simulink建模與第4章創(chuàng)建模型

第4章創(chuàng)建Simulink模型

4.1啟用Simulink并建立系統(tǒng)模型4.2Simulink模塊庫(kù)簡(jiǎn)介與使用4.3構(gòu)建Simulink框圖4.4設(shè)計(jì)Simulink框圖的界面4.5Simulink與MATLAB的接口設(shè)計(jì)4.6使用Simulink進(jìn)行簡(jiǎn)單的仿真

4.1啟用Simulink并建立系統(tǒng)模型

由于Simulink是基于MATLAB環(huán)境之上的高性能的系統(tǒng)級(jí)仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)，因此啟動(dòng)Simulink之前必須首先運(yùn)行MATLAB，然后才能啟動(dòng)Simulink并建立系統(tǒng)模型。啟動(dòng)Simulink有兩種方式：

(1)用命令行方式啟動(dòng)Simulink。即在MATLAB的命令窗口中直接鍵入如下命令：

>>simulink(2)使用工具欄按鈕啟動(dòng)Simulink。即用鼠標(biāo)單擊MATLAB工具欄中的Simulink按鈕。啟動(dòng)Simulink，建立系統(tǒng)模型，其相應(yīng)的基本操作如圖4.1所示。圖4.1啟動(dòng)Simulink，建立系統(tǒng)模型的基本操作

當(dāng)用戶完成Simulink系統(tǒng)模型的編輯之后，需要保存系統(tǒng)模型，然后設(shè)置模塊參數(shù)與系統(tǒng)仿真參數(shù)，最后便可以進(jìn)行系統(tǒng)的仿真。無(wú)論采用何種方式，用戶都可以在短短幾分鐘內(nèi)熟練掌握啟動(dòng)Simulink的方法并開(kāi)始創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型。在系統(tǒng)模型編輯器中，用戶可以“拖動(dòng)”Simulink提供的大量的內(nèi)置模塊建立系統(tǒng)模型。下一節(jié)將對(duì)Simulink中的內(nèi)置系統(tǒng)模塊作一個(gè)比較全面的介紹，以便初學(xué)者無(wú)需查閱各個(gè)模塊的幫助文獻(xiàn)，便可以迅速建立所需的系統(tǒng)模型。4.2Simulink模塊庫(kù)簡(jiǎn)介與使用

在4.1節(jié)中，用戶已經(jīng)掌握了如何啟動(dòng)Simulink并新建一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型。為便于用戶能夠快速構(gòu)建自己所需的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，Simulink提供了大量以圖形方式給出的內(nèi)置系統(tǒng)模塊，使用這些內(nèi)置模塊可以快速方便地設(shè)計(jì)出特定的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。為了便于用戶對(duì)Simulink內(nèi)置模塊庫(kù)的認(rèn)識(shí)與使用，本節(jié)簡(jiǎn)單介紹Simulink中的模塊庫(kù)以及模塊庫(kù)中具有代表意義的系統(tǒng)模塊。圖4.2所示為Simulink的模塊庫(kù)瀏覽器。圖4.2Simulink的模塊庫(kù)瀏覽器Simulink的模塊庫(kù)能夠?qū)ο到y(tǒng)模塊進(jìn)行有效的管理與組織，使用Simulink模塊庫(kù)瀏覽器可以按照類型選擇合適的系統(tǒng)模塊、獲得系統(tǒng)模塊的簡(jiǎn)單描述以及查找系統(tǒng)模塊等，并且可以直接將模塊庫(kù)中的模塊拖動(dòng)或者拷貝到用戶的系統(tǒng)模型中以構(gòu)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型。4.2.1Simulink公共模塊庫(kù)

Simulink公共模塊庫(kù)是Simulink中最為基礎(chǔ)、最為通用的模塊庫(kù)，它可以被應(yīng)用到不同的專業(yè)領(lǐng)域中。Simulink公共模塊庫(kù)共包含9個(gè)模塊庫(kù)，如圖4.3所示。下面分別介紹各個(gè)模塊的功能：

1.Continuous（連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)）連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)以及其中各模塊的功能如圖4.4所示。

2.Discrete（離散系統(tǒng)模塊庫(kù)）離散系統(tǒng)模塊庫(kù)以及其中各模塊的功能如圖4.5所示。圖4.3Simulink的公共模塊庫(kù)圖4.4連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)及其功能圖4.5離散系統(tǒng)模塊庫(kù)及其功能3.Functions&Tables（函數(shù)與表庫(kù)）函數(shù)與表庫(kù)以及其中各模塊的功能如圖4.6所示。4.Math（數(shù)學(xué)運(yùn)算庫(kù)）數(shù)學(xué)運(yùn)算庫(kù)以及其中各模塊的功能如圖4.7所示。圖4.6函數(shù)與表庫(kù)及其功能圖4.7數(shù)學(xué)運(yùn)算庫(kù)及其能5.Nonlinear（非線性系統(tǒng)模塊庫(kù)）非線性系統(tǒng)模塊庫(kù)以及其中各模塊的功能如圖4.8所示。6.Signals&Systems（信號(hào)與系統(tǒng)模塊庫(kù)）信號(hào)與系統(tǒng)模塊庫(kù)以及其中各模塊的功能如圖4.9所示。圖4.8非線性系統(tǒng)模塊庫(kù)及其功能

