simulink基础

1、工程软件训练工程软件训练MATLAB/Simulink机电一体化应用机电一体化应用第三讲第三讲Simulink 基础基础工程软件训练工程软件训练3.1 simulink 概述概述 Simulink是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。 所谓模型化图形输入是指 Simulink 提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模

2、块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进行存取），进而进行仿真与分析。 工程软件训练工程软件训练3.2 simulink 模块介绍模块介绍3.2.1模块库模块库在在MATLAB命令窗口输入命令窗口输入“Simulink”或单击工具栏或单击工具栏 ，打开，打开simulink模型模型库窗口界面如下：库窗口界面如下：工程软件训练工程软件训练 Simulink包含丰富的模块库主要有包含丰富的模块库主要有 Simulink Commonly Used Blocks（公（公共模块库）、共模块库）、Stateflow、Virtual Reality Toolbox、SimPo

3、werSystem、Aerospace blockset、Real Time Workshop、SimMechanics等专业模块库。等专业模块库。 公共模块库包含公共模块库包含15个基础库如图所示：个基础库如图所示：Commonly used blocks常用常用Continuous连续系统连续系统Discontinuous非连续系统非连续系统Discrete离散系统离散系统Logic and Bit Operations逻辑与位操作逻辑与位操作Lookup Tables查表查表Math Operations数学运算数学运算Model Verification模型验证模型验证Model-Wi

4、de Utilities实用实用Ports&Subsystems端口与子端口与子系统系统Signal Attributes信号特性信号特性 Signal Routing信号流路信号流路 Sinks信号输出方式模块库信号输出方式模块库Source信号源模块库信号源模块库Additional Math&Discrete其其他数学和离散模块库他数学和离散模块库工程软件训练工程软件训练1.Commonly Used Blocks（常用模块库）（常用模块库）工程软件训练工程软件训练2.Continuos（连续模块库）（连续模块库） 工程软件训练工程软件训练工程软件训练工程软件训练3.Di

5、scontinuities（非连续模块库）（非连续模块库）工程软件训练工程软件训练工程软件训练工程软件训练4.Discrete（离散模块库（离散模块库）工程软件训练工程软件训练工程软件训练工程软件训练5.Logic and Bit Operations逻辑与位操作逻辑与位操作工程软件训练工程软件训练工程软件训练工程软件训练6.Lookup Tables（查表）（查表）工程软件训练工程软件训练7.Math Operations数学运算数学运算工程软件训练工程软件训练工程软件训练工程软件训练8.Model Verification模型验证模型验证工程软件训练工程软件训练工程软件训练工程软件训练9.

6、Model-Wide Utilities（实用）（实用）工程软件训练工程软件训练10.Ports&Subsystems(端口与子系统端口与子系统)工程软件训练工程软件训练工程软件训练工程软件训练11.Signal Attributes（信号特性）（信号特性）工程软件训练工程软件训练工程软件训练工程软件训练12.Signal Routing(信号流路信号流路)工程软件训练工程软件训练工程软件训练工程软件训练13.Sinks信号输出方式模块库信号输出方式模块库工程软件训练工程软件训练14.Source信号源模块库信号源模块库工程软件训练工程软件训练工程软件训练工程软件训练15.Additi

7、onal Math&Discrete(其他数学和离散模块库其他数学和离散模块库)16.User-Defined Functions(用户定义函数用户定义函数)工程软件训练工程软件训练3.2.2自定义模块自定义模块 一种方法是采用Signal & Systems 模块库中的Subsystem功能模块，利用其编辑区设计组合新的功能模块；将Signal & Systems 模块库中Subsystem功能模块复制到打开的模型窗口中。双击Subsystem功能模块，进入自定义功能模块窗口，从而可以利用已有的基本功能模块设计出新的功能模块。 另一种方法是将现有的多个功能模块组合起来

8、，形成新的功能模块。对于很大的SIMULINK模型，通过自定义功能模块可以简化图形，减少功能模块的个数，有利于模型的分层构建。在模型窗口中建立所定义功能模块的子模块。用鼠标将这些需要组合的功能模块框住，然后选择Edit菜单下的Create Subsystem即可。 对于大型simulink模型，通过自定义功能模块可以简化图形，减少功能模块数，有利于模型的分层构建。自定义功能模块的建立有两种方法：工程软件训练工程软件训练3.2.3其他应用模块集和辅助工具其他应用模块集和辅助工具1.Communications Blockset（通信模块集）（通信模块集） 信源（Comm Sources）：在这个

