matlab仿真教程举例

1、1第三讲 MATLAB的SIMULINK仿真 31 快速入门32 模型的创建和模型文件33 仿真运行34 系统建模35 子系统的创建、封装及受控执行 36 常用工具箱简介37 仿真设计实例 371 幅度调制的仿真 372 平衡正交调幅与解调231 快速入门 在 SIMULINK 提供的图形用户界面GUI上，只要进行鼠标的简单拖拉操作就可构造出复杂的仿真模型。它外表以方块图形式呈现，且采用分层结构。331 快速入门（续1） 在MATLAB 5.3 版中，可直接在 SIMULINK 环境中运作的工具包很多，已覆盖通信、控制、信号处理、DSP、电力系统等诸多领域，所涉内容专业性极强。432 模型的创

2、建和模型文件 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；532 模型的创建和模型文件（续1） 选择对象；632 模型的创建和模型文件（续2） SIMULINK 除了可以通过图形界面设计模块外 ，也可以通过直接编写 mdl 文件来设计仿真模型图。 一个有输入和输出的图形界面设计模块。 用 mdl 文件编写有输入和输出的增益器。 （在 Word下 ）（韩利竹P161）GainInOut111733 仿真运行331 使用菜单进行仿真 设置仿真参数和选择求解器 在 Solver 页面，设置开始和停止时间，选择求解器和指定求解器（so

3、lver）的参数，另外还可以选择一些输出选项。833 仿真运行（续1） 可以由一个M 文件来启动一个仿真，并且允许模块中的参数发生改变 。933 仿真运行（续2）334 综合算例 （M3_ex3_3_1.m）例3_3_1：求非线性系统 的相平面轨迹、平衡点，并进行稳定性分析。1034 系统建模 341 连续系统建模 线性系统建模举例例3_4_3：直接利用传递函数模块求解方程。 假设从实际自然界（力学、电学、生态等）或社会中，抽象出有初始状态为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。 对二阶微分程进行拉氏变换：可以得到： 11341 连续系统建模（续

4、）例3_4_4：求非线性系统 的相平面轨迹、平衡点，并进行稳定性分析。12342 离散时间系统和混合系统建模 用组合逻辑模块产生 的“逻辑和”结果 及“逻辑或”结果 。（1）建立输入输出关系。（2）建立模型M3_ex3_4_5.mdl 13342 离散时间系统和混合系统建模（续） 离散-连续混合系统：在现代控制系统中 ，通常被控的对象是连续时间的（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-连续混合系统，模型参数设置页中的几乎所有 Solver 解算方法都能采用 。 1435 子系统的创建、封装及受控执行 引用子系统的理由是：研究分析系统时 ，进行概念抽象（Ab

5、straction of concepts）的需要；为提高工作效率和可靠性，实施模块“重用（Reuse）” 的需要。15351 用封装的办法创建模块1。封装模块功能例3_5_1：封装线性方程 y=mx+b 的模型。 （ M3_ex3_5_1.mdl） 子系统mx+b 包含了一个Gain模块，命名为Slope，其增益常数为m；一个Constant模块，命名为Intercept，其常数值参数指定为b。这些参数代表一条直线的斜率和截距。16351 用封装的办法创建模块（续）2。产生封装提示对话框 要产生这个系统的封装，先选取子系统模块，然后从 Edit 菜单中选取 Mask Subsystem 命令

6、。 封装提示对话框开始时大都显示 Mask Editor 对话框的Initialization 选项卡。 把 Slope 和 Intercept 定义为 Edit 控件。3。产生封装模块描述和帮助文本 在 Documentation 选项卡中可以定义模块的封装类型、模块描述和帮助文本。4。产生模块的图标 可以在 Mask Editor 对话框的 Icon 选项卡中定义图标。17352 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。如果把这种模块放到某个子系统中，则该子系统是否起作用将取决于外界的某个条件（状态或事件 ）是否满足，这样就

7、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 and Enabled Subsystem ）。18使能子系统例3_5_2：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工作机理。 （ M3_ex3_5_2.mdl）（1）打开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

8、。然后进行文件保存操作，并起文件名为M3_ex3_5_2 （这保存操作只为以后调用方便，并非必要）。（3）双击空子系统模块Subsystem ，打开其结构模型窗。（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结构模型窗；把In 模块的输出直接送到Out模块的输入端；Enable模块无须进行任何连接，且本例采用它的缺省设置；便实现了题目所需使能子系统。（5）完成M3_ex3_5_2窗口中各模块间的连接。（6）双击示波器模块，打开显示窗。然后选择M3_ex3_5_2窗口菜单项【Simulation:Start】，就可看到半波整流后的波形。19触发子