圖4.9信號(hào)與系統(tǒng)模塊庫(kù)及其功能7.Sinks（系統(tǒng)輸出模塊庫(kù)）系統(tǒng)輸出模塊庫(kù)以及其中各模塊的功能如圖4.10所示。8.Sources（系統(tǒng)輸入模塊庫(kù)）系統(tǒng)輸入模塊庫(kù)以及其中各模塊的功能如圖4.11所示。9.Subsystems（子系統(tǒng)模塊庫(kù)）子系統(tǒng)模塊庫(kù)以及其中各模塊功能如圖4.12所示。圖4.10系統(tǒng)輸出模塊庫(kù)及其功能圖4.11系統(tǒng)輸入模塊庫(kù)及其功能圖4.12子系統(tǒng)模塊庫(kù)及其功能

之所以用較多的篇幅對(duì)Simulink的公共模塊庫(kù)進(jìn)行比較全面的介紹，是因?yàn)镾imulink的公共模塊庫(kù)中提供了大量?jī)?nèi)置的系統(tǒng)模塊，這些系統(tǒng)模塊的用途非常廣泛，并且一般的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型都可以使用公共模塊庫(kù)中的模塊來(lái)構(gòu)建。除了公共模塊庫(kù)之外，Simulink中還集成了許多面向不同專業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)模塊庫(kù)，普通用戶一般很少用到其中的模塊。因此，在介紹Simulink的專業(yè)模塊庫(kù)時(shí)，僅對(duì)模塊庫(kù)的總體功能做簡(jiǎn)單的概述。如果用戶需要的話，可以在Simulink中的模塊描述欄了解其主要功能。4.1.1Simulink專業(yè)模塊庫(kù)

Simulink集成了許多面向各專業(yè)領(lǐng)域的系統(tǒng)模塊庫(kù)，不同領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可以使用這些系統(tǒng)模塊快速構(gòu)建自己的系統(tǒng)模型，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)的仿真與分析，從而完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)。這里僅簡(jiǎn)單介紹部分專業(yè)模塊庫(kù)的主要功能。

(1)ControlSystemToolbox模塊庫(kù)：面向控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析，主要提供線性時(shí)不變系統(tǒng)的模塊。

(2)?DSPBlockset模塊庫(kù)：面向數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析，主要提供DSP輸入模塊、DSP輸出模塊、信號(hào)預(yù)測(cè)與估計(jì)模塊、濾波器模塊、DSP數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)、量化器模塊、信號(hào)管理模塊、信號(hào)操作模塊、統(tǒng)計(jì)模塊以及信號(hào)變換模塊等。

(3)?SimulinkExtras模塊庫(kù)：主要補(bǔ)充Simulink公共模塊庫(kù)，提供附加連續(xù)模塊庫(kù)、附加線性系統(tǒng)模塊庫(kù)、附加輸出模塊庫(kù)、觸發(fā)器模塊庫(kù)、線性化模塊庫(kù)、系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模塊庫(kù)以及航空航天系統(tǒng)模塊庫(kù)等。(4)S-functiondemos模塊庫(kù)：主要提供C++、C、FORTRAN以及M文件下S-函數(shù)的模塊庫(kù)的演示模塊。

(5)Real-TimeWorkshop與Real-TimeWindowsTarget模塊庫(kù)：主要提供各種用來(lái)進(jìn)行獨(dú)立可執(zhí)行代碼或嵌入式代碼生成，以實(shí)現(xiàn)高效實(shí)時(shí)仿真的模塊。它們和RTW、TLC有著密切的聯(lián)系。

(6)Stateflow庫(kù)：對(duì)使用狀態(tài)圖所表達(dá)的有限狀態(tài)機(jī)模型進(jìn)行建模仿真和代碼生成。有限狀態(tài)機(jī)用來(lái)描述基于事件的控制邏輯，也可用于描述響應(yīng)型系統(tǒng)。

(7)定點(diǎn)模塊庫(kù)：包含一組用于定點(diǎn)算法仿真的模塊。(8)通訊模塊庫(kù)：專用于通信系統(tǒng)仿真的一組模塊。(9)?Dials&Gauges庫(kù)：圖形儀表模塊庫(kù)，它們實(shí)際上是一組ActiveX控件。(10)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊庫(kù)：用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分析設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的一組模塊。(11)模糊控制模塊庫(kù)：包括一組有關(guān)模糊控制的分析設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的模塊。