9、库中，可以形成随机或伪随机信号，也可以读取文件或模拟压控振荡器（VCO）来产生非随机信号。Bernoulli Random Binary Generator模块：产生伯努利分布的二进制随机数。Binary Vector Noise Generator模块：产生可以控制“1”的个数的二进制随机向量。RandomInteger Generator模块：产生范围在（0M-1）内的随机整数。Poission Int Generator模块：产生洎松分布的随机整数。PN Sequence Generator模块：产生伪随机序列。Gaussian Noise Generator模块：产生离散高斯白噪声。R

10、ayleigh Noise Generator模块：产生瑞利分布的噪声。Uniform Noise Generator模块：产生在一个特定区域内的均匀噪声。Voltage-Controlled Oscillator模块：实现压控振荡器。信宿（Comm Sinks）：此库中提供了信宿和显示的模块，以使对通信系统的分析更加简便。Triggered Write to File模块：在输入信号上升沿向文件写入数据。Enor Rate Calculation模块：计算输入信号的误比特率和误符号率。信源编码（Source Coding）模块库：信源编码分为两个基本步骤：信源编码和信源译码。信源编码用量化的

11、方法将一个源信号转化成一个数字信号。所得信号的符号都是在某个有限范围内的非负整数。信源译码就是从信源编码的信号恢复出原来的信息。信道（Channel）模块库：提供各种通信信道模型，比如高斯白噪声信道等。错误侦测与校验（Enor Detection Correction）模块库：提供用于分析输入输出的模块，比如计算误码率的模块。调制解调（Modulation）模块：分为数字调制解调和模拟调制解调，再细分又可分为幅度调制、相位调制以及频率调制。工程软件训练工程软件训练2.SimMechanics（机构系统模块）（机构系统模块） SimMechanics可以在simulink下直接使用的模块集，可以

12、将表示各种机构的模块在普通simulink窗口中绘制出来，并通过它自己提供的检测与驱动模块和普通simulink模块连接起来，获得整个系统的仿真结果。SimMechanics必须在MATLAB 61及以上版本的支持下运行，其动画显示还需要虚拟现实工具箱的支持。 SimMechanics利用牛顿动力学和转矩等概念，可以对各种运动副连接的刚体进行建模与仿真，实现对机构系统进行分析与设计的目的。提供的功能：实现三维系统的平移和转动运动，可求解带有静力学约束、坐标系变换等在内的机构系统运动问题，同时还可利用虚拟现实工具箱提供的功能显示机构系统运动的动画示意。工程软件训练工程软件训练打开SimMecha

13、nics的方法：（1）simulink浏览库（2）命令窗口中输入mechlib命令组成：刚体模块（Bodies）约束与驱动（constraints &Drivers）辅助工具模块（Utilites）运动副模块（jionts）检测与驱动模块（sensors &Actuators）工程软件训练工程软件训练（1）刚体子模块组（Bodies）组成：机架（Ground）和刚体（Body）其中刚体的连接端有两个（B，F），在机构中B端为主动端，F为从动端。使用时应根据具体情况设置刚体质量、位置、方向和坐标系等一系列参数。（2）约束与驱动（constraints &Drivers）提

14、供功能：静力学模块和各种传动模块。如：齿轮约束（Gear constraint）、平行约束（Parrallel constraint ）和曲线约束（Pointcurve constraint ）工程软件训练工程软件训练（3）辅助工具模块（Utilites）作用：允许在其它模块中添加节点，或将信息转换成虚拟现实工具箱用的数据。（4）运动副模块组（jionts）作用：提供各种运动副的图标，可以用这些运动副来连接刚体，构造所需的机构。功能：提供单自由度的转动副（Revolute）、单自由度移动副（Prismatic）、球面副（Spherical有三个自由度）、平面副（Planar）、万向轴节（Uni

15、versal）、圆柱副（Cylinder）、螺旋副（Screw）及六自由度（sixDOF）等工程软件训练工程软件训练工程软件训练工程软件训练（5）检测与驱动模块（sensors &Actuators）用以检测刚体的线速度、角速度、位置和加速度等信息。将其输出端连接到示波器上显示出来。驱动模块用来给机构添加simulink输入量。工程软件训练工程软件训练机构系统仿真举例机构系统仿真举例例：如图所示的平面四连杆机构的运动简图，其几何尺寸如图所示，建立机构的系统仿真模型并给出C点的仿真结果。从图示给定参数可得:LAB=10cmLBC=14.14cmLCD=28.28cmLAD=30cm工程软