9、系统例3_5_3：利用触发子系统获得零阶保持的采样信号。 本例演示：触发子系统工作原理；在MATLAB指令窗中运行SIMULINK模型。（ M3_ex3_5_3.mdl）（1）构造如图所示的仿真模型（ M3_ex3_5_3 _ mdl）（2）在MATLAB指令窗中运行SIMULINK模型（ M3_ex3_5_3.m）t,x,y=sim(M3_ex3_5_ 3 _ mdl ,10);clf,hold onplot(t,y(:,1),b)stairs(t,y(:,2),r)stairs(t,y(:,3),c:),hold offaxis(0 10 -1.1 1.1),box onlegend(si

10、newave,output,trigger,4) 20触发使能子系统把触发模块和使能模块装置在同一个子系统中，就构成触发使能子系统。该系统的行为方式与触发子系统相似 ，但只有当使能信号为“正”时，触发事件才起作用。2136 常用工具箱简介具有16种功能强大的应用工具箱。我们常用工具箱有 SIMULINK、COMM、DSP 等。2237 仿真设计实例371 幅度调制的仿真（amdsb_tc.mdl） 幅度调制可以分为标准调幅（SAM）、抑制载波双边带（DSB-SC）、单边带（SSBAM）、残留边带（VSBAM）和平衡正交调幅（QAM）。 设调制信号为m(t) ，其幅度为1V，载波信号为 ，角频率

11、为 ，各种调幅方式的已调波的表达式如下： 标准调幅：其中调制度 的数值范围 在之间。 抑制载波双边带调幅：单边带调幅： 为调制信号 的希尔伯特（Hilbert）变换。2337 仿真设计实例（续1） 幅度调制解调器可以分为包络检波和同步解调两种基本方式，包络检波适用于标准调幅和残留边带调幅，而同步解调适用于各种幅度调制方式。 包络检波器的结构十分简单，它包括一个（或两个）检波二极管和一个低通滤波器。 同步解调器的核心部分是由一个乘法器和一个低通滤波器构成，由于同步解调要求在接收端必须产生一个与输入载波信号同步的本地载波信号，因此同步解调器中还必须有一个载波恢复装置，电路十分复杂。2437 仿真设

12、计实例（续2）372 平衡正交调幅与解调（qam.mdl） 平衡正交调幅与解调的仿真采用模块仿真的方式，整个系统的概念是十分清晰的。从中可以观察到两路调制信号的波形，载波信号的波形和频谱，两路解调信号的波形。 平衡正交调幅的特点是可以在同一载波频率上调制两路不同的信号，其中一路信号调制在正弦波上，而另一路信号则调制在余弦波上。 平衡正交调幅的解调采用同步解调的方式。在模拟电视广播中，两路色差信号的传输就是采用平衡正交调幅的方式。 信号发生器的参数设置：频率为 1Hz，信号幅度为1V，调制信号的类型分别为正弦波和锯齿波。 正弦载波发生器的参数设置：角频率为 200 （频率为 100Hz），相位为

13、0，信号幅度为1V，采样时间间隔为0.0025s（采样频率为 400Hz ）。2537 仿真设计实例（续3） 余弦载波发生器的参数设置：角频率为 200 （频率为 100Hz），相位为 ，信号幅度为1V，采样时间间隔为0.0025s（采样频率为 400Hz ）。 各个示波器的参数设置：显示时间范围均为2s ； Input示波器的Y轴设置为1.2V和-1.2V；QAM示波器的Y轴设置为1.5V和-1.5V；Output示波器的Y轴设置为0.6V和-0.6V。 滤波器的参数设置：采用4阶的切比雪夫II型低通滤波器，通带的转折频率归一值为0.5（频率为 100Hz ），阻带衰减为40dB。 采样模块

14、的参数设置：采样时间间隔为0.0025s（采样频率为 400Hz ）。26MATLAB 5.3 版中的 16 种工具箱返回1 Simulink 库 Communications Blockset（通信模块集） Control System Toolbox（控制系统工具箱） Dials & Gauges Blockset（面板和仪表模块集） DSP Blockset（数字信号处理模块集） 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