(12)?xPC模塊庫(kù)：提供了一組用于xPC仿真的模塊。

4.3構(gòu)建Simulink框圖

4.2節(jié)中簡(jiǎn)單介紹了Simulink中的一些比較常用的系統(tǒng)模塊。本節(jié)將介紹如何使用這些系統(tǒng)模塊以構(gòu)建用戶自己的系統(tǒng)模型。當(dāng)Simulink庫(kù)瀏覽器被啟動(dòng)之后，通過(guò)鼠標(biāo)左鍵單擊模塊庫(kù)的名稱可以查看模塊庫(kù)中的模塊。模塊庫(kù)中包含的系統(tǒng)模塊顯示在Simulink庫(kù)瀏覽器右邊的一欄中。對(duì)Simulink庫(kù)瀏覽器的基本操作有：(1)使用鼠標(biāo)左鍵單擊系統(tǒng)模塊庫(kù)，如果模塊庫(kù)為多層結(jié)構(gòu)，則單擊“+”號(hào)載入庫(kù)。

(2)使用鼠標(biāo)右鍵單擊系統(tǒng)模塊庫(kù)，在單獨(dú)的窗口打開(kāi)庫(kù)。

(3)使用鼠標(biāo)左鍵單擊系統(tǒng)模塊，在模塊描述欄中顯示此模塊的描述。

(4)使用鼠標(biāo)右鍵單擊系統(tǒng)模塊，可以得到系統(tǒng)模塊的幫助信息，將系統(tǒng)模塊插入到系統(tǒng)模型中，查看系統(tǒng)模塊的參數(shù)設(shè)置，以及回到系統(tǒng)模塊的上一層庫(kù)。

此外還可以進(jìn)行以下操作：

(1)使用鼠標(biāo)左鍵選擇并拖動(dòng)系統(tǒng)模塊，并將其拷貝到系統(tǒng)模型中。

(2)在模塊搜索欄中搜索所需的系統(tǒng)模塊。

4.3.1模塊選擇這里用一個(gè)非常簡(jiǎn)單的例子介紹如何建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型。此簡(jiǎn)單系統(tǒng)的輸入為一個(gè)正弦波信號(hào)，輸出為此正弦波信號(hào)與一個(gè)常數(shù)的乘積。要求建立系統(tǒng)模型，并以圖形方式輸出系統(tǒng)運(yùn)算結(jié)果。已知系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述為系統(tǒng)輸入：,t≥0

系統(tǒng)輸出：

啟動(dòng)Simulink并新建一個(gè)系統(tǒng)模型文件。欲建立此簡(jiǎn)單系統(tǒng)的模型，需要如下的系統(tǒng)模塊（均在Simulink公共模塊庫(kù)中）：

(1)系統(tǒng)輸入模塊庫(kù)Sources中的SineWave模塊：產(chǎn)生一個(gè)正弦波信號(hào)。

(2)數(shù)學(xué)庫(kù)Math中的Gain模塊：將信號(hào)乘上一個(gè)常數(shù)（即信號(hào)增益）。

(3)系統(tǒng)輸出庫(kù)Sinks中的Scope模塊：圖形方式顯示結(jié)果。選擇相應(yīng)的系統(tǒng)模塊并將其拷貝（或拖動(dòng)）到新建的系統(tǒng)模型中，如圖4.13所示。圖4.13選擇系統(tǒng)所需模塊

在選擇構(gòu)建系統(tǒng)模型所需的所有模塊后，需要按照系統(tǒng)的信號(hào)流程將各系統(tǒng)模塊正確連接起來(lái)。連接系統(tǒng)模塊的步驟如下：

(1)將光標(biāo)指向起始?jí)K的輸出端口，此時(shí)光標(biāo)變成“+”。

(2)單擊鼠標(biāo)左鍵并拖動(dòng)到目標(biāo)模塊的輸入端口，在接近到一定程度時(shí)光標(biāo)變成雙十字。這時(shí)松開(kāi)鼠標(biāo)鍵，連接完成。完成后在連接點(diǎn)處出現(xiàn)一個(gè)箭頭，表示系統(tǒng)中信號(hào)的流向，如圖4.14所示。圖4.14系統(tǒng)模塊之間的連線

在Simulink的最新版本中，連接系統(tǒng)模塊還有如下更有效的方式：

(1)使用鼠標(biāo)左鍵單擊起始模塊。

(2)按下Ctrl鍵，并用鼠標(biāo)左鍵單擊目標(biāo)塊。

4.3.2模塊操作下面介紹一些對(duì)系統(tǒng)模塊進(jìn)行操作的基本技巧，掌握它們可使建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型變得更為方便快捷。