16、件训练工程软件训练建立仿真模块系统建立仿真模块系统BFRevolute DBFRevolute CBFRevolute BBFRevolute AGround DGroundCS1CS2Body BCCS1CS2Body CDCS1CS2Body AB工程软件训练工程软件训练403.Neural Network Tool Block（神经网络模块集）（神经网络模块集） 在 Simulink库浏览窗口的Neural Network Blockset节点上，通过单击鼠标右键后，便可打开如图所示的Neural Network Blockset模块集窗口。 在Neural Network Blocks

17、et模块集中包含了四个模块库，用鼠标的左键双击各个模块库的图标，便可打开相应的模块库。 工程软件训练工程软件训练411） 传输函数模块库传输函数模块库(Transfer Functions) 用鼠标的左键双击Transfer Functions模块库的图标，便可打开如图所示的传输函数模块库窗口。传输函数模块库中的任意一个模块都能够接受一个网络输入向量，并且相应地产生一个输出向量，这个输出向量的组数和输入向量相同。工程软件训练工程软件训练422） 网络输入模块库网络输入模块库(Net Input Functions) 用鼠标的左键双击Net Input Functions模块库的图标，便可打开如

18、图所示的网络输入模块库窗口。 网络输入模块库中的每一个模块都能够接受任意数目的加权输入向量、加权的层输出向量，以及偏值向量，并且返回一个网络输入向量。 工程软件训练工程软件训练433） 权值模块库权值模块库(Weight Functions) 用鼠标的左键双击Weight Functions模块库的图标，便可打开如图所示的权值模块库窗口。权值模块库中的每个模块都以一个神经元权值向量作为输入，并将其与一个输入向量（或者是某一层的输出向量）进行运算，得到神经元的加权输入值。 上面的这些模块需要的权值向量必须定义为列向量。这是因为Simulink中的信号可以为列向量，但是不能为矩阵或者行向量。 工程

19、软件训练工程软件训练444）控制系统模块库）控制系统模块库(Control Systems) 用鼠标的左键双击Control Systems模块库的图标，便可打开如图所示的控制系统模块库窗口。神经网络的控制系统模块库中包含三个控制器和一个示波器。工程软件训练工程软件训练3.3 simulink 基本建模方法基本建模方法1）改变模块方向：Rotate block；或者使用Ctrl+R2）自动连线：若要自动连接模块，则用鼠标选择模块，然后按下Ctrl键，再用鼠标单击目标模块，这时Simulink会自动把原模块的输出端与目标模块的输入端连接起来。 旋转前旋转后模块操作模块操作工程软件训练工程软件训练

20、3）改变模块名称、名称字体 用鼠标左键双击模块名称，则模块名称变成文本状态。这时用计算机改变既定名称。选中模块，然后选择【format】菜单下的font选项；这时会弹出Set Font窗口。在该窗口中必变模块字体的大小、字形和字体，完成后单击确定，即可完成改变模块名称字体。工程软件训练工程软件训练4）改变模块位置 有两种方式改变模块位置：第一种方式：利用鼠标左键单击选择模块，不放松左键，然后将模块托到想要放置的位置；第二种方式：利用【format】菜单下的Flip Name选项，将模块位置改变到对面位置。第1种方式第2种方式工程软件训练工程软件训练5）是否显示模块名称、指定方块图颜色 选中想要

21、显示模块的名称，然后选择【format】菜单下的hide name命令隐藏名称。若要再选中该选项，该命令则改变为Show Name，选择这个命令则表示要把隐藏的模块名称显示出来。若要设置方框图的背景色，则选择【format】菜单下的Screen Color命令。若要设置模块或标注的背景色，则选择【format】菜单下的Backgroud Color命令。若要设置模块或标注的前景色，则选择【format】菜单下的foregroud Color命令。工程软件训练工程软件训练设定模块特定参数设定模块特定参数第一种方式：在模型窗口中选择模块，然后选择【edit】菜单下Block properties命

