讲义 第2篇 simulink入门 part 1.ppt

1、第2篇 Simulink入门,主要内容： Simulink（动态系统仿真）简介 Simulink使用初步 Simulink的模块操作 Simulink的基本模块 Simulink仿真 封装子模块 MATLAB与Simulink交换数据,2.1 参 考 书,1邵玉斌 编著.MATLAB/Simulink 通信系统建模与仿真实例分析.清华大学出版社,2008年. 2刘敏，魏玲编著.MATLAB通信仿真与应用，国防工业出版社，2001年. 3徐明远、邵玉斌 编著.MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用，西安电子科技大学出版社，2006年. 4姚俊,马松辉 编著.simulink建模与仿真.西安电子

2、科技大学出版社.,2.2 simulink简介,1、什么是Simulimk？ Simulink是动态系统模拟仿真（Dynamic System Simulation）。使得MATLAB的功能得到进一步的扩展。扩展的意义在于： (1)实现了可视化建模，用户可以通过简单的鼠标操作就可以建立起直观的系统模型，并进行仿真； (2) 实现了多工作环境间文件互用和数据交换； (3) 把理论研究和工程实现有机地结合在一起。,Simulink的产生 1990年MathWorks公司为MATLAB增加了用于建立系统框图和仿真的环境 1992年公司将该软件改名为SIMULINK. Simulink可以搭建： 通信

3、系统物理层和数据链路层； 动力学系统； 控制系统； 数字信号处理系统； 电力系统； 生物系统； 金融系统等。,2、Simulink的特点： Simulink（动态系统仿真）是MATLAB的工具箱之一,提供动态系统的建模、仿真和综合分析的集成环境。其特点有： 适应面广。（线性、非线性系统；离散、连续及混和系统。) 结构和流程清晰。 仿真精细、提供大量函数模块。,大部分专用工具箱只要以matlab主包为基础就能运行，有少数工具箱（通信工具箱、信号处理工具箱等）则要求有simulink工具箱的支持。 由于matlab和simulink是集成在一起的，因此用户可以在两种环境下对自己的模型进行仿真、分析

4、和修改。 不用命令行编程，由方框图产生m文件（s函数） 当创建好的框图保存后，相应的m文件就自动生成，这个.m文件包含了该框图的所有图形及数学关系信息。 框图表示比较直观，容易构造，运行速度较快。,3、simulink 的模型： simulink模型在视觉上表现为方框图，在文件上则是扩展名为m的ASCII代码（matlab6是扩展名为mdl的ASCII代码）；在数学上体现为一组微分方程或差分方程；在行为上模拟了物理器件构成的实际系统的动态特性。 (1)、simulink 的一般结构：,(2)、仿真原理 当在框图视窗中进行仿真的同时，matlab 实际上是运行保存于simulink内存中s函数的

5、映象文件，而不是解释运行该m文件。 s函数并不是标准m文件，它m文件的一种特殊形式。 (3)、结构图创建方法 一个动态系统的创建过程，就是一个方框图的绘制过程。,4、Simulink的启动与退出： （4种方法） Simulink的启动 (1)在MATLAB的命令窗口直接键入simulink。 (2) 工具栏上的Simulink模块库浏览器命令按钮 (3) File菜单中选择New菜单项下的Model命令 Simulink的退出 关闭所有模型窗口和Simulink模块库窗口即可,Simulink模块库界面和新建模型文件窗口,5、 Simulink使用步骤： 建构正确的系统模型。 利用仿真工具去分

6、析模型。 判断仿真输出结果，并修正模型。 重复上述过程，以实现系统的最优化。,2.3 Simulink仿真举例,1、仿真步骤： 启动Simulink； 建构模型； （1）新建mdl窗口。 （2）打开函数库的Sources模块库，选择信号源。 （3）打开函数库的Sinks模块库，将scope模块拖到模型建构窗口。 （4）连接两个模块。 （5） 调整模块参数。 仿真,简而言之，解题步骤如下： (1) 新建一个模型窗口： (2) 为模型添加所需模块： (3) 连接相关模块，构成所需要的系统模型： (4) 进行系统仿真： (5) 观察仿真结果：,Tips： 在建模之前，应对模块和信号线有一个整体、清晰

7、和仔细的安排，以便能减少建模时间； 及时对模块和信号线命名、及时对模型加标注，以增强模型的可读性。,2、例题： 例1、产生一个正弦信号，将其通过AWGN信道发送出去。要求观察所产生的原始信号和发送出去的信号。,启动MATLAB之后，在命令窗口中输入命令“simulink”或单击MATLAB工具栏上的Simulink图标，打开Simulink 模块库窗口。 在Simulink模块库窗口中单击菜单项“File|New|Model”，就可以新建一个Simulink模型文件，如图所示。,Simulink模块库界面和新建模型文件窗口,例2、产生一个PN序列，观察其时域和频域波形。,例3 一个 二阶系统其