1.模塊的復(fù)制如果需要幾個(gè)同樣的模塊，可以使用鼠標(biāo)右鍵單擊并拖動(dòng)某個(gè)塊進(jìn)行拷貝。也可以在選中所需的模塊后，使用Edit菜單上的Copy和Paste或使用熱鍵Ctrl+C和Ctrl+V完成同樣的功能，如圖4.15所示。

圖4.15模塊的復(fù)制2.模塊的插入如果用戶需要在信號(hào)連線上插入一個(gè)模塊，只需將這個(gè)模塊移到線上就可以自動(dòng)連接。注意這個(gè)功能只支持單輸入單輸出模塊。對(duì)于其他的模塊，只能先刪除連線，放置塊，然后再重新連線。具體操作如圖4.16所示。

圖4.16系統(tǒng)模塊的插入3.連線分支與連線改變?cè)谀承┣闆r下，一個(gè)系統(tǒng)模塊的輸出同時(shí)作為多個(gè)其它模塊的輸入，這時(shí)需要從此模塊中引出若干連線，以連接多個(gè)其它模塊。對(duì)信號(hào)連線進(jìn)行分支的操作方式為：使用鼠標(biāo)右鍵單擊需要分支的信號(hào)連線（光標(biāo)變成“+”），然后拖動(dòng)到目標(biāo)模塊。

對(duì)信號(hào)連線還有以下幾種常用的操作：

(1)使用鼠標(biāo)左鍵單擊并拖動(dòng)以改變信號(hào)連線的路徑。

(2)按下Shift鍵的同時(shí)，在信號(hào)連線上單擊鼠標(biāo)左鍵并拖動(dòng)，可以生成新的節(jié)點(diǎn)。

(3)在節(jié)點(diǎn)上使用鼠標(biāo)左鍵單擊并拖動(dòng)，可以改變信號(hào)連線路徑。信號(hào)連線分支與連線改變?nèi)鐖D4.17所示。

圖4.17連線分支與連線改變4.信號(hào)組合

在利用Simulink進(jìn)行系統(tǒng)仿真時(shí)，在很多情況下，需要將系統(tǒng)中某些模塊的輸出信號(hào)（一般為標(biāo)量）組合成一個(gè)向量信號(hào)，并將得到的信號(hào)作為另外一個(gè)模塊的輸入。

圖4.18信號(hào)組合4.3.3運(yùn)行仿真

1.系統(tǒng)模塊參數(shù)設(shè)置與系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置當(dāng)用戶按照信號(hào)的輸入輸出關(guān)系連接各系統(tǒng)模塊之后，系統(tǒng)模型的創(chuàng)建工作便已結(jié)束。為了對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行正確的仿真與分析，必須設(shè)置正確的系統(tǒng)模塊參數(shù)與系統(tǒng)仿真參數(shù)。系統(tǒng)模塊參數(shù)的設(shè)置方法如下：

(1)雙擊系統(tǒng)模塊，打開(kāi)系統(tǒng)模塊的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。

(2)在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置合適的模塊參數(shù)。圖4.19系統(tǒng)模塊參數(shù)設(shè)置

當(dāng)系統(tǒng)中各模塊的參數(shù)設(shè)置完畢后，可設(shè)置合適的系統(tǒng)仿真參數(shù)以進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真。有關(guān)系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置的知識(shí)將在第5章中進(jìn)行詳細(xì)的介紹，這里不再贅述。對(duì)于圖4.19所示的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)模塊參數(shù)設(shè)置如圖中所示（增益取值為5），系統(tǒng)仿真參數(shù)采用Simulink的默認(rèn)設(shè)置。2.運(yùn)行仿真當(dāng)對(duì)系統(tǒng)中各模塊參數(shù)以及系統(tǒng)仿真參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置之后，單擊系統(tǒng)模型編輯器上的Play圖標(biāo)（黑色三角）或選擇Simulation菜單下的Start便可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。對(duì)于圖4.19所示的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，采用上述的模塊參數(shù)設(shè)置與默認(rèn)的仿真參數(shù)進(jìn)行仿真。仿真結(jié)束后雙擊Scope模塊以顯示系統(tǒng)仿真的輸出結(jié)果，如圖4.20所示。

圖4.20系統(tǒng)仿真及結(jié)果輸出

4.4設(shè)計(jì)Simulink框圖的界面

4.3節(jié)中對(duì)使用Simulink進(jìn)行系統(tǒng)建模與仿真做了簡(jiǎn)單的介紹，任何動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的模型構(gòu)建與仿真的步驟都與此類似。本節(jié)所要介紹的Simulink界面設(shè)計(jì)主要用來(lái)改善系統(tǒng)模型的界面，以便于用戶對(duì)系統(tǒng)模型的理解與維護(hù)。4.4.1模塊及框圖屬性編輯

