SIMULINK交互式仿真集成环境ppt课件

1、第八章SIMULINK交互式仿真集成环境第八章 SIMULINK交互式仿真集成环境 81 快速入门82 模型的创建83 延续系统建模84 子系统的创建、封装及受控执行 8. 5 离散时间系统和混合系统86 常用工具箱简介81 快速入门 SIMULINK是一个进展动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。它可以处置的系统包括：线性、非线性系统；离散、延续及混合系统；单义务、多义务离散事件系统。 在 SIMULINK 提供的图形用户界面GUI上，只需进展鼠标的简单迁延操作就可构造出复杂的仿真模型。它外表以方块图方式呈现，且采用分层构造。 从建模角度讲，这既适于自上而下Top-down的设计流程概念

2、、功能、系统、子系统、直至器件，又适于自下而上Bottum-up 逆程设计。 从分析研讨角度讲，这种 SIMULINK 模型不仅能让用户知道详细环节的动态细节，而且能让用户明晰地了解各器件、各子系统、各系统间的信息交换，掌握各部分之间的交互影响。81 快速入门 在 SIMULINK 环境中，用户将察看到现实世界中非线性要素和各种随机要素对系统行为的影响。 在 SIMULINK 环境中，用户可以在仿真进程中改动感兴趣的参数，实时地察看系统行为的变化。 在MATLAB 5.3 版中，可直接在 SIMULINK 环境中运作的工具包很多，已覆盖通讯、控制、信号处置、DSP、电力系统等诸多领域，所涉内容

3、专业性极强。 本讲由浅入深地讲述 SIMULINK 对各种数学、工程问题的建模、仿真和分析的根本方法，采用“算例作为主体，配以适量的归纳性表述。 例8_1_1：信号发生器和示波器。 例8_1_2：实现两个正弦信号的相乘。例8_1_1：信号发生器和示波器。前往 经过这个例子，对于系统仿真工具箱的运用有一个比较详细的认识。 首先从源模块库内拖出三个信号发生器模块。 然后对它们分别进展设置：一个为噪声源，另外两个为正弦波，频率分别为0.2Hz和0.6Hz。 接着从 SimulinkMath 模块库内拖出一个加法器，将它的输入端设置为三个。 最后从输出模块库内拖出一个示波器。将上述五个模块衔接在一同。

4、 进展系统仿真。例8_1_2：实现两个正弦信号的相乘。计算 将两个正弦源的频率设置为1Hz和10Hz，信号幅度均为1V；要求显示两个正弦波以及相乘后的波形 ，因此要求示波器有三个输入端。 进展系统仿真。 仿真参数设置： 仿真时间设置：0 到 2s。 仿真步长设置：定步长Fixed-Step。 仿真算法设置：龙格-库塔法的 5 阶算法ode5。前往82 模型的创建和模型文件821 SIMULINK 模型是什么？ SIMULINK 模型有以下几层含义： 在视觉上表现为直观的方框图； 在文件上那么是扩展名为 mdl 的ASCII代码； 在数学上表现为一组微分方程或差分方程； 在行为上那么模拟了实践系

5、统的动态特性 。 SIMULINK 模型通常包含三种 “组件： 信源 Sources：可以是常数、时钟、白噪声、正弦波、阶梯波、扫频信号、脉冲生成器、随机数产生器等信号源； 系统 System：即指被研讨系统的 SIMULINK 方框图； 信宿 Sink：可以是示波器、图形记录仪等。 对于详细的 SIMULINK 模型而，不一定完全地包含这三大组件。例如：研讨初始条件对系统影响就不用包含信源组件。82 模型的创建和模型文件822 SIMULINK 模型的创建 创建模型文件； 选择对象； 模块的操作； 连线的操作； 常用的Source库信源 常用的Sink库信宿 对模型的注释； 仿真的配置8.3

6、 延续系统建模 线性系统建模举例例8.3-1：复位积分器的功用例如。 例8.3_2：积分模块直接构造微分方程求解模型。 例8.3_3：直接利用传送函数模块求解方程。 在仿真启动时，积分器从零开场对 0.5 t 进展积分。当复位口信号 t-5=0 瞬间，积分器被重置为零。以后，再对0.5 t-5 进展积分。假设从实践自然界力学、电学、生态等或社会中，笼统出有初始形状为0的二阶微分程 ， 是单位阶跃函数。本例演示如何用积分器直接构搭求解该微分方程的模型。 对二阶微分程进展拉氏变换：可以得到： 例8.3-1例8.3-2例8.3-383 延续系统建模，非线性系统83 延续系统建模，非线性系统84 子系

