊的哪個參數(shù)和格式。步驟6

選擇as以first.mdl保存上述模型。步驟7

選擇simulation→start或工具欄的仿真按鈕，仿真first.mdl模型，雙擊示波器按鈕，將顯示波形結果。34MATLAB7.X程序設計7.4子系統(tǒng)7.4.1子系統(tǒng)建立的方法

Simulink允許建立類似于MATLAB的函數(shù)文件功能的子系統(tǒng)。建立子系統(tǒng)有兩種方法：1對已存在的模型的某些部分或全部使用菜單命令Edit→CreateSubsystem，封裝為子系統(tǒng)。2使用Ports&Subsystems模塊庫中的Subsystem模塊直接創(chuàng)建子系統(tǒng)。

35MATLAB7.X程序設計7.4.2子系統(tǒng)的封裝把已存在的Simulink模型中的某個部分封裝為子系統(tǒng)是建立子系統(tǒng)的重要方法，步驟如下：1)用矩形框選擇要封裝的部分，包括模塊和信號線。2)在模塊窗口菜單選項中選擇菜單EditCreatesubsystem，出現(xiàn)封裝后的子系統(tǒng)。子系統(tǒng)有一個默認的輸入端口和輸出端口，默認名為In1和Out1。若查看子系統(tǒng)的內容或對子系統(tǒng)進行再編輯，可以雙擊子系統(tǒng)模塊，則會顯示子系統(tǒng)內容的新窗口。在窗口內，除原始的模塊外，Simulink自動添加了輸入和輸出模塊，分別代表子系統(tǒng)的輸入端口和輸出端口。

36MATLAB7.X程序設計3)

選擇EditEditMask…設置封裝參數(shù)，主要有Icon，Parameters，Initialization和Documentation四個選項卡。Icon選項卡用于設定封裝模塊的名字和外觀。Parameters選項卡用于輸入變量名稱和相應的提示。Initialization選項卡用于初始化封裝子系統(tǒng)。Documentation選項卡用于編寫與該封裝模塊對應的Help和說明文字，分別有Masktype、MaskDescription和Maskhelp欄。37MATLAB7.X程序設計設置參數(shù)設置對話框中的Apply按鈕用于將修改的設置應用于封裝模塊；Unmask按鈕用于將封裝撤銷，則雙擊該模塊就不會出現(xiàn)定制的對話框。38MATLAB7.X程序設計例7-2

創(chuàng)建求多項式的積分和導數(shù)的子系統(tǒng)。39MATLAB7.X程序設計步驟140MATLAB7.X程序設計步驟2

選擇求多項式的積分和導數(shù)的模塊，用矩形框選擇要封裝的部分，選擇部分出現(xiàn)小黑塊編輯框。步驟3

在模塊窗口菜單選項中選擇菜單EditCreatesubsystem，出現(xiàn)封裝后的子系統(tǒng)。子系統(tǒng)有一個默認的輸入端口和輸出端口，默認名為In1和Out1。41MATLAB7.X程序設計42MATLAB7.X程序設計若查看子系統(tǒng)的內容或對子系統(tǒng)進行再編輯，可以雙擊子系統(tǒng)模塊，則會顯示子系統(tǒng)內容的新窗口。在窗口內，除原始的模塊外，Simulink自動添加了輸入和輸出模塊，分別代表子系統(tǒng)的輸入端口和輸出端口。43MATLAB7.X程序設計44MATLAB7.X程序設計7.4.3條件執(zhí)行子系統(tǒng)條件執(zhí)行子系統(tǒng)是指在一定條件下才執(zhí)行某項操作的子系統(tǒng)。常見的條件執(zhí)行子系統(tǒng)有如下三種：1使能子系統(tǒng)使能子系統(tǒng)(EnabledSubsystem)是用來模擬具有多個操作模式的系統(tǒng)。一個普通的子系統(tǒng)可以通過添加一個使能模塊使之成為一個使能子系統(tǒng)。45MATLAB7.X程序設計2觸發(fā)子系統(tǒng)

觸發(fā)子系統(tǒng)(TriggeredSubsystem)是指每當接收到觸發(fā)信號時，子系統(tǒng)執(zhí)行。3使能觸發(fā)子系統(tǒng)

使能觸發(fā)子系統(tǒng)(EnabledandTriggeredSubsystem)就是觸發(fā)子系統(tǒng)和使能子系統(tǒng)的組合，含有觸發(fā)信號和使能信號兩個控制信號輸入端，觸發(fā)事件發(fā)生后，Simulink檢查使能信號是否大于0，大于0就開始執(zhí)行。46MATLAB7.X程序設計

7.5命令窗口創(chuàng)建Simulink模型7.5.1Simulink模型文件操作命令在命令窗口中常用的Simulink模型文件操作有三種：創(chuàng)建新模型、打開模型和保存模型。1創(chuàng)建新模型new_system命令用來在MATLAB的工作空間創(chuàng)建一個空白的Simulink模型,調用格式為：

new_system('newmodel',option)其中'newmodel'為模型名；option選項可以是'library'和'model'兩種，也可以省略，默認為'model'。47MATLAB7.X程序設計2打開模型open_system命令用來打開邏輯模型，在Simulink模型窗口顯示該模型,調用格式為：

open_system('model')

其中‘model’為模型名。例如在命令窗口輸入語句open_system('L7_2')，打開已建立的L7_2模型文件。48MATLAB7.X程序設計3保存模型save_system命令用來保存模型為模型文件，擴展名為mdl,調用格式為：

save_system('model',文件名)其中'model'為模型名可省略，如果不給出模型名，則自動保存當前的模型；文件名指保存的文件名，是字符串，