1.框圖的視圖調(diào)整在Simulink系統(tǒng)模型編輯器中，可以對(duì)系統(tǒng)模型的視圖進(jìn)行調(diào)整以便更好地觀察系統(tǒng)模型。視圖調(diào)整的方法如下所述：

(1)使用View菜單控制模型在視圖區(qū)的顯示，用戶可以對(duì)模型視圖進(jìn)行任意縮放。

(2)使用系統(tǒng)熱鍵R（放大）或V（縮?。?。

(3)按空格鍵可以使系統(tǒng)模型充滿整個(gè)視圖窗口。視圖調(diào)整效果如圖4.21所示。圖4.21改變系統(tǒng)模型的視圖2.模塊的名稱操作在使用Simulink中的系統(tǒng)模塊構(gòu)建系統(tǒng)模型時(shí)，Simulink會(huì)自動(dòng)給系統(tǒng)模型中的模塊命名，如在4.3節(jié)的簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中，正弦信號(hào)模塊名稱為SineWave；對(duì)于系統(tǒng)模型中相同的模塊，Simulink會(huì)自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行編號(hào)。一般對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，可以采用Simulink的自動(dòng)命名；但對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，給每個(gè)模塊取一個(gè)具有明顯意義的名稱非常有利于系統(tǒng)模型的理解與維護(hù)。下面簡(jiǎn)單介紹一下模塊名稱的操作。

(1)模塊命名：使用鼠標(biāo)左鍵單擊模塊名稱，進(jìn)入編輯狀態(tài)，然后鍵入新的名稱。

(2)名稱移動(dòng)：使用鼠標(biāo)左鍵單擊模塊名稱并拖動(dòng)到模塊的另一側(cè)，或選擇Format菜單中的FlipName翻轉(zhuǎn)模塊名稱。

(3)名稱隱藏：選擇Format菜單中的HideName隱藏系統(tǒng)模塊名稱。注意，系統(tǒng)模型中模塊的名稱應(yīng)當(dāng)是唯一的，否則Simulink會(huì)給出警告并自動(dòng)改變名稱。系統(tǒng)模型中模塊的名稱操作如圖4.22所示。圖4.22系統(tǒng)模型中模塊的名稱操作3.模塊的其它操作

Simulink允許用戶對(duì)模塊的幾何尺寸進(jìn)行修改，以改善系統(tǒng)模型框圖的界面。例如，對(duì)于具有多個(gè)輸入端口的模塊，需要調(diào)整其大小使其能夠較好地容納多個(gè)信號(hào)連線，而非采用模塊的默認(rèn)大?。涣硗?，對(duì)于某些系統(tǒng)模塊，當(dāng)模塊的尺寸足夠大時(shí)，模塊的參數(shù)將直接顯示在模塊上面，這非常有利于用戶對(duì)模型的理解。Simulink允許改變模塊的顏色。使用鼠標(biāo)右鍵單擊模塊，選擇Foregroundcolor或Backgroundcolor菜單來(lái)設(shè)置顏色；或使用模型編輯器中Format菜單中的相應(yīng)命令設(shè)置模塊顏色。如果模塊的前景色發(fā)生改變，則所有由此模塊引出的信號(hào)線顏色也隨之改變；當(dāng)系統(tǒng)模型框圖很復(fù)雜時(shí)，這個(gè)特性能夠有效地增強(qiáng)框圖的可讀性。

此外，還可以使用Format菜單中的ShowDropShadow為模塊生成陰影，或使用FlipBlock、RotateBlock對(duì)模塊進(jìn)行翻轉(zhuǎn)與旋轉(zhuǎn)，或使用Font對(duì)模塊字體進(jìn)行設(shè)置等。對(duì)模塊的操作如圖4.23所示。圖4.23模塊的其它操作4.系統(tǒng)框圖注釋作為友好的Simulink系統(tǒng)模型界面，對(duì)系統(tǒng)模型的注釋是不可缺少的。在Simulink中對(duì)系統(tǒng)模型框圖進(jìn)行注釋的方法非常簡(jiǎn)單，只需在系統(tǒng)模型編輯器的背景上雙擊鼠標(biāo)左鍵以確定添加注釋文本的位置，并打開(kāi)一個(gè)文本編輯框，用戶便可以在此輸入相應(yīng)的注釋文本。輸入完畢后，使用鼠標(biāo)左鍵單擊以退出編輯并移動(dòng)文本位置（編輯框未被選中情況下）到合適的地方。此外，在文本對(duì)象上單擊鼠標(biāo)右鍵，可以改變文本的屬性如大小、字體和對(duì)齊方式等。在任何時(shí)候都可以雙擊注釋文本進(jìn)行編輯。系統(tǒng)框圖注釋如圖4.24所示。