7、统的创建、封装及受控执行 利用 SIMULINK 的封装Mask功能 ，可以定做一个模块或一个子系统的对话框和图标 。 援用子系统的理由是：研讨分析系统时 ，进展概念笼统Abstraction of concepts的需求；为提高任务效率和可靠性，实施模块“重用Reuse 的需求。 仿真建模中子系统的作用，类 似于 MATLAB 指令运转中的M函数文件。 前面引见了如何利用库规范模块建立被研讨系统的仿真模型。下面着重引见如何利用“分层思想建立比较复杂的仿真模型，引见建立这种分层模型所需的各种子系统 Subsystem 。 封装的一个重要用途是协助用户创建一个对话框来接受参数。这样就无需翻开子系

8、统中各个模块的对话框，然后再逐个输入参数。84封装子系统的创建及受控执行84封装子系统的创建及受控执行84封装子系统的创建及受控执行842 条件执行子系统 在 SIMULINK 模块库中，有两个特殊模块：Enable 模块和Trigger 模块。假设把这种模块放到某个子系统中，那么该子系统能否起作用将取决于外界的某个条件形状或事件 能否满足，这样就构成了所谓的条件执行子系统Conditionally Executed Subsystem 。 常用的条件执行子系统有：使能子系统 Enabled Subsystem ；触发子系统 Trigged Subsystem ；触发使能子系统 Trigged

9、 and Enabled Subsystem 。使能子系统例8.4_3：利用使能原理构成一个半波整流器。本例演示使能子系统的创建及任务机理。1翻开SIMULINK的新建模型窗口。2从SIMULINK库中提取三个模块Sine wave、 Subsystem 、 Scope 到新建窗。然后进展文件保管操作，并起文件名为exm084_3s 这保管操作只为以后调用方便，并非必要。3双击空子系统模块Subsystem ，翻开其构造模型窗。4从SIMULINK库中拷贝In输入口模块、Out输出口模块、Enable使能模块到子系统的构造模型窗；把In 模块的输出直接送到Out模块的输入端；Enable模块无

10、须进展任何衔接，且本例采用它的缺省设置；便实现了标题所需使能子系统。5完成exm084_3s窗口中各模块间的衔接。6双击示波器模块，翻开显示窗。然后选择exm084_3s窗口菜单项【Simulation:Start】，就可看到半波整流后的波形。使能子系统触发子系统把触发模块和使能模块安装在同一个子系统中，就构成触发使能子系统。该系统的行为方式与触发子系统类似 ，但只需当使能信号为“正时，触发事件才起作用。触发子系统85 离散时间系统和混合系统 多速率离散时间系统：计算机就是这样的系统。它的CPU、串行/并行控制器、 磁盘驱动器、输入 键盘就采用不同的任务速率。再如通讯系统也是多速率系统。 离散

11、-延续混合系统：在现代控制系统中 ，通常被控的对象是延续时间的物理子系统，而控制器是由逻辑控制器或计算机构成的离散子系统。对于这种离散-延续混合系统，模型参数设置页中的几乎一切 Solver 解算方法都能采用 。 可以使该模型及其一切子系统按采样速率着色：延续时间部分用黑色；离散时间部分用红色；离散、延续混合的子系统被着黄色。8.5 离散时间系统和混合系统86 常用工具箱简介具有16种功能强大的运用工具箱。我们常用工具箱有 SIMULINK、COMM、DSP 等。MATLAB 5.3 版中的 16 种工具箱前往1 Simulink 库 Communications Blockset通讯模块集

12、Control System Toolbox控制系统工具箱 Dials & Gauges Blockset面板和仪表模块集 DSP Blockset数字信号处置模块集 Fixed-Point Blockset定点模块集 Fuzzy Logic Toolbox模糊逻辑工具箱 NCD Blockset非线性控制设计模块集 Neural Network Blockset神经网络模块集 MPC Blockset MPC 模块集 Power System Blockset电源系统模块集 Real-Time Windows Target实时窗口目的库 Real-Time Workshop实时任务空间库 S