8、输入输出的传递函数为 其中，R=3, L=1H,C=0.1F。H(s) 简化为 利用鼠标单击Simulink基础库中的Continuous子库，选取传递函数模块，将它拖动到新建模型窗口中的适当位置，如图所示。,利用模块库建立仿真模型,如果需要对模型模块进行参数设置和修改，只需选中模型文件中的相应模块，单击鼠标右键，弹出快捷菜单，从中选取相应参数进行修改，如图2-10所示。还可以在选中模块之后通过鼠标拖动修改模块的位置、大小和形状。单击模块下方的“TransferFun”可以对其进行编辑，例如修改为“传递函数”字样。从快捷菜单中选取“TransferFunparameters.”项修改传递函数参

9、数，在弹出的对话框中的传递函数分子系数“Numerator：”栏填入10；在传递函数分母系数“Denominator”栏填入1，3，10，其余参数使用默认值。如果需要进了解该模块的参数设置说明，可以单击该对话框下方的“Help”按钮，然后确认,就得到了所要进行仿真的传递函数。,修改仿真模型的参数,通过快捷菜单的其它选项还可以修改模型的颜色、旋转、字体、阴影等属性，也可对模型进行剪切、拷贝或删除。 采用同样的方法，在Simulink基础库中的Sources子库中选取激励信号源，例如我们选取阶跃信号源，将之拖入建模窗口中。在Sinks子库中选取示波器作为系统输出波形显示。接下来利用鼠标将这三个模块

10、连接起来。模块外部的大于符号“”分别表示信号的输入输出节点，为了连接两个模块的输入输出，可以将鼠标置于节点处，这时鼠标显示为“十”字形状，拖动鼠标到另一个模块的端口，然后释放鼠标按钮，则形成了带箭头的连线，箭头方向表示信号的流向。完成后的建模系统可以通过“File”菜单存盘为模型文件，扩展名为“mdl”，如“lizi1.mdl”，如图所示。,完成的建模方框图,接下来，需要对输入信号源（阶跃）的参数进行设置。将鼠标指向阶跃信号模块双击或通过快捷菜单打开属性设置对话框，设置阶跃信号的参数，如图所示。图中右边的帮助窗口是通过单击参数设置对话框下方的“Help”按钮显示的。通过阅读帮助文档可以了解参数

11、的含义和设置情况。对于阶跃信号源来说，其参数含义、默认值以及我们根据仿真需要修改后的参数值如表2-1所示。,表2-1阶跃信号源的参数含义、默认值及修改后的参数值,阶跃信号源模块的参数设置对话框及其帮助文档,根据仿真要求，我们将仿真-210s时间区间内的系统阶跃响应的输出波形，在时间为0s时的跃变。 然后设置仿真参数，主要是仿真求解器的选择和仿真步长等参数的选取。通过前面的分析可知，动态系统仿真的本质就是求解其状态方程，而对状态方程的数值求解算法有多种，求解算法的步长也可以不同。不同的算法适用的范围有所不同，而算法的步长也直接影响求解的精度。因此，对求解器的选择以及其仿真步长等参数的设定对系统仿

12、真来说就成为相当重要的事情。从系统建模窗口的状态栏可以看到当前使用的求解器，如图中显示的仿真求解器是“ode45”算法。从建模窗口菜单项“Simulation|SimulationParameters.”打开仿真参数设置对话框（快捷键为Ctrl+E），我们现在设置求解器标签下的参数部分，如图所示。,设置仿真起始时间为-2秒，仿真结束时间为10秒，其余参数为默认值：求解器采用“ode45”算法，步长设定为自适应变步长的，最大步长、最小步长以及初始步长均设为自动选取，相对求解精度为1e-3，绝对求解精度自动选取。,仿真参数设置对话框,最后，双击示波器模型图标，打开示波器显示窗口。在显示窗口中单击鼠

13、标右键，通过快捷菜单设置显示坐标范围等属性，这里我们设置为自动刻度，如图所示。,示波器显示窗口以及参数设置,所有这些工作完成之后，就可以进行仿真了。可通过建模窗口菜单项“Simulation|Start”启动仿真，也可以单击工具栏上的小三角按钮或使用快捷键Ctrl+T启动仿真。 仿真结果如图所示。,仿真结果,更换信号源为Sources子模块库中的SignalGenerator，并设置信号源为0.2Hz的方波，幅度为1，如图左边对话框所示。设置示波器显示窗口的属性（Parameters），使之成为双踪显示，然后将示波器第二输入节点与信号源输出相连，这样我们就可以同时观察系统的输入输出波形了。系统

14、建模如图中间窗口所示。将仿真时间设定为0秒到20秒，其余参数使用默认参数。运行仿真后的结果如图2-16右边窗口显示。读者还可以进一步修改信号源参数，使用三角波、正弦波等作为激励信号，观察输出信号的情况。,更换信号源并使用双踪示波器之后的仿真结果,2.4 Simulink的基本模块,Simulink（系统仿真模块库） Communications Blockset（通信模块库） DSP Blockset（数字信号处理模块库） Control System Toolbox（控制系统模块库）,Simulink模块库包含的子模块库,（1）Commonly Used Blocks模块库，为仿真提供常用元