圖4.24系統(tǒng)模型框圖注釋4.4.2信號(hào)標(biāo)簽與標(biāo)簽傳遞

1.信號(hào)標(biāo)簽在創(chuàng)建系統(tǒng)模型尤其是大型復(fù)雜系統(tǒng)模型時(shí)，信號(hào)標(biāo)簽對(duì)理解系統(tǒng)框圖尤為重要。所謂的信號(hào)標(biāo)簽，也可以稱為信號(hào)的“名稱”或“標(biāo)記”，它與特定的信號(hào)相聯(lián)系，是信號(hào)的一個(gè)固有屬性。這一點(diǎn)與系統(tǒng)框圖注釋不同，框圖注釋是對(duì)整個(gè)或局部系統(tǒng)模型進(jìn)行說(shuō)明的文字信息，它與系統(tǒng)模型相分離。

生成信號(hào)標(biāo)簽的方法有如下兩種：

(1)使用鼠標(biāo)左鍵雙擊需要加入標(biāo)簽的信號(hào)（即系統(tǒng)模型中與信號(hào)相對(duì)應(yīng)的模塊連線），這時(shí)便會(huì)出現(xiàn)標(biāo)簽編輯框，在其中鍵入標(biāo)簽文本即可。與框圖注釋類似，信號(hào)標(biāo)簽可以移動(dòng)到希望的位置，但只能是在信號(hào)線的附近。如果強(qiáng)行將標(biāo)簽拖動(dòng)離開(kāi)信號(hào)線，標(biāo)簽會(huì)自動(dòng)回到原處。當(dāng)一個(gè)信號(hào)定義了標(biāo)簽后，從這條信號(hào)線引出的分支線會(huì)繼承這個(gè)標(biāo)簽，如圖4.25所示。

圖4.25信號(hào)標(biāo)簽操作之一(2)首先選擇需要加入標(biāo)簽的信號(hào)，用鼠標(biāo)左鍵單擊信號(hào)連線；然后使用Edit菜單下的SignalProperties項(xiàng)，在打開(kāi)的界面中編輯信號(hào)的名稱，而且還可以使用這個(gè)界面對(duì)信號(hào)作簡(jiǎn)單的描述并建立HTML文檔鏈接，如圖4.26所示。注意，雖然信號(hào)標(biāo)簽的內(nèi)容可以任意指定，但為了系統(tǒng)模型可讀性，信號(hào)標(biāo)簽最好使用能夠代表信號(hào)特征的名稱（如信號(hào)類型、信號(hào)作用等）。圖4.26信號(hào)標(biāo)簽操作之二2.信號(hào)標(biāo)簽的傳遞在系統(tǒng)模型中，信號(hào)標(biāo)簽可以由某些稱之為“虛塊”的系統(tǒng)模塊來(lái)進(jìn)行傳遞。這些虛塊主要用來(lái)完成對(duì)信號(hào)的選擇、組合與傳遞，它不改變信號(hào)的任何屬性。如Signals&Systems模塊庫(kù)中的Mux模塊的功能是組合信號(hào)，但并不改變信號(hào)的值。信號(hào)標(biāo)簽傳遞的方法有如下幾種：

(1)選擇信號(hào)線并用鼠標(biāo)左鍵雙擊，在信號(hào)標(biāo)簽編輯框中鍵入<>,在此尖括號(hào)中鍵入信號(hào)標(biāo)簽即可傳遞信號(hào)標(biāo)簽。

(2)選擇信號(hào)線，然后選擇Edit菜單中的SignalProperties；或單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇彈出式菜單中的SignalProperties，將ShowPropagatedSignals設(shè)置為on即可。注意：只能在信號(hào)的前進(jìn)方向上傳遞該信號(hào)標(biāo)簽。當(dāng)一個(gè)帶有標(biāo)簽的信號(hào)與Scope塊連接時(shí)，信號(hào)標(biāo)簽將作為標(biāo)題顯示。信號(hào)標(biāo)簽的傳遞如圖4.27所示。圖4.27信號(hào)標(biāo)簽的傳遞4.4.3Simulink子系統(tǒng)介紹對(duì)于簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)而言，用戶很容易建立系統(tǒng)模型并分析系統(tǒng)模型中各模塊之間的相互關(guān)系，以及模塊的輸入輸出關(guān)系。但是對(duì)于比較復(fù)雜的系統(tǒng)，系統(tǒng)模型中包含的模塊數(shù)目較多，模塊之間的輸入輸出關(guān)系比較復(fù)雜。這時(shí)對(duì)于分析與設(shè)計(jì)系統(tǒng)而言，都會(huì)給用戶帶來(lái)諸多的不便，而使用子系統(tǒng)技術(shù)則可以較好地解決這一問(wèn)題1.子系統(tǒng)生成