13、tateflow形状流程库 Simulink Extras Simulink附加库 System ID Blockset系统辨识模块集Simulink 库前往 Sources 库 Sinks 库 Discrete 库 Continuous 库 Math 库 Nonlinear 库 Signals & Systems 库 Functions & Tables 库Sources 库前往Band-Limited White Noise限带白噪声Chirp Signal扫频信号Clock时钟Constant常量Digital Clock数字时钟 Discrete Pulse Generator离散脉冲

14、生成器From Workspace从任务空间读取数据From File从文件读数据Pulse Generator脉冲生成器Ramp倾斜Random Number随机数产生器Repeating Sequence反复序列Sources 库续Signal Generator信号发生 器Sine Wave正弦波Step阶跃Uniform Random Number均匀分布随机数前往Sinks 库Display显示Scope示波器Stop Simulation停顿仿真To File写入文件To Workspace写到任务空间XY Graph显示平面图形前往Discrete 库Discrete Filte

15、r离散滤波器Discrete State Space离散形状空间Discrete-Time Integrator离散时间积分器Discrete Transfer Fcn离散传送函数Discrete Zero-Pole数字零极点函数First-Order Hold一阶坚持Zero-Order Hold零阶坚持Unit Delay单位延迟前往Continuous 库Derivative导数Integrator积分器Memory记忆State Space形状空间 Transfer Fcn传送函数 Transport Delay传送延迟 Variable Transport Delay可变传输延迟 Z

16、ero-Pole零-极点 前往Math 库Abs绝对值Algebraic ConstraintCombinatorial Logic组合逻辑Complex to Magnitude-Angle Complex to Real-Image Dot Product点乘Gain增益 Logical Operator逻辑运算 Magnitude-Angle to ComplexMath Function数学函数Matrix Gain矩阵增益MinMax最大最小值前往Math 库续Product乘积Real-Image to ComplexRelational Operator关系运算Rounding

17、Function圆整函数Sign符号 Slider Gain滑块增益 Sum和 Trigonometric Function三角函数 前往Nonlinear 库Backlash 模块Coulomb and Viscous Friction库仑和粘性摩擦Dead Zone死区Manual Switch手动开关 Multiport Switch多路转换开关 Quantizer量化 Rate Limiter限速器Relay继电器 Saturation饱和Switch选择开关 前往Signals & Systems 库Bus Selector总线选择器Configurable Subsystem可配置

18、子系统Data Store Memory数据存储器Data Store Read读数据存储 Data Store Write写数据存储 Data Type Conversion数据类型转换 Demux解混 Enable激活 From导入Goto传出 Goto Tag Visibility传出标志符的可见性Ground接地Hit Crossing捕获穿越点前往Signals & Systems 库续IC初始形状Inport输入端口Merge合并Model Info 模型信息Mux 混合Outport输出端口 Probe 探测器Selector选择器 Subsystem子系统Terminator终

19、结器Trigger触发器Width宽度Function-Call Generator函数调用发生器前往Functions & Tables 库Fcn函数表达式 Look-Up Table查找表 Look-Up Table 2-D二维查找表 MATLAB Fcn MATLAB 函数 S-Function S 函数 前往Communications Blockset前往 Channel Coding信道编码库 Channels信道库 Comm Sinks通讯接纳库 Comm Sources通讯源库 Modulation调制和解调库 Source Coding源编码库 Synchronization

20、同步库 Utility Functions适用函数库Channel Coding信道编码库 该库中又包含的有：模块编码库和卷积编码库。 模块编码库中包含有各种编码和解码成对模块以及演示模块。 线性编码模块组：有二进制向量线性编码、解码和演示三个模块，二进制序列线性编码、解码和演示三个模块。 循环编码模块组：有二进制向量循环编码、解码和演示三个模块，二进制序列循环编码、解码和演示三个模块。 Hamming 编码模块组：有二进制向量 Hamming 编码、解码和演示三个模块，二进制序列 Hamming 编码、解码和演示三个模块。 BCH 编码模块组：有二进制向量 BCH 编码、解码和演示三个模块，