22、令。第二种方式：用鼠标右键单击模块，从弹出的动态菜单上选择Block properties命令；第三种方式：用鼠标双击模块，也会弹出改变特定参数对话框。第1种方式第2种方式第3种方式工程软件训练工程软件训练单击鼠标左键，则出现文本编辑框。在该文本编辑框内输入标注内容。若想要移动标注文本，则需用鼠标单击选中文本框移动，然后放置到新位置即可，示例如下图所示。若要删除标注，按下Shift键，则用鼠标选中各模块，然后按下delete键或者backspace键即可。若要对齐标注，则先选中相应模块然后选择【format】菜单下的text alignment选项即可。也可用TeX格式命令对模块标注。标注方框

23、图工程软件训练工程软件训练模块属性对话框允许读者设置模块属性。若要显示该对话框，则选择【edit】菜单下的Block properties命令；打开的模块属性对话框如下图所示 。模块属性对话框，含有三个选项页：General、Block Annotation和Callbacks。属性对话框工程软件训练工程软件训练在Simulink模型中，信号是模型仿真时出现在模块输出端的数值流。模块之间的连线是表示信号的传输方向和位置，必然是从一个模块的输入端进入另一模块的输入端。 把纯虚信号转换成非纯虚信号： 信号操作工程软件训练工程软件训练信号属性显示： Wide nonscalar line：加宽Sim

24、ulink模型中显示用来绘制非标量信号的线。Signal dimensions：在非标量信号旁显示传输信号的维数。Port data displays：在信号输出端口显示传输信号的数据类型。Storage Class：传输信号的存储类型。Testpoint/Logging Indicators：测试点或者记录指示器Signal Resolution Indicators：信号分辨率指示器Linearization Indicators：线性化指示器Viewer Indicators：视角指示器工程软件训练工程软件训练信号标签： 第一种方式：双击信号线，这时会出现一文本光标，键入信号名称即可，完

25、成后，在标签外任意一处单击即可停止标签编辑方式。第二种方式：利用【edit】菜单下Signal Properties命令，打开Signal Properties窗口修改信号名称，如下图所示。若要复制信号标签，可拖动标签到其他位置的同时按下Ctrl键，当释放鼠标按钮时，源位置和目标位置会显示同一标签。信号标签只能在同一信号线上显示，不可在其他信号线上显示与其不符合的信号标签。若要删除信号标签，则用鼠标选中信号标签，然后按下delete按钮即可删除。工程软件训练工程软件训练信号组操作1）创建信号组操作： 第一步 从Simulink的Source库中拖动一Signal Builder模块，并其放入用

26、户所建的仿真模型中。缺省时，模块表示一个包含单个信号源的信号组，该信号源为一方波，如下图。 第二步 使用Signal Builder编辑器创建其他信号组，或者向信号组中添加信号，更改已存在的信号和信号组，并选择信号的输出模块组。第三步 把模块的输出连接到系统方块图中，模块会为每个输出信号显示一个输出端口。用户可在仿真模型中创建任意多个Signal Builder模块。工程软件训练工程软件训练2）编辑与删除信号组操作： 如果对于同一信号源，用户想要创建信号组，那么用户必须使用【Group】菜单下的Copy命令；若要删除信号组，那么用户可使用【Group】菜单下的Delete命令。工程软件训练工程

27、软件训练3）信号组重新命名操作： 如果对于同一信号源，用户想要改变信号组名称，那么用户必须使用【Group】菜单下的Rename命令。工程软件训练工程软件训练4）移动信号组操作： 如果对于同一信号源，用户想要移动信号组，那么用户必须使用【Group】菜单下的Move Right命令或者Move Left命令。工程软件训练工程软件训练5）信号组下的信号操作： Signal Builder对话框允许用户创建、剪切、粘贴、隐藏、删除信号组中信号。工程软件训练工程软件训练 首先打开或建立自己所需的仿真模型，然后在Simulink模型窗口中的【Simulation】菜单下，选择Configure Par

28、ameters命令，弹出对话框Configure Parameters如下图所示。启动仿真参数对话框 在Configure Parameters对话框内用户可以根据自己的需要进行参数设置。除了参数设置外，也可以把参数指定为Matlab表达式，这个表达式通常由常值、工作区变量名、Matlab函数以及各种数学运算符号组成。参数设置完毕后，单击Apply按钮应用设置，或者单击Ok按钮关闭对话框。如果需要的话，也可以保存模型，以保存所设置的仿真模型参数。工程软件训练工程软件训练控制仿真执行对话框工程软件训练工程软件训练仿真参数设置1）Solver求解器： 工程软件训练工程软件训练2）Data Impo