Simulink提供的子系統(tǒng)功能可以大大地增強(qiáng)Simulink系統(tǒng)模型框圖的可讀性。所謂的子系統(tǒng)可以理解為一種“容器”，此容器能夠?qū)⒁唤M相關(guān)的模塊封裝到一個(gè)單獨(dú)的模塊中，并且與原來(lái)系統(tǒng)模塊組的功能一致。

子系統(tǒng)的建立方法有如下兩種：

(1)在已有的系統(tǒng)模型中建立子系統(tǒng)：首先框選待封裝的區(qū)域，即在模型編輯器背景中單擊鼠標(biāo)左鍵并拖動(dòng)，選中需要放置到子系統(tǒng)中的模塊與信號(hào)（或在按下Shift鍵的同時(shí)，用鼠標(biāo)左鍵單擊所需模塊）；然后選擇Edit菜單下的CreateSubsystem，即可建立子系統(tǒng)。如圖4.28所示。

圖4.28子系統(tǒng)建立：選擇模塊生成子系統(tǒng)(2)建立空的子系統(tǒng)：使用Subsystems模塊庫(kù)中的模塊建立子系統(tǒng)。這樣建立的子系統(tǒng)內(nèi)容為空，然后雙擊子系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行編輯。如圖4.29所示。

圖4.29子系統(tǒng)建立：生成并編輯空子系統(tǒng)

建立此系統(tǒng)模型所需要的系統(tǒng)模塊如下所述：Subsystems模塊庫(kù)中的Subsystem模塊、Sources模塊庫(kù)中的SineWave、Sinks模塊庫(kù)中的Scope模塊、Sinks模塊庫(kù)中的Out1模塊（Subsystem模塊的缺省設(shè)置為單輸入單輸出，使用Out1模塊可以產(chǎn)生多個(gè)輸出）、Math模塊庫(kù)中的Gain模塊以及Signals&Systems模塊庫(kù)中的Mux模塊等。2.子系統(tǒng)操作在生成子系統(tǒng)之后，用戶可以對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行各種與系統(tǒng)模塊相類似的操作，這時(shí)子系統(tǒng)相當(dāng)于具有一定功能的系統(tǒng)模塊。例如，子系統(tǒng)的命名、子系統(tǒng)視圖的修改、子系統(tǒng)的顯示顏色等等。當(dāng)然子系統(tǒng)也有其特有的操作，如子系統(tǒng)的顯示（用鼠標(biāo)左鍵雙擊子系統(tǒng)模塊即可打開(kāi)子系統(tǒng)）、子系統(tǒng)的封裝（將在第7章中進(jìn)行詳細(xì)介紹）等等。3.Inport輸入模塊與Outport輸出模塊在系統(tǒng)模型中建立子系統(tǒng)時(shí)，Simulink會(huì)自動(dòng)生成Inport模塊（Sources模塊庫(kù)中的In1模塊）與Outport模塊（Sinks模塊庫(kù)中的Out1模塊）。Inport模塊作為子系統(tǒng)的輸入端口，Outport作為子系統(tǒng)的輸出端口，它們被用來(lái)完成子系統(tǒng)和主系統(tǒng)之間的通訊。

Inport和Outport用來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳遞，不改變信號(hào)的任何屬性；另外，信號(hào)標(biāo)簽可以越過(guò)它們進(jìn)行傳遞。如果需要建立多輸入多輸出的子系統(tǒng)，則需要使用多個(gè)Inport模塊與Outport模塊，而且最好使用合適的名稱對(duì)Inport模塊與Outport模塊進(jìn)行命名，如圖4.30所示。圖4.30Inport模塊與Outport模塊的重新命名4.4.4建立復(fù)雜系統(tǒng)模型

Simulink適合建立大型復(fù)雜系統(tǒng)的模型，它為仿真系統(tǒng)模型的界面組織與設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。一般而言，建立復(fù)雜系統(tǒng)模型有兩種不同的思路：

(1)自下向上的設(shè)計(jì)思路：如果用戶從草圖開(kāi)始建立一個(gè)復(fù)雜的模型，可以先建底層模型，然后對(duì)已經(jīng)建好的塊生成子系統(tǒng)。

(2)自頂向下的設(shè)計(jì)思路：首先設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體模型，然后再進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。采用這種方法，可以在頂層使用空的子系統(tǒng)塊，然后再實(shí)現(xiàn)具體的細(xì)節(jié)。

圖4.31模型瀏覽器的使用

4.5Simulink與MATLAB的接口設(shè)計(jì)