21、二进制序列 BCH 编码、解码和演示三个模块。 前往Channel Coding信道编码库 续 Reed-Solomon 编码模块组：有整数向量 RS 编码、解码和演示三个模块，二进制向量 RS 编码、解码和演示三个模块，整数序列 RS 编码、解码和演示三个模块，二进制序列 RS 编码、解码和演示三个模块。 卷积编码库中包含有：卷积编码、Viterbi 解码和演示三个模块。前往Channels信道库该库中包含的模块有： 加零均值 Gauss 白噪声 AWGN 信道模块及四个演示模块。 加二进制误差信道模块及演示模块。 有限二进制误差信道模块及演示模块。 定参数 Rayleigh 衰减信道模块，

22、变参数 Rayleigh 衰减信道模块及演示模块。 定参数加 Rician 噪声信道模块，变参数加 Rician 噪声信道模块及两个演示模块。前往Comm Sinks通讯接纳库该库中包含的模块有： 触发写文件模块及触发文件 I/O 演示模块。 触发眼孔图样/分布图模块及演示模块。 采样时间眼孔图样/分布图模块及演示模块。 误差率计算模块及演示模块。前往Comm Sources通讯源库该库中包含的模块有： 触发文件读入模块及触发文件 I/O 演示模块。 采样读任务空间变量模块，具有同步脉冲的采样读任务空间变量模块。 具有采样率的向量脉冲模块。 伪随机序列发生器模块及演示模块。 均匀分布噪声发生器

23、模块及演示模块。 Gauss 分布噪声发生器模块及演示模块。 随机整数发生器模块及均匀分布整数演示模块。 前往Comm Sources通讯源库 续 Poisson 分布随机整数发生器模块及演示模块。 二进制向量发生器模块及演示模块。 Bernoulli 分布随机数发生器模块及演示模块。 Rayleigh 分布噪声发生器模块及演示模块。 Rician 分布噪声发生器模块及演示模块。前往Modulation调制和解调库调制库中包含四个模块库，它们是：数字基带调制模块库，数字通带调制模块库，模拟基带调制模块库，模拟通带调制模块库。 数字基带调制模块库，包含的模块有： 基带 MASKMultiple

24、Amplitude Shift Keying ，多幅键控法调制、解调及演示三个模块。 基带 S-QASK Quadrature Amplitude Shift Keying ，正交振幅相移键控法调制、解调及演示三个模块。 基带 A-QASK 调制、解调及演示三个模块。 基带 MFSK Multiple Frequency Shift Keying ，多频移键控法调制模块，基带相关 MFSK 调制模块，基带非相关 MFSK 调制模块及演示四个模块。 基带 MPSK Multiple Phase Shift Keying ，多相移键控法调制、解调及演示三个模块。前往Modulation调制和解调库

25、 续1 数字通带调制模块库，包含的模块有： 通带 MASK 调制、解调及演示三个模块。 通带 S-QASK 调制、解调及演示三个模块。 通带 A-QASK 调制、解调及演示三个模块。 通带 MFSK 调制模块，通带相关 MFSK 调制模块，通带非相关 MFSK 调制模块及演示四个模块。 。 通带 MPSK 调制、解调及演示三个模块。 通带 DPSK Differential Phase Shift Keying ，差分相移键控法调制、解调两个模块。 通带 MSK Minimun Phase Shift Keying ，最小相移键控法调制、解调两个模块。 通带 OQPSK Offset Quad

26、rature Phase Shift Keying ，偏移正交相移键控法调制、解调两个模块。前往Modulation调制和解调库 续2 模拟基带调制模块库，包含的模块有： 基带 DSB-SCDouble Side Band Shift Control ，双边频带移位控制AM Amplitude Modulation ，调幅 、解调及演示三个模块。 基带 QAM Quadrature Amplitude Modulation ，正交幅度调制 、解调及演示三个模块。 基带 FM Frequency Modulation ，调频 、解调及演示三个模块。 基带 PM Phase Modulation ，相位调制 、解调及演示三个模块。 基带 SSB-AM Single Side Band Amplitude Modulation ，单边带调幅 、解调及演示三个模块。 具有传输载波的基带AM 、解调及演示三个模块。前往Modulation调制和解调库 续3 模拟通带调制模块库，包含的模块有： 通带 DSB-SC A