29、rt/Export数据输入/输出设置： 工程软件训练工程软件训练3）Optimization优化设置 ： 工程软件训练工程软件训练4）信号输出显示： 工程软件训练工程软件训练3.4 系统与模块封装技术系统与模块封装技术3.4.1 simulink 子系统子系统 在前面的内容中，介绍了使用在前面的内容中，介绍了使用 Simulink 进行建模的基本方法。使用这进行建模的基本方法。使用这些方法基本可以创建任何物理系统的模型。然而随着系统越来越复杂，用这些方法基本可以创建任何物理系统的模型。然而随着系统越来越复杂，用这些基本操作创建的些基本操作创建的 Simulink 模型变得越来越庞大而难于读懂。

30、在以下中，模型变得越来越庞大而难于读懂。在以下中，将介绍一系列的将介绍一系列的 Simulink 的特殊处理技术，使得模型变得更加简捷和易懂的特殊处理技术，使得模型变得更加简捷和易懂易用。易用。 创建创建 Simulink 子系统有两种方法：子系统有两种方法：（ 1 ） 对 已 经 存 在 的 模 型 的 某 些 部 分 或 全 部 使 用 菜 单 命 令） 对 已 经 存 在 的 模 型 的 某 些 部 分 或 全 部 使 用 菜 单 命 令【EditCreat Subsystem】将你性压缩转换，使之成为子系统；将你性压缩转换，使之成为子系统；（2）使用）使用 Subsystems 模块库

31、中的模块库中的 Subsystem 模块直接创建子系模块直接创建子系统。统。工程软件训练工程软件训练 以一个例子说明压缩子系统的使用方法。例如，对于以一个例子说明压缩子系统的使用方法。例如，对于以下系统：以下系统：)sin(8 . 04 . 0txxcx 方程可转化为：方程可转化为：Sine WaveScope1sDisplacement1sVelocity0.8Gain10.4Gain Simulink 子系统的子系统的2种作用：种作用：（1）系统模型更加简捷和可读性高；（）系统模型更加简捷和可读性高；（2）子系统可以反复调用，）子系统可以反复调用，节省建模时间。节省建模时间。工程软件训练工

32、程软件训练操作步骤：操作步骤：（1）使用范围框将要压缩的子系统的部分选中，包括木）使用范围框将要压缩的子系统的部分选中，包括木块和信号线；（注意：只能使用范围框，而不能使块和信号线；（注意：只能使用范围框，而不能使用用 Shift逐个选定）逐个选定）（2）在模块窗口选项中选择）在模块窗口选项中选择【EditCreat Subsystem】，Simulink 将会用一个子系统模块将会用一个子系统模块代替被选中的模块组；代替被选中的模块组；（3）进行模型美观调整。）进行模型美观调整。In1 Out1SubsystemSine WaveScopeIn1 Out1SubsystemSine WaveS

33、cope子系统子系统子系统将有一个默认的输入端口和输出端口子系统将有一个默认的输入端口和输出端口工程软件训练工程软件训练In1Out1SubsystemSine WaveScope1Out11sDisplacement1sVelocity0.8Gain10.4Gain1In1双击子系统，则会出现一个显示双击子系统，则会出现一个显示子系统内容的新窗口。子系统内容的新窗口。在新窗口中，除了原始的模块外，在新窗口中，除了原始的模块外，Simuink 自动添加了输入模块和输出模块，分自动添加了输入模块和输出模块，分别代表子系统的输入端口和输出端口。别代表子系统的输入端口和输出端口。工程软件训练工程软件训练两点说明：两点说明：（1）子系统窗口无需保存，只需保存主程序出口即可。保存主程序窗口后，）子系统窗口无需保存，只需保存主程序出口即可。保存主程序窗口后，子系统窗口自动得以保存；子系统窗口自动得以保存；（2）菜单命令）菜单命令 【EditCreat Subsystem】 没有相反的操作命令，也就是说，没有相反的操作命令，也就是说，一旦一组模块压缩成了子系统，就没有可以直接还原的处理方法（一旦一组模块压缩成了子系统，就没有可以直接还原的处理方法（undo 除除外）。因此，一个理想的处理方法是