4.5.1由MATLAB工作空間變量設(shè)置系統(tǒng)模塊參數(shù)如前所述，用戶可以雙擊一個(gè)模塊以打開(kāi)模塊參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，然后直接輸入數(shù)據(jù)以設(shè)置模塊參數(shù)。其實(shí)，用戶也可以使用MATLAB工作空間中的變量設(shè)置系統(tǒng)模塊參數(shù)，這對(duì)于多個(gè)模塊的參數(shù)均依賴于同一個(gè)變量時(shí)非常有用。由MATLAB工作空間中的變量設(shè)置模塊參數(shù)的形式有如下兩種：(1)直接使用MATLAB工作空間中的變量設(shè)置模塊參數(shù)。

(2)使用變量的表達(dá)式設(shè)置模塊參數(shù)。例如，如果a是定義在MATLAB中的變量，則表達(dá)式a、a^2+5、exp(–a)等均可以作為系統(tǒng)模塊的參數(shù)，如圖4.32所示。圖4.32使用MATLAB工作空間變量設(shè)置模塊參數(shù)4.5.2將信號(hào)輸出到MATLAB工作空間中使用示波器模塊Scope的輸出信號(hào)，可以使用戶對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的定性分析。使用Sinks模塊庫(kù)中的ToWorkspace模塊，可以輕易地將信號(hào)輸出到MATLAB工作空間中。信號(hào)輸出的名稱在ToWorkspace模塊的對(duì)話框中設(shè)置，此對(duì)話框還可以設(shè)置輸出數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)、輸出的間隔，以及輸出數(shù)據(jù)的類型等。其中輸出類型有三種形式：數(shù)組、結(jié)構(gòu)以及帶有時(shí)間變量的結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)束或暫停時(shí)信號(hào)被輸出到工作空間中，如圖4.33所示。圖4.33系統(tǒng)模型中信號(hào)輸出4.5.3使用工作空間變量作為系統(tǒng)輸入信號(hào)

Simulink與MATLAB的數(shù)據(jù)交互是相互的，除了可以將信號(hào)輸出到MATLAB工作空間中之外，用戶還可以使用MATLAB工作空間中的變量作為系統(tǒng)模型的輸入信號(hào)。使用Sources模塊庫(kù)中的FromWorkspace模塊可以將MATLAB工作空間中的變量作為系統(tǒng)模型的輸入信號(hào)。此變量的格式如下所示：>>t=0:time_step:final_time;%表示信號(hào)輸入時(shí)間范圍與時(shí)間步長(zhǎng)>>x=func(t); %表示在每一時(shí)刻的信號(hào)值>>input=[t',x'];%表示信號(hào)的輸入向量，輸入變量第一列須為時(shí)間序列，接下來(lái)的各列代表信號(hào)的取值例如，在MATLAB命令窗口中鍵入如下的語(yǔ)句并運(yùn)行。>>t=0:0.1:10;>>x=sin(t);>>input=[t',x'];圖4.34MATLAB工作空間變量作為系統(tǒng)輸入信號(hào)

運(yùn)行此系統(tǒng)進(jìn)行仿真，系統(tǒng)輸入信號(hào)input的作用相當(dāng)于Sources模塊中的SineWave模塊，其結(jié)果如圖4.35所示（Scope1顯示結(jié)果）。圖4.35使用input信號(hào)作為輸入的仿真結(jié)果

圖4.36三角波輸入的仿真結(jié)果

4.5.4向量與矩陣在前面的系統(tǒng)模型中，Simulink所使用的信號(hào)均是標(biāo)量。其實(shí)，Simulink也能夠傳遞和使用向量信號(hào)。例如，向量增益可以作用在一個(gè)標(biāo)量信號(hào)上，產(chǎn)生一個(gè)向量輸出。在缺省情況下，模塊對(duì)向量中的逐個(gè)元素進(jìn)行操作，就像MATLAB中的數(shù)組運(yùn)算一樣，如圖4.37所示。圖4.37向量增益示意圖Simulink4最重要的特性就是支持矩陣形式的信號(hào)，它可以區(qū)分行和列向量并傳遞矩陣。通過(guò)對(duì)模塊做適當(dāng)?shù)呐渲?，可以使模塊能夠接受矩陣作為模塊參數(shù)。在上面的例子中，如果Constant模塊的參數(shù)為一矩陣，并且Gain增益模塊被配置成按矩陣乘的定義從左邊乘上輸入向量，則Display塊能夠感知到輸入信號(hào)的尺寸，即1×2行向量，并對(duì)邊框做適當(dāng)調(diào)整，如圖4.38所示。圖4.38矩陣輸入與向量增益示意圖4.5.5MATLABFunction與Function模塊除了使用上述的方式進(jìn)行Simulink與MATLAB之間的數(shù)據(jù)交互，用戶還可以使用FunctionsandTables模塊庫(kù)中的Function模塊（簡(jiǎn)稱為Fcn模塊）或FunctionsandTables模塊庫(kù)中的MATLABFunction模塊（簡(jiǎn)稱為MATLABFcn模塊）進(jìn)行彼此間的數(shù)據(jù)交互。

Fcn模塊一般