15、（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（实时窗口目标库） Real-Time Workshop（实时工作空间库） Stateflow（状态流程库） Simulink Extras（ Simulink附加库） System ID Blockset（系统辨识模块集）返回227例3_1_1：信号发生器和示波器。返回（sig_scope.mdl） 通过这个例子，对于系统仿真工具箱的使用有一个比较具体的认识。 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

16、行设置：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。将上述五个模块连接在一起。 进行系统仿真。28例3_1_2：实现两个正弦信号的相乘。返回（刘敏P99-AM .mdl ）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。 进行系统仿真。 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（

17、ode5）。29Simulink 库返回 Sources 库 Sinks 库 Discrete 库 Continuous 库 Math 库 Nonlinear 库 Signals & Systems 库 Functions & Tables 库30Sources 库返回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（离散脉冲生成器）From Workspace（从工作空间读取数据）From File（从文件读数据）

18、Pulse Generator（脉冲生成器）Ramp（倾斜）Random Number（随机数产生器）Repeating Sequence（重复序列）31Sources 库（续）返回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）32Sinks 库返回Display（显示）Scope（示波器）Stop Simulation（停止仿真）To File（写入文件）To Workspace（写到工作空间）XY Graph（显示平面图形）33Discrete 库返回Discrete Filter（离

19、散滤波器）Discrete State Space（离散状态空间）Discrete-Time Integrator（离散时间积分器）Discrete Transfer Fcn（离散传递函数）Discrete Zero-Pole（数字零极点函数）First-Order Hold（一阶保持）Zero-Order Hold（零阶保持）Unit Delay（单位延迟）34Continuous 库返回Derivative（导数）Integrator（积分器）Memory（记忆）State Space（状态空间） Transfer Fcn（传递函数） Transport Delay（传递延迟） Varia

20、ble Transport Delay（可变传输延迟） Zero-Pole（零-极点） 35Math 库返回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 Complex（）Math Function（数学函数）Matrix Gain（矩阵增益）MinMax（最大最小值）36Math 库（续）Product（乘

21、积）Real-Image to ComplexRelational Operator（关系运算）Rounding Function（圆整函数）Sign（符号） Slider Gain（滑块增益） Sum（和） Trigonometric Function（三角函数） 返回37Nonlinear 库返回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）

22、Saturation（饱和）Switch（选择开关） 38Signals & Systems 库返回Bus Selector（总线选择器）Configurable Subsystem（可配置子系统）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（传出标记符的可见性）Ground（接地）Hit Crossing（捕获穿越点）39Si

23、gnals & Systems 库（续）返回IC（初始状态）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（终结器）Trigger（触发器）Width（宽度）Function-Call Generator（函数调用发生器）40Functions & Tables 库返回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

24、）S-Function（ S 函数 ） 41Communications Blockset返回 Channel Coding（信道编码库） Channels（信道库） Comm Sinks（通信接收库） Comm Sources（通信源库） Modulation（调制和解调库） Source Coding（源编码库） Synchronization（同步库） Utility Functions（实用函数库）42Channel Coding（信道编码库）返回 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、

25、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，二进制序列 BCH 编码、解码和演示三个模块。 43Channel Coding（信道编码库） （续）返回 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

26、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。44Channels（信道库）返回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，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。45Comm Sinks（通信接收库）返回该库中包含的模块有：

27、触发写文件模块及触发文件 I/O 演示模块。 触发眼孔图样/散布图模块及演示模块。 采样时间眼孔图样/散布图模块及演示模块。 误差率计算模块及演示模块。46Comm Sources（通信源库）返回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。 采样读工作空间变量模块，具有同步脉冲的采样读工作空间变量模块。 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。 47Comm Sources（通信源库） （续）返回 Poisson 分布随机整数发

28、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。48Modulation（调制和解调库）返回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 MASK（Multiple 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 Ke

29、ying ，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，基带相干 MFSK 调制模块，基带非相干 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。49Modulation（调制和解调库） （续1）返回 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

30、A-QASK 调制、解调及演示三个模块。 通带 MFSK 调制模块，通带相干 MFSK 调制模块，通带非相干 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 Quadrature Phase Shift Keying ，偏移正交相移键控法）调制、解调两个模块。50Modulation（调制和

31、解调库） （续2）返回 模拟基带调制模块库，包含的模块有： 基带 DSB-SC（Double 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。51Modulation（调制和解调库） （续3）返回 模拟通带调制模块库，包含的模块有： 通带 DSB-SC AM 、解调及演示三个模块。 通带 QAM 、解调及演示三个模块。 通