15、件； （2）Continuous模块库，为仿真提供连续系统； （3）Discontinuous模块库，非连续系统元件； （4）Discrete模块库，为仿真提供离散元件； （5）Logic and Bit Operations模块库，提供逻辑运算和位运算的元件； （6）Lookup Tables模块库，线形插值查表模块库； （7）Math Operations模块库，提供数学运算功能元件； （8）Model Verification模块库，模型验证库； （9）Model-Wide Utilities模块库； （10）Ports and Subsystems模块库，端口和子系统； （11）Sig

16、nals Attributes模块库，信号属性模块； （12）Signals Routing模块库，提供用于输入、输出和控制的相关信号及相关处理； （13）Sinks模块库，为仿真提供输出设备元件； （14）Sources模块库，为仿真提供各种信号源； （15）User-defined Functions模块库，用户自定义函数元件； （16）Additional Math &Discrete模块库。,2.5 功能模块的处理,基本操作包括： 1. 添加和选取模块 2. 复制与删除模块 3. 模块的参数和属性设置 4. 模块外形的调整 5. 模块名的处理 6. 模块的连接 7. 在连线上反映信息,

17、一、 添加和选取模块 添加模块 选择模块（选单个和多个模块） 二、模块的位置和外形的调整 移动模块（调整模块位置） 改变模块大小 改变模块方向（Rotate Block 、Flip Block） 改变模块的颜色和效果,改变模块的大小 选定模块，用鼠标点住其周围的四个黑方块中的任意一个拖动，这时会出现虚线的矩形表示新模块的位置，到需要的位置后释放鼠标即可。 调整模块的方向 选定模块，选取菜单Format下的Rotate Block使模块旋转90，Flip Block使模块旋转180。 给模块加阴影 选定模块，选取菜单Format下的Show Drop Shadow使模块产生阴影效果。,三、模块名

18、的处理 改变模块名 用鼠标左键单击模块名的区域，这时会在此处出现编辑状态的光标，在这种状态下能够对模块名随意修改。 模块名和模块图标中的字体也可以更改，方法是选定模块，在菜单Format下选取Font，这时会弹出Set Font的对话框，在对话框中选取想要的字体。 隐藏模块名 模块名的显示与否选定模块，选取菜单Format下的Hide Name，模块名就会被隐藏，同时Hide Name改为Show Name。选取Show Name就会使模块隐藏的名字显示出来. 改变模块名的位置 模块名的位置有一定的规律，当模块的接口在左右两侧时，模块名只能位于模块的上下两侧，缺省在下侧：当模块的接口在上下两侧

19、时，模块名只能位于模块的左右两侧，缺省在左侧。模块名只能从原位置移到相对的位置。可以用鼠标拖动模块名到其相对的位置；也可以选定模块，用菜单Format下的Flip Name实现相同的移动。,四、复制和删除模块 在不同的窗口之间复制： 鼠标左键点住要复制的模块（首先打开源模块和目标模块所在的窗口），按住左键移动鼠标到相应窗口（不用按住Ctrl键），然后释放，该模块就会被复制过来，而源模块不会被删除。当然还可以使用Edit菜单的Copy和Paste命令来完成复制：先选定要复制的模块，选择Edit菜单下的Copy命令，到目标窗口的Edit菜单下选择Paste命令。 在同一个模型窗口内复制： 用鼠标左

20、键点住要复制的模块，按住左键移动鼠标，同时按下Ctrl键，到适当位置释放鼠标，该模块就被复制到当前位置。更简单的方法是按住鼠标右键（不按Ctrl键）移动鼠标。先选定要复制的模块，选择Edit下的Copy命令，然后选择Paste命令。 删除模块： 选定模块，选择Edit菜单下的Cut（删除到剪贴板）或Clear（彻底删除）命令。或者在模块上单击鼠标右键，在弹出菜单上选择Cut或Clear命令。,五、 信号线操作 连接模块（折线） 按shift 移动线段 分割线段 分支线段（按Ctrl） Note: 用粗线表示向量,六、对模型的其他操作 模块参数的改变 插入模块 信号线标识 显示信号线上的信号数目

21、（signal dimensions） 分离模块 复原操作 对模型的注释,Simulink中几乎所有模块的参数（Parameter）都允许用户进行设置。只要双击要设置参数的模块就会弹出设置对话框。,每个模块都有一个内容相同的特性（Properties）设置对话框，如图所示。它包括如下几项： （1) 说明（Description） 是对该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他模块执行的有限顺序。优先级的数值必须是整数或不输入数值，这时系统会自动选取合适的优先级。优先级的数值越小（可以是负整数），优先级越高。 (3) 标记(Tag） 用户为模块添加的文本格式的标记。 (4) 调用函